大型行星齿轮变速潜水轴流泵应用技术研究

＠跚绿色水工业　【摘要ｌ通过对大型行星齿轮变速潜水轴流泵在下小河排涝泵站的应用及各项检测，对大型行　星齿轮变速潜水轴流泵的参数选型及结构进行了探讨，并提出了进一步的改进建议。　【关键词】大型潜水轴流泵行星齿轮减速箱　应用研究　

大型行星齿轮变速潜水轴流泵　应用技术研究　亚太泵阀有限公司　（江苏２２５４００）　辛健　一、刖吾　

下小河是珠江水系西江流域　浔江的一级支流，流域集水面积　６７３ｋｍ　。按照广西壮族自治区梧　州市城区发展总体规划，建设下　小河排涝泵站是保证该地区经济发　展的重大防洪排涝工程。经多方调　研和综合经济技术方案比较，下小　河泵站安装４台１６００ＺＱＢＸ一５５型　大型行星齿轮变速潜水轴流泵，　水泵参数：Ｈ　殳计：７．０ｌｍ，Ｈ最高＝　１２．６５ｍ，　＝３．３ｍ；ＱⅢｆ＝１０ｍ　／ｓ，　，７　＝８ｌ％，ｎ＝２９５　ｒ／ｍｉｎ。潜水　泵内配套ＹＱＧＮ８５０—６型潜水电　动机，电动机参数：Ｐ＝ｌ２００ｋＷ，　ｒ／洲定－－９４．５％，ｎ＝９９０ｒ／ｍｉｎ。为减／Ｊ、　电动机尺寸，潜水泵与潜水电动　机之间采用行星齿轮减速机构，　将电动机转速从ｎ＝９９０ｒ／ｍｉｎ降至，ｌ＝　２９５ｒ／ｍｉｎ　

二、潜水轴流泵参数及　选型　

潜水轴流泵是一种替代传统长　

３２　黑　噼　

轴泵的更新换代产品，它以安装方便快捷、振动小、噪声低、简化泵站土　建结构、节约土地资源和保护环境等特点而受到广泛应用，随着越来越多　的潜水泵站的运行成功，大型长轴泵站也正向着这一方向发展。但大功率　潜水轴流泵一直因为结构不成熟而受到制约，潜水轴流泵泵型的选择就成　ｒ首要的关键。　下小河泵站所设计的潜水轴流泵的性能参数见表ｌ。　表１　下小河泵站潜水轴流泵－陛能参数　

根据上表中的性能参数，设计扬程：　Ｈ＝７．０１＋１．５９＋０．２＝８．８ｍ（其中０．２为潜水轴流泵本身的损失）　确定泵的比转速为：　ｎｓ＝（３．６５ｎＱ“　）／ｏ￣　＝（３．６５　Ｘ　２９５×１０“　）／８．８　＂＝６６６．４　选取由江苏大学流体机械工程技术研究中心研制的用于南水北调工　程，并在天津同台测试的水泵模型中的ＪＴ０４一ＺＬ一０８模型中的０。进行换算　后可得出　＝４．９４。　根据换算系数及设计的标准性，选取叶轮直径为１　５００ｍｍ。至此，初步　确水泵的型号为１６００ＺＱＢＸ一５５。通过换算后可得出１６００ＺＱＢＸ一５５原型泵　０。时的各项性能参数见表２。从表中的换算结果可以得出，该泵选用此模　型非常合适。　羔　绿色水工业　表２　６００ＺＱＢＸ一５５原型泵０。时性能参数　ｆｌ到啊　ｌ瞻一　ＵｆＩｌ　■０　一■■●■■■■＿　■唧稠　国舢　口●＿０　＿＿■∞日　嘲　ｌ囊　■■■＿　

１０　９０５．０２　５．０６６　５７　７２．９８　７４２．６８６　５　１０　７７０．３６　５．５６４０６　７６．３４　７７０．０８５　７　ｌ０　６２８．０２　５．８９０　５７　７８．３７　７８３．６６２　０　１０　４７１．８２　６．３３９　６５　８０－３８　８】０．２３０　４　１０　３３０．５０　６　７３３　１１　８１．９０　８３３．１４８　１　ｌＯ　ｌ６３　Ｏ２　７　ｌ４８　２０　８３－３５　８５５．０３３　０　１６００　ＺＱＢＸ　１Ｏ０ｏ０．９２　７　５４４　７５　８４　９０　８７１．８５９　ｌ　０　～５５　９　７７３

．９４０　７．９７３　２３　８５．８５　８９０．４９７４　

９　４５０．５１９　８　７２６　ｌ６　８７．２ｌ　９２７．６４４　４　８　９０４．２１６　９．８０３　５４　８７．６９　９７６．５５６　９　８　６０９．５２１　ｌ０．３０２　０６　８７－２２　９９７．５９８　９　Ｊ　８　０８８．０９７　ｌ０．９３２　４２　８４．９８　１　０２０．７４０　０　

７　４７４．０８４　ｌ１　２７７　４７　７９．３６　ｌ　０４１．９２６　０　６　７３０．０３５　Ｉ１　６８３　２９　７３．２３　１　０５３．３２５　０　

三、潜水电动机选型　１．问题的提出　与以往相比，此次的潜水轴流泵功率为国内最大，要想达到表２中的　性能，就必须兼顾到水力和电动机的配套。在水力方面，要想获得更高的　水力性能，那就要求导叶的扩散角在一定的范围之内，扩散角不能太大，　而与之配套的电动机的机座号又要求尽量减小，但电动机的功率还需根据　水力性能的要求来配置，这一直是大型潜水轴流泵应用中的一对矛盾。对　于大流量的潜水轴流泵，根据水力性能的要求，必须配置大功率的电动　机，但大功率的电动机其径向尺寸又大，那就要求装配于电动机下面的导　叶也具有与之配套的大的尺寸，这就增大了导叶的扩散角，从而直接影响　到潜水轴流泵的水力性能，使之不可能达到很理想的状态。而且对于大泵　而言，考虑到汽蚀性能的问题，其ｎ。值不宜超过５００，这又限制了大功率水　泵电动机的转速，也就是说大功率水泵的转速必须很低，而对于电动机而　言，转速越低，其直径就越大。所以对于直联式潜水轴流泵（电动机与水　泵共轴）而言，这对矛盾就一直限制了潜水轴流泵向大功率方面发展。目　前，一般的潜水轴流泵只能做￣８００ｋＷ一２０Ｐ，且结构不够完善，而长轴泵　由于没有电动机和水力的限制，它可以做到几千千瓦。潜水轴流泵如何在　

保证性能优越的前提下，也能向大　功率方向发展，这对于潜水轴流泵　能否做大、能否代替大功率的长轴　泵而言，是一个很有现实意义的问　题。　２．解决方案　要解决电动机直径与转速之间　的矛盾，可以通过以下几种方案：　１）方案一：从水泵的叶轮和　导叶考虑，即增大导叶的扩散角，　使之与所选的低速电动机相配套。　２）方案二：从电动机选配上　考虑，提高机组的效率，从而降低　电动机的功率，使电动机的尺寸减　小。　３）方案三：通过提高电动机　的转速，来降低电动机的机座号，　使电动机的尺寸减小。　从以上几方面考虑，第一种方　案增大扩散角，减小了水泵的出水　面积，提升了水流的出口流速，这　显然是不合理的，而且也不可能使　水泵得到优越的性能，所以第一种　方案是不可行的；第二种方案通过　计算得出此泵需配ｌ２００ｋＷ的电动　机。由于此泵站要求的水泵运行范　围较广，而所配的电动机功率余量　不是很大，所以这种方案也不可行　的；第三种方案通过提高水泵的转　速，但水泵转速提高后，就会相应　降低水泵的汽蚀性能，因此方案也　不可行。　３．行星齿轮传动方案　针对以上存在的问题，结合以　往大型潜水轴流泵的设计经验和锥　齿轮传动潜水贯流泵的减速方法，　采取了以下方案：　１）电动机采用高速电动机，　但功率不变，仍为１　２００ｋｗ，从而　保证电动机的径向尺寸尽量小。　

２０１７￣籼　詈ｅｔ￣用４ｘ　ｃｏ麓ｉｎ　３３　第５期、￣、ｗ．　．ＵＵ　２）在电动机和水力件之间增　加行星齿轮减速装置，通过行星齿　轮减速，从而将电动机高速减至低　速，保证水泵的转速为２０Ｐ。　如果潜水电动机采用行星齿轮　传动，灯泡比（电动机直径比叶轮　直径）将大大减少，从而降低导叶　的扩散角，有效防止电动机对水流　的阻碍，在水下工作就更加有利，　水流绕过电动机的灯泡体就会平顺　得多，流态改善，不但机组运行更　加稳定，还能进一步提高效率和出　水量，效果更加明显。普通齿轮传　动的输出和输入轴均作用了径向　力，而行星齿轮传动的输出和输入　轴则不受径向力，因此在大功率的　传动中，为了减少传动机构的尺寸　和重量，广泛采用行星轮系。同时　由于行星轮系减速器的输入轴和输　出轴在同一根轴线上，行星轮在其　周围均匀对称分布，所以在减速器　的横剖面上，尺寸也很紧凑。　２０世纪９０年代以来，我国科　技人员通过技术引进，合资合作，　工艺和材料有了明显提高，齿轮　产品的可靠性、噪声、效率及使　用寿命等方面的指标大大改进，　可以保证效率超过９８％，噪声小于　８０ｄＢ，振幅小于０．０５ｍｍ，轴承寿　命大干ｌＯ０　０００ｈ，齿轮使用寿命２０　年以上。行星齿轮潜水电泵，用行　星齿轮将１　２００ｋＷ，１０ｋＶ潜水电动　机转速从２９５ｒ／ｍｉｎ提高￣９９０ｒ／ｍｉｎ　以后，电动机的外径从１　６００ｍｍ缩　小到ｌ　０５０ｍｍ，重量从１４ｔ减少到　５．５ｔ，整台电泵的总重量由２１．６ｔ减　少到】６ｔ，功率因数从０．６４４提高到　０．８８５，灯泡比从０．９０减至０．５９，导　叶的扩散角将由２２。减少到ｌ０。，　有效减少电动机对水流的阻碍，装　３４　黑　Ｉｉ　ｌＵ　．　年　Ｇ棚绿色水工业　置效率提高了４个百分点，出水量　增加５％。　４．行星齿轮传动设计　要想在电动机的水泵部件之　间增加行星齿轮减速装置，由于水　泵机组由以前的一根主轴一下变为　五根主轴，所以必须解决好由于增　加行星齿轮减速装置带来的其他问　题，这些问题如下。　１）电动机的转速选取必须根　据水泵所需的转速和行星齿轮减速　箱的最佳传动比来选取。　２）轴承的选用问题：由于主　轴的改变，而使以前的一根轴变为　现在的五根轴，所以轴承的受力发　生了改变。　３）联接问题：由于以前是共　用一根轴来联接电动机和水泵部　件，而现在是电动机和行星齿轮减　速箱联接，通过齿轮箱将扭矩传给　水力部件。　针对第一个问题，初步确定电　动机的转速为６Ｐ，即为９９０ｒ／ｍｉｎ，　得到传动比取ｉ＝３．３，比较合理，　这样就成功地将电机的定子外径　由１２００ｋＷ一２０Ｐ的ｌ　７３０ｍｍ减小到　１　２００ｋＷ一６Ｐ的９９０ｍｍ。　针对第二个问题，将水泵的　轴向水推力和电动机的径向力分别　计算，并由相应的轴承分别承受的　原则进行轴承的选配，对轴承的受　力以及使用寿命按额定点及最高扬　程点（已考虑泵的飞逸转速）进行　校核，其结果都能满足使用要求，　即确认轴承选择合理。对于电机轴　而言，其主要轴向力就是转子的重　量，主要径向力是由转子不平衡所　引起的径向力以及由于定转子错位　所相起的电动机的磁拉力。初步确　定电动机轴选用可承受轴向力的串　联角接触球轴承７３３６Ｂ／ＤＴ，配以　可调心的向心球轴承６３３４一ｚ，选　用可承受径向力的圆柱滚子轴承　ＮＵ３３０ＥＣ。通过对电机轴各轴承　的受力及寿命进行校核，其结果都　能满足使用要求。　针对第三个问题，即行星齿　轮减速箱与电动机以及与水泵部件　之间的联接。采用以下联接方法：　行星齿轮减速箱前法兰与电动机联　接，后法兰与水泵部件联接，电动　机输出轴通过双键与齿轮箱输入轴　联接；行星齿轮输出轴通过渐开线　花键与水泵水力输入轴联接。行星　架周边均匀分布三个行星轮，行星　轮分别与对应的内齿圈及太阳轮保　证相同啮合侧隙的常啮合。其结构　紧凑、运行可靠、同心度好、浮动　灵敏和承载性能好。　为确保行星齿轮减速箱能够适　应水泵，使潜水泵能充分发挥其优　越性，对齿轮箱额外提出＿ｒ以　要　求：　１）齿轮箱满负荷正常运行　时，距离齿轮减速箱１ｍ处的噪音　值不得超过７５ｄＢ（Ａ），噪音等级　的测定方法应符合ＧＢ６４０６．８４Ⅸ齿　轮装置噪声声功率级测量方法　的　要求。　２）减速箱整机试车时，不得　产生振动，轴承温度与油温的温升　在机组达到稳定状态下，不得超过　８５±５℃。　３）减速箱需做整机气压试　验，试验压力为０．３ＭＰａ，持续时间　为１０ｍｉｎ，不得有渗漏现象。　解决了以上几个问题，则此　１　２００ｋＷ的特大型行星齿轮传动的　潜水轴流泵，其关键的几个问题都　得到了有效解决，而其它的零件与