潜水泵

潜水泵（submersible pump），是一种利用液体的流速来改变气压，实现提水的流体输送设备。^[3]第一台潜水泵于1904年由美国布朗·杰克逊 (Byron Jackson) 公司的工程师们设计并制造。^[4]潜水泵由水泵、电机、密封和若干零件组成。^[1]工作时全部浸没在水中，利用压力的不断递增完成提水。^[1]潜水泵的特点是体积小、重量轻、安装方便、移运灵活，工作适应性强。^[5]它按电机的密封形式，可分为干式、半干式、充油式和湿式四种。^[1][6]可以应用于城市给排水、水环境改善、矿山抢险、工业冷却、农田灌溉、海水提升、轮船调载、喷泉景观等诸多领域。^[1][6]

1904年，为适应某些特殊场合如需要井中提水等工况，美国布朗·杰克逊 (Byron Jackson) 公司的工程师们设计并制造了泵和电动机卧式连接并可在水下使用的世界上第一台干式(充气式)潜水电泵，取代深井泵，这也是公认的第一个成功的潜水式电机泵(First successful submersible motorpump),也是现代潜水泵的“鼻祖”。^[4]

1928年，美国布朗·杰克逊 (Byron Jackson) 公司又发明了泵与电动机立式连接的潜水电泵，这是早期的井用潜水电泵。电动机结构分别为充水式、干式和充油式。早期的潜水电泵主要用于给水工业、地铁排水、水力灌溉站和采矿工业等埸yì合。^[4]

20世纪30年代，英国海沃·德泰勒(Hayward Tyler)、德国KSB公司和里茨公司(RITZ)、瑞典飞力公司(Flygt)、美国BJ公司、TRW公司、日本Hitachi公司等相继开始生产深井潜水泵。如德国普渃ruò格公司(Pleuger)研制的深井潜水电泵成功应用于如地下铁道系统排水和提升日常饮用水。潜水泵吸引了许多工程专家和工程技术人员的眼光，普渃格公司的产品在莫斯科地铁、法国、墨西哥和阿根廷的水力灌溉站等许多工程中得到大规模应用。^[4]

1948年，瑞典Sterbery-Flygt公司首次制造了世界上第一台小型排水用作业面潜水电泵，从根本上简化了泵的形式，简化了潜水电泵的结构，发明了电机轴与泵叶轮直接连接方式，降低了潜水电泵的制造成本近一半，很快成为建筑工业以及采矿工业的主要排水设备。1956年，该公司研发成功并推广了B系列潜水排污泵，用于输送工业流程、生活污水、工业废水等中含有固体颗粒悬浮物或纤维状悬浮物的液体。很快就在市政、环保、轻工、化工、矿山、冶金、制药、 食品等行业推广应用，成为污水处理工程的主要设备之一。^[4]

由潜水电机驱动潜水泵的叶轮旋转，使叶轮进口处形成真空，将水吸入，水在叶轮叶片的作用下产生离心力，从而获得速度能和压力能。具有一定能量的水通过导流壳，经过扩压器，进入下一级叶轮，随着泵级数的增加，压力不断递增，最后从泵出口排出管流出。^[7][8]

虽然有多种类型的潜水泵，但是它们的基本构造都是一样的，都是由水泵、电动机、密封和若干附件构成的。^[9]

水泵位于整个潜水泵的上端,是潜水泵的主体,完成吸水及扬水任务。水泵依靠与电动机同轴的泵叶轮在旋转时产生升力或离心力，通过导向件(或泵体)的导流作用吸水。^[9]

不同类别的潜水泵使用的电机不同，一般采用三相鼠笼型立式电动机或单相立式电动机。电机转速一般为2950r/min。^[9]

密封部分的作用是保证潜水泵长期在水中运行而不漏水。潜水泵的密封分静密封和动密封两种。前者是在潜水泵的各固定零部件处,使用橡胶密封圈借助于紧固件的压力达到密封作用;后者是指电动机转动轴的外伸处(叶轮端)采用的密封盒，密封中的两块动磨块随轴一起转动，在弹簧的压力下分别与两块静止磨块进行端面对磨，组成了两道密封面。密封盒和油浸式电动机的空腔内必须加入优质的N7#、 N15#机械油或 DB25 型变压器油。整体式密封盒装配后需经气压试验。5分钟内不允许漏气。因此，它能有效地阻止水从电动机转轴处漏入电动机内部,从而保证潜水泵在潜入水中后能可靠地工作。潜水泵的寿命在一定程度上决定于其静、动密封的好坏。^[9]

潜水泵的种类很多，为了达到不同的使用目的，并适应不同的工作条件，潜水泵的类型可按电机的密封形式、用途、主轴布置方式等进行分类。^[1][6]

潜水泵按电机的密封形式，可分为干式、半干式、充油式和湿式四种。^[1]

干式潜水电泵是采用在电动机内充入压缩空气或在电动机的轴伸端用机械密封或油密封等方法，阻止水或潮湿气体进入电动机内腔，以确保电动机长期潜入水中的定子绕组可靠绝缘，保证电机安全可靠运行。干式潜水电泵结构简单，由于转子在空气中转动，摩擦损失小，电动机效率较高。^[10]

半干式潜水电泵是将电机的定子密封，而转子在水中旋转，一般用很薄的非磁性不锈钢或无磁性耐腐蚀薄金属做成圆简将定子封闭。这种潜水电动机可作成全贯流式水泵。^[10]

充油式潜水电泵将绝缘油(变器油或定子油)充满在电动机内，防止水或潮湿气体进入电动机绕组，油不仅可绝缘，还可起冷却和润滑作用。电动机内的绝缘油可以是有压的也可以是无压的。为了防止油泄漏出来，也防止水浸入，轴端采用严格的密封措施。由于电动机内充油，粘性大，转子旋转时机械摩擦损耗增加，因此这种电动机效率较干式电动机低3%~5%左右。^[10]

湿式潜水电动机又称充水式潜水电动机。它是在定子内腔充入一般纯净的清水或蒸馏水，转子在清水中转动;定子绕组采用耐水绝缘导线或合成树脂浇注，将定子包裹封闭起来。由于它不需要象干式或充油式那样严密防水，所以结构大大简化。关键是需防止内部零件锈蚀和泥砂浸入，且需采用高强度耐水绝缘导线。^[10]

潜水泵按照用途可分为井用潜水电泵、污水污物潜水电泵、矿用潜水电泵(包括矿用隔爆型和矿用一般型)、高温高压潜水电泵等多个种类。^[4]

井用潜水电泵的潜水电动机多采用湿式和充油式。若为供水用泵，为防止井水污染，多采用湿式潜水电动机。井用潜水电泵的潜水电动机大多装置在水泵的下端，吸水口在电动机与水泵之间，通常称为上吸式潜水电泵。其最大外径因受井径限制，常采用细长的电动机和多级导叶式 (空间导叶或径向导叶)的水泵。井用潜水电泵主要用于从井中提取地下水，供城镇、工矿企业或农田灌溉用。^[10]

污水潜水泵采用一般采用旋流式、单流道式、双流道式、多流道式、螺旋离心式或开式叶轮结构。这里的污水污物是指各类污水或含有泥沙、纤维物、粪便 、矿石等混合液体。这种混合液体有悬浮、半悬浮和非悬浮3种状态，不能简单地将污水、污物分割开来。污水污物潜水泵实际上是输送液固混合的二相流体泵，并不是指既可排污水，又可排污物。通过颗粒最大直径是污水污物潜水泵的主要性能指标，是表征输送液固混合液体时不发生堵塞的能力。污水污物潜水泵在工业、市政、水利、建筑业、食品、医院、饭店等行业具有广泛的应用。主要用于输送含有固体及纤维物的淤泥、废水、城市污水。^[11][12]

深井潜水泵一改传统水泵笨重、噪音大、能耗高的特点 ，从结构上解决普通潜水泵的低流量、低扬程的缺陷。不锈钢深井潜水泵是在美国井用潜水泵的基础上，进行性能优化设计和外观改造，制成FVP系列喷泉泵。该泵属于多级泵，可以实现单级泵所不能达到的喷泉高度要求。由于采用了不锈钢材质，强度、性能都得到很大提升。多级泵可以任意调节，满足不同的喷泉高度选择。同时水泵直接放置于水中，不会产生吸上扬程、气蚀等现象，能耗较小，噪音低。不锈钢多级深井潜水泵适合快速发展的移动式喷泉需求。^[13]

热水深井潜水泵会对井进行密封，防止井内涌上来的蒸汽和水对干式电机造成危害。对于不同的零件采用HT200、Q235A等不同的材质，以避免地热水对泵零部件的电化学腐蚀，确保泵运行的可靠性和运行寿命。热水深井潜水泵轴承材料采用耐热、耐磨、自润滑且热膨胀系数与轴承体差异不大的高分子聚合材料制作，使轴承与轴承体、轴承与转动轴之间的过盈量和间隙更易控制。热水深井潜水泵适用于地热井中，用于提取地热水。^[14]

防爆排沙潜水泵是一种新型潜水泵，适用于有甲烷爆炸危险的环境中。适用于抽放含有固体颗粒的污水，在煤矿立井、斜井施工排水、矿井无水仓井底主排水、采掘工作面排水、主井井底撤煤仓自动排水、老塘排水、无人区涌水自动排水、清水仓排水、清理淤泥沙排水、救灾抢险排水等场所。^[15]

风动潜水泵是一种潜入水中以压缩空气为动力的水泵。在立井掘进初期井筒较浅且涌水量不大时，风动潜水泵可以代替吊泵用来排水;亦可在掘进中期和后期，用其将工作面水窝的水转排至吊桶提出井口(当涌水量很小时)。由于风动潜水泵的叶轮工作时浸在水中，故起动前不必灌引水，使用时也不必考虑吸程问题。又由于潜水泵的动力是压缩空气，故在使用中较为安全、可靠。此潜水泵一般都比较小，零件多数采用铝合金制造，重量较轻，便于移动使用。适用于立井、巷道等掘进工作面排水之用。^[16]

潜水泵按照主轴布置方式可分为立式潜水泵和卧式潜水泵。^[6]

立式潜水泵的潜水电机垂直安装，泵装置主要组成包括进水流道、水泵叶轮、水泵导叶体、潜水电机和出水流道。受立式泵结构特点的影响，立式潜水泵的潜水电机只能布置在水泵的出水侧。立式潜水泵采用的进水流道主要有肘形、簸箕形、钟形和双向进水流道等，采用的出水流道主要有井筒式、虹吸式、蜗壳式和双向出水流道等。其中，立式潜水泵装置进水流道的常用型式为簸箕形和肘形，出水流道常用型式为井筒式和虹吸式。^[6]

立式潜水泵中的井筒式潜水泵大多应用于工程实际中。其特征是在水泵导叶体之后布置断面形状为圆形的井筒，潜水电机布置在井筒内与导叶体出口相接。井筒顶部为井盖，潜水电泵可从井盖处整体吊出。^[6]

井筒式潜水泵具有节省工程投资、安装方便、运行稳定和可靠性高等优点。井筒式潜水泵的主要缺点是出水流道作 90°转向时的流道内流态差，水头损失大，泵装置效率低。^[6]

虹吸式潜水泵装置利用真空破坏阀进行断流，无需增设拍门和检修闸门，既能节省投资，又能提高机组运行可靠性、减少维护。同时，虹吸式潜水泵装置出水流道的水头损失较其它型式小，泵装置效率较高，长期运行能够节省费用。^[6]

卧式潜水泵的泵轴水平安装，其流道形状简单，进、出水水流均保持水平方向，无需在进、出水流道内转向，流态平顺均匀，明显优于立式潜水泵，卧式潜水泵装置效率比立式潜水泵装置高。目前得到应用的卧式潜水泵装置从立式潜水泵装置演变而来，电机布置方式顺理成章地沿用了后置布置方式，形成了电机后置的潜水贯流泵装置。采用贯流泵可减少泵站开挖深度，降低泵房高度和简化水工建筑物的结构，节省土建费用。潜水电机具有结构紧凑、电机外径小和安装检修方便等优点。^[6]

各类潜水泵通用的性能指标包括电动机转速，扬程，流量，功率，配管内径，运行效率及汽蚀余量。^[9][17]

转速是水泵叶轮每分钟的转数，单位是r/min。潜水泵的其它性能参数都随转速而变化。通常水泵铭牌上标的转速是水泵的额定转速。铭牌上所标其它性能参数都是在这一额定转速下试验得出或根据试验资料换算得出的，如流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，输入功率与转速的立方成正比。^[17][10]

扬程是水泵能够抽水的高度，包括从水源水面到水泵出水管中的中心垂直高度，单位用米表示。^[17]扬程的大小直接影响着水泵的使用效果。影响扬程的主要因素是转速和进出口压力。在不对潜水泵寿命造成影响的情况下，水泵的转速越高，其扬程越高。潜水泵的进口压力越高，出口压力越低，水泵的扬程也会相应地增加。反之，进口压力越低，出口压力越高，水泵的扬程也会相应地降低。同时，在不同的流量工况下，不同的叶轮叶片数会对扬程产生不同的影响：在小流量工况下，叶片数的增加提高了空间导叶叶片流道内整流效果，泵的扬程随叶片数的增加而提高。在大流量工况下，过多的叶片会产生较多的水力损失，较少的叶片数有利于水泵扬程的提高。^[18]

流量又称出水量，是指水泵在单位时间内输出的水量，单位是L/s或m³。不同的潜水泵对流量的要求不同，要看具体的潜水泵类型。^[17]

水泵的功率分有效功率、泵轴功率和配套功率3种:有效功率是指水泵对水做的功率;动力机传给水泵轴的功率叫泵轴功率，也叫输入功率，泵轴功率比有效功率大，因为水泵运转时要损耗一部分功率;配套功率是一台水泵应选配动力机的额定功率。考虑安全通常使配套功率大于泵轴功率。^[17]

电动机输出的有效功率与电动机电源输入功率的比值为运行效率，用百分数表示。电动机效率一般在60%~90%，额定功率越小，效率越低。影响效率的因素主要在于电动机内部的线圈电阻引起的发热、磁通量通过定子和转子矽钢片的损耗以及其它的机械损耗。电动机效率是考核电动机质量的一个很重要的综合指标。^[10]

汽蚀是指水泵口的压力过分下降导致水汽化出现气泡，气泡对叶轮或叶片金属表面的高压作用如同高速的锤击，经过长时间多次的作用，使金属表面产生脆化而剥落。这一整个过程称为“汽蚀”。因此汽蚀现象是水泵使用中极恶劣的现象之一，应予防止。汽蚀余量的物理意义是为防止水泵内部产生汽蚀，在水泵进口高于汽化压力的富余能量，对于不同的水泵要求不同，不是一个定值，需根据汽蚀试验确定。所以汽蚀余量确定水泵吸上水的最大垂直高度，单位用米表示。它是用来确定水泵安装高度的依据。^[10]

瑞典的赛莱默飞力（Sterbery-Flygt）公司在1999年推出飞力N技术，革新了潜水污水泵。飞力Ｎ叶轮（半开式无堵塞叶轮）采用了一种独特的设计，该叶轮可以轴向移动，即使在严酷的环境下堵塞物也可以轻松通过。此项新技术可以实现更高的效率输送污水，而不发生堵塞。既不会发生局部堵塞，也不会出现堵塞物停留，污物将随污水一起被输送， 意味着泵保持高效率运行。这种泵采用双叶片叶轮，可以避免部分堵塞引起的效率损失，不必拆开水泵就可以维持叶轮清洁，很容易维持较高的水力效率。^[4]

潜水泵在工业领域一般应用于建筑基坑排水、城市排涝、海洋石油、输送污水等场合。在基坑施工过程中，它能有效地控制基坑内部水位、排除基坑中大量地下水，保证基坑地面、墙面稳定可靠。^[19]在城市排涝过程中，潜水泵现场安装方便，水泵集水池和机械间可以合二为一,大大减少了土建工程,降低泵站工程总造价 40%左右。^[20]在海洋石油领域中，潜水泵因其结构简单，安装简便节省空间，被广泛作为海上石油平台的海水提升泵，用于提升海水为平台提供生产和生活用水，一般为立式多级涡轮泵。^[21]在用于输送污水淤泥时，污水污物潜水泵在工业、市政、水利、建筑业、食品、医院、饭店等行业具有广泛的应用。^[11]

潜水泵在农业领域一般应用于农田排灌、喷灌、养殖业给排水等场合。^[22]在农田防护区排灌站，利用潜水泵的优势，采用泵闸合建方案，不必另外建立泵站，从而可以取消泵站引水渠、进水池、泵站基础设施的建设，减少了工程量和投资；也可以解决普通电泵难以过驼峰的问题。^[23]在灌溉取水中,与采用普通泵房相比，采用潜水泵房具有结构简单、安装管理方便、降低工程投资、占用渠道过流断面小等优点。^[24]

对于矿井水灾害的防治和救治，井底泵房的传统排水模式抗水性弱，当突发洪水事故时，如果总涌水量大于总排水能力，则会造成井底积水，直接威胁泵房的安全，矿井排水系统瘫痪，酿成矿山水灾造成重大损失。如果井下排水系统采用潜水式排水系统，在井底泵房被淹时，排水系统仍可正常运行，可全面提高矿井的抗水灾害能力。^[25]

大功率潜水泵在矿井抢险中的应用相比传统卧泵来讲具有较强选择优势与信号传输优势。在矿井突发水量较大时，通过大功率潜水泵一方面可通过自身系统与其他设备的配合进行排水，另一方面经过单片机对信号的运算处理，输出与其相对应的高频信号可将准确的水仓信号传递给矿井作业人员，由此采取相应的措施，以保证抢险救灾力度的最大化，降低不必要的损失。^[2][26]

未来潜水泵发展不再是追求数量，而是更注重产品技术含量；一些低端产品、靠低价占有市场份额的中小型潜水泵生产厂家逐渐会被淘汰，最终留下来生产厂家必须是靠技术、靠服务经营的。科技发展日新月异，潜水电泵生产厂家必须进行技术革新，产品升级改造，把电子信息技术应用在潜水泵生产制造过程中，延长水泵使用寿命，提高电机效率。^[27]

潜水泵市场应尝试多元化研发潜水泵，发展相关配套产品，如下吸式潜水泵、浮箱式潜水泵、卧式潜水泵、消防泵以及灌流泵，形成优势互补，研发可移动大流量水泵，用与抗洪抢险、农田灌溉和市政排水。传统大流量提水需要先建设泵站，然后选取大流量离心泵。随着科技发展，采用可移动大流量水泵，降低成本，缩短工期，不仅可以在水面漂浮，而且也可以在水面上移动，不受地形条件限制；通过智能控制器，随时可以观察水泵使用情况，严格控制水泵流量和扬程。^[27]

潜水泵种类较多，但型号规范大体相同，下面以井用潜水泵、小型潜水泵和污水污物潜水泵为例分别阐述型号规范。^[10]

井用潜水电泵的型号第一部分为潜水泵适用井的直径，用数字表示，单位为mm。第二部分为泵的形式，用字母表示，按中国国家技术监督局1991年颁布的标准，井用潜水电泵的形式用QJ表示。第三部分为泵的流量，用数字表示，单位为 m³/h。第四部分为潜水泵的扬程，用数字表示，单位为m。第五部分为潜水泵的级数。^[10]

小型潜水泵的型号第一部分为泵的形式，用字母表示：“Q”代表潜水;“M”代表单相电动机，若为三相电动机则不加任何字母;“Y”代表充油式电动机；“S”代表充水式电动机；“X”代表下泵式，若为上泵式也不加任何字母。第二部分为潜水泵的流量，用数字表示，单位为 m³/h。第三部分为潜水泵的扬程，用数字表示，单位为m。第四部分为电机的额定功率，用数字表示，单位为kW。^[10]

污水污物潜水泵的型号与上述潜水泵一样用字母和阿拉伯数字表示。^[10]

潜水泵在投入运行前，首先须对电源和线路作一次全面检查:检查电源电压是否正常，线路连接是否完好、正确;空气开关的过电流保护是否有效，切不可在无保护装置的情况下运行，以防损坏电机。如果没有空气开关，可用三相闸刀开关接上保险丝代替。其次，检查潜水泵淹没深度是否符合要求，若有问题，应予排除。只有在以上各项检查均符合要求后，方可合闸运行。在潜水泵运行过程中，必须有专人看管，并注意倾听电机与水泵运转声音是否正常，运行是否平稳，出水量有无异常变化。而且，应随着水位的下降及时下降潜水泵位置，以使潜水泵保持合理的淹没深度。^[28]

在运行中，如果出水量显著减少，电机突然停转或出现异常声音，需要提起潜水泵进行检查时，必须先切断电源，以保证安全。如果接地不良，发现开关、机组或电路有漏电现象时，应迅速切断电源，找出原因，排除后方可投入运行。潜水泵的“开”和“停”，不宜过于频繁，因电机起动时，通过的电流量很大，如多次连续起动，电机内热量积聚，温度升高，影响绕组绝缘性能，甚至将绕组烧毁。一般停机后，如需起动，应间隔3~ 5 min，以使电机散热降温，避免电机遭受高温。潜水泵运行时，严禁在出水处洗手、洗东西，以防潜水泵漏电使水中带电而造成人身触电事故。^[28]

使用1年后，应对潜水泵的锈蚀进行清除，之后涂上防锈漆。使用2年后，应拆开潜水泵所有部件，进行去垢、擦洗、检查、除锈、刷漆，更换严重磨损或损坏的零件，然后按技术要求重新装配好。潜水泵不用时，不能长期泡在水中，应将其提上来，经保养后，放置在干燥、通风的室内，下面垫上木块，不可使泵体直接与地面接触，以防电机受潮。^[28]

故障现象常见原因故障部位或故障处理方法通电后潜水泵不启动电源停电、电压太低缺相(三相电源)、电源电缆断裂，插头损坏电源正常时，线电压为342~418V，相电压为198~242V;检查电源线，更换损坏的电缆、插头、开关、熔断器等接插件接触不良修复或更换热保护器损坏更换离心开关触头常开修复或更换电机绕组烧坏绕制电容击穿(单相潜水泵)更换杂物堵塞、叶轮被卡死清除杂物，但须注意不要破坏叶轮的平衡(叶轮中心螺丝有些是反丝的，拆卸时要注意)突然停转空气开关跳闸或熔断器中熔断体熔断查明保护动作原因，消除故障后更换熔断体电动机绕组烧损重新绕制潜水泵堵转叶轮、轴承等转动零件损坏或卡住，修复或更换热保护器动作查明动作原因，视情况修复或更换叶轮被杂物卡死清除杂物，注意不要破坏叶轮平衡突然停电或缺相查明原因后修复电缆轧断或损坏修复或更换不出水或出水量少电动机无法启动或电源电压太低按无法启动检查处理扬程过高按扬程合理选用潜水泵型号滤水网被杂物堵塞清除水质含沙量太大或黏度太高调整潜水泵位置或换用其他潜水泵型号出水管道松脱、堵塞、破裂检查出水管道，对症处理吸水部分露出水面调整潜水泵位置水泵密封损坏或叶轮因磨损气隙太大更换损坏的密封部件或更换叶轮(密封部位须经0.2 MPa,即2kgf/cm²的气压检查)潜水泵转动反向调整三相电源任意两相接线转子和轴松脱打滑修复鼠笼式转子断条修复或更换运行中电流超过额定值电机超载调整抽水扬程轴承、轴套等密封件损坏更换(密封部位须经0.2 MPa即2kgf/cm²的气压检查)轴弯曲更换或修复抽水时声音不正常潜水泵入水太浅加深入水深度叶轮摩擦导向件停机修复甩水器和轴承座相擦停机修复缺相运行检修电缆线、开关、熔丝等电容器损坏(单相潜水泵)更换定子绕组烧坏绕组匝间断路或短路视情况修复或重绕缺相运行时间过长查明原因修复或增设缺相保护器堵转运行时间过长查明原因排除脱水运行时间过长查明原因排除接地错误按规范接地三相电源经常缺相查明原因修复或增设缺相保护器密封盒损坏漏水导致绕组短路修复或更换电缆线渗水导致绕组短路修复或更换潜水泵脱水运行时间过长脱水运行时间不宜超过1分钟超负荷运行减轻负荷开机、停机过于频繁减少开、关潜水泵次数叶轮经常被卡住注意清除水中杂物经常被雷击安装防雷措施参考资料：^[9]