無過載潛水排污泵是指能在關死揚程到零揚程的全揚程范圍內任何工況點運行，均不發生過載或因過載而燒壞原動機的潛水泵，它的軸功率曲線比較平坦，且軸功率在全揚程范圍內都小于(等于)原動機的配套功率。它是一種泵與電機合二為一的輸送液體的特殊機械，機電一體潛入水中工作。對于電機功率在11 kW以下的小型潛水排污泵，常在多種場合使用，運行條件極其復雜，泵的實際運行工況點經常變化。由于排出管路上沒有流量調節閥，因此因泵過載而燒壞電機的現象時有發生。所以，設計、制造無過載潛水排污泵，對于提高泵的可靠性、耐久性等有很大的現實意義。

一、水力設計

1.1設計參數

    以實際中用途較廣的150QW145-10-7.5型潛水排污泵為例來探討無過載潛水排污泵的水力設計過程，其設計方法對同類型產品均適用。本設計的參數為：流量Q=145 m3／h，揚程H=10 m，轉速n=1450 r／min，比轉數nt=188。文獻[5]規定泵的效率η=61％，電機配套功率P=7.5 kW，排出口徑為150 mm，要求通過固體顆粒的大直徑為45 mm。

1.2葉輪設計

  本設計取k2=7.25，則D2=220 mm。

(3)葉輪出口寬度b2

  葉輪流道出口斷面大致為圓形時，b：=(0.60～0.75)Dj；而當葉輪流道出口斷面不是圓形時，b：可取較小值，但應保證單個流道的出口斷面面積大致等于葉輪進口斷面面積的50％。本設計取b：=0.7Dj，則b2=80 mm。

(4)流道包角φ

    包角φ大，則有利于葉輪與液體之間的能量轉換。為了保證該泵在全揚程范圍內具有無過載功率特性，且具有較平坦的功率曲線，應取較大的流道包角。通常乒為100°-250°,比轉數大時取小值，比轉數小時取大值。本設計取φ=170°，并采用等變角對數螺旋線來繪制葉輪平面圖的流道中線。

(5)流道出口安放角盧：

對于無過載運行的離心泵，通常應選取較小的流道出口安放角，一般P為10°～1 8°。本設計取β=14°。本設計的雙流道葉輪水力圖如圖1所示。圖中

圖1  無過載潛水排污泵雙流道葉輪水力圖

(a)葉輪軸面圖和平面圖  (b)流道截面圖主要流線坐標如表1、2、3所示。

1.3壓水室設計

   潛水排污泵的壓水室通常有螺旋形壓水室、環形壓水室和準螺旋形壓水室3種形式，壓水室的斷面均有半圓形和矩形兩種形狀。由于螺旋形壓水室具有過流形狀完善、高效區寬、水力性能好等優點，且該泵的比轉數較大，故本設計采用螺旋形壓水室。為保證大顆粒和長纖維順利通過，渦室基圓直徑φ。應比普通離心泵大，一般取D3=(1.1～1.25)Dz；另外，渦室進口寬度b3、渦室隔舌安放角φ0、隔舌頭部直徑比普通離心泵略大些即可。因此，壓水室的水力設計可按一般清水離心泵的設計過程進行，也可采用自行開發的壓水室計算機輔助水力設計軟件來進行設計。

二、試驗研究

2.1試驗方法

   潛水排污泵的性能試驗在具有B級精度的開式試驗臺上完成，該試驗臺配備有潛水電泵自動測試系統，管路直徑為25～250 mm。按照國標GB／T1 2785-91《潛水電泵試驗方法》進行試驗，其中流量采用渦輪流量計測量，揚程采用壓力傳感器測量，軸功率采用電測法(UP損耗分析法)測量，轉速采用感應線圈法測量。試驗從小流量開始一直測到額定流量的160％左右，測量點多于15點。相關測試數據由計算機自動采集、處理后換算成額定轉速(以1450 r／min)的值。

2.2試驗結果

150QW145-10-7.5型無過載潛水排污泵的性能曲線如圖2所示。額定工況點的測定值為：Q=145 m3／h，H=10.62 m，P=5.67 kW，η=74.04％，全揚程范圍內的大軸功率P=6.29 kW。

2.3結果分析

(1)葉輪出口寬度為80 mm，遠大于要求通過固體顆粒大直徑為45 mm的標準規定值，無堵塞，抗纏繞性能好，通過能力強。

(2)效率高，高效區寬，額定工況點泵的效率比標準規定值高13.04％，檢測結果完全符合文獻[5]的要求。

(3)功率曲線較平坦，斜率較小，在從零揚程到關死揚程的全揚程范圍內的大軸功率為6.29 kW，小于額定功率7.5 kW，無過載性能好，可以在全揚程范圍內安全可靠運行。

潛水排污泵結構簡單，使用方便，用途廣泛。無過載設計技術在潛水排污泵上的應用進一步拓寬了其應用領域，提高了運行的可靠性，具有廣闊的推廣應用前景。