1 傳統(tǒng)深井泵簡(jiǎn)介及其不足
深井泵是一種需求量很大的機(jī)械產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域。目前，適用于設(shè)備在上方、水面在下方的水泵主要有兩種：一是潛水泵，另一種就是深井泵。
潛水泵配置的電機(jī)為潛水電機(jī)，工作時(shí)泵與電機(jī)整體潛入水底。由于浸沒(méi)在水中，對(duì)電機(jī)的密封性等要求很高，產(chǎn)品成本較高，且維護(hù)、保養(yǎng)不易。此外，由于潛水泵的徑向尺寸較大，不易放入口徑較小的井中取水，所以其應(yīng)用范圍受到限制。
深井泵又可分為兩種：一種是多級(jí)式深井泵，另一種是采用射流抽吸方式的深井泵，我們簡(jiǎn)稱(chēng)為射流式深井泵。多級(jí)式深井泵的泵體和電機(jī)是分開(kāi)的，泵體一般采用多級(jí)離心泵形式，潛入水下，而電機(jī)則布置在水面上方。泵體與電機(jī)之間采用聯(lián)軸器連接，由于泵的軸很長(zhǎng)，通常要采用分段連接。此類(lèi)泵不僅制造精度要求高、生產(chǎn)成本昂貴，而且安裝復(fù)雜，故障率高，維修不便。因此其應(yīng)用范圍也受到一定限制。
這樣，射流式深井泵成了許多深井抽水場(chǎng)合的主要設(shè)備。但現(xiàn)有技術(shù)中，射流式深井泵仍存在諸多不足。現(xiàn)有的射流式深井泵實(shí)際上是一種“射流深井泵機(jī)組”，該射流深井泵機(jī)組包括：位于井上部分的一臺(tái)機(jī)組和井下部分的一臺(tái)射流組件以及連接二者的連接管。其中井下部分的射流組件包括射流器、濾管、止回閥、真空表和連接管；井上部分的機(jī)組包括底座、離心泵、循環(huán)水箱、壓力表和進(jìn)出口閥門(mén)。循環(huán)水箱和離心泵安裝在底座上，并由一連接管連通。離心泵與射流泵之間設(shè)有一連接管（即回水管），形成向射流泵注入并經(jīng)其噴嘴噴出的高壓水流；循環(huán)水箱與射流泵之間也設(shè)有一連接管（即進(jìn)水管），從射流泵噴嘴噴出的水流經(jīng)該管流入循環(huán)水箱。該射流式深井泵機(jī)組由于設(shè)有循環(huán)水箱，不僅使得系統(tǒng)的體積大大增加，給運(yùn)輸、使用等帶來(lái)諸多不便，極大地降低了系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性；而且由于循環(huán)水箱及其它相關(guān)零部件（如連接管、壓力表、進(jìn)出口閥門(mén)等）的增加，提高了機(jī)組整體的生產(chǎn)成本。
此外，現(xiàn)有技術(shù)中的射流式深井泵，一般各部件皆為鑄造成型。鑄造設(shè)備本身就具有體積、重量大、耗材多，機(jī)動(dòng)性差等缺點(diǎn)。另外，鑄造工藝是一種耗電量高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、對(duì)環(huán)境有污染的工藝；而且對(duì)于小流量、揚(yáng)程高微型離心泵的某些部件，如窄長(zhǎng)的葉片，還因結(jié)構(gòu)尺寸所限而無(wú)法鑄造。
2 新型射流式深井泵的設(shè)計(jì)原理
新型射流式深井泵的水力設(shè)計(jì)采用粘性流理論、制造工藝采用沖壓焊接成型，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、機(jī)動(dòng)性能好，運(yùn)輸、使用十分方便，而且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、節(jié)省材料、污染大大減少、工作強(qiáng)度大大減輕、生產(chǎn)成本大大降低的新型深井泵。
先介紹改新型深井泵中沖壓焊接離心泵的水力設(shè)計(jì)方法。流量小、揚(yáng)程高的低比轉(zhuǎn)速離心泵的水力設(shè)計(jì)一直是個(gè)難題。采用加大流量設(shè)計(jì)法或無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)法，偏工況運(yùn)行的現(xiàn)象都十分嚴(yán)重。鑄造泵如此，國(guó)外的沖壓泵也如此。產(chǎn)生偏工況運(yùn)行的原因是目前應(yīng)用的設(shè)計(jì)方法沒(méi)有考慮粘性效應(yīng)的“理想流體”，沖壓焊接離心泵由于流道光滑，葉片薄，粘性效應(yīng)更為突出。
考慮沖壓焊接離心泵具有葉片薄，流道光滑等特點(diǎn)，分析國(guó)內(nèi)外理論研究和工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，為克服“理想流體”設(shè)計(jì)方法中忽略液體粘性的不足，采用把“理想流體”作為參照量，把粘性條件作為運(yùn)動(dòng)邊界條件的“粘性流水力設(shè)計(jì)方法”。針對(duì)沖壓焊接離心泵內(nèi)粘性流的不同特點(diǎn)，分別建立泵吸入口、葉輪和壓水室三組不同的粘性流方程組，分別求解粘性流過(guò)流通道及速度場(chǎng)的畸變值，按畸變值設(shè)計(jì)泵的葉型和流道。以此“粘性流水力設(shè)計(jì)方法”應(yīng)用于低比轉(zhuǎn)速?zèng)_壓焊接離心泵的設(shè)計(jì)，解決了低比轉(zhuǎn)速離心泵長(zhǎng)期存在的“偏工況”運(yùn)行問(wèn)題，提高泵的運(yùn)行效率，改善泵的汽蝕性能。
建立適合沖壓焊接離心泵的粘性流設(shè)計(jì)方法和數(shù)學(xué)物理模型后，由粘性流輸送方程式及粘性流畸變方程式構(gòu)成粘性流運(yùn)動(dòng)方程組，即：
式中：V1——粘性邊界層水流運(yùn)動(dòng)的畸變速度；
V2——粘性流體的運(yùn)動(dòng)速度：
Vc——"理想流體”水流運(yùn)動(dòng)速度；
h——粘性邊界層產(chǎn)生的附加水力損失；
K——粘滯特性系數(shù)。
根據(jù)上述粘性流理論設(shè)計(jì)的新型深井泵，葉輪采用雙圓弧圓柱葉片，泵體的徑向形狀為沿液流方向徑向向外逐漸增大的全螺旋線型，其斷面為斜度均勻變化的等腰梯形，所述等腰梯形的傾角B隨所述離心泵泵體徑向深度的加深而增大，變化范圍為20-850之間。改進(jìn)的射流式深井泵的泵體上開(kāi)有進(jìn)水管、回水管、出水管，整體結(jié)構(gòu)十分緊湊。
