梁元敏

廣東漢能實業(yè)有限公司，廣東 陽江 529500

1 完全脹型成型蝸殼模具的設(shè)計

蝸殼模具是生產(chǎn)蝸殼的重要設(shè)備之一。不銹鋼沖壓焊接管道泵及單級離心泵的工藝制造難度很大，至今只有日本EBARA公司、美國ITT公司能夠生產(chǎn)。由于水力設(shè)計和工藝設(shè)計不盡完善，產(chǎn)品渦室的脹型不到位，泵的性能并不好。水力性能上，主要表現(xiàn)為偏工況運行，俗稱“大馬拉小車”或高比轉(zhuǎn)速低用，電機配置功率大，泵的運行效率低，時有電機超載損壞的情況發(fā)生。

圖1 EBARA公司的3M40-160/4.0性能曲線

圖2 我國初期的CYB65-50-160性能曲線

圖1是日本EBARA公司的3M40-160/4.0不銹鋼沖壓焊接單級離心泵的性能曲線。設(shè)計流量為25m3/h，但最高效率點的流量在40m3/h以上。圖2是前期仿制產(chǎn)品CYB65-50-160型不銹鋼沖壓焊接單級離心泵的性能曲線，流量加大到50m3/h時效率仍不下降，偏工況現(xiàn)象均十分嚴(yán)重。成型工藝上為保證水力性能，要求蝸殼必須360°全斷面完全脹型，并且蝸殼出口彎頸要求擴散回收動能。日本產(chǎn)品的蝸殼采用的是半螺旋式的部分斷面不完全脹型，彎頸用圓管斷面進行過渡。而美國ITT公司3500型不銹鋼沖壓焊接單級離心泵蝸殼根本不脹型，為一圓筒，出口管為一段直管，所以EBARA和ITT的沖壓焊接泵的水力性能均不理想。主要原因是蝸殼的成型工藝十分困難，一種蝸殼需要48套模具，工裝夾具費100多萬元。最后不得不用較為容易制造、成本也較低的不完全脹型或不脹型替代，但影響了水泵的效率和汽蝕性能。

不均勻、不對稱、360°全斷面完全脹型是粘性設(shè)計的技術(shù)特征，但這種技術(shù)特征沖壓成型非常困難，日本專利是部分斷面的不完全脹型。

圖3 日方脹型成型原理圖

圖3是日本專利產(chǎn)品的成型原理，利用這種對半式、部分斷面不完全脹型不僅生產(chǎn)效率低，而且也不能滿足粘性流技術(shù)特征要求的全斷面完全脹型。

圖4所示為荷花瓣式的自動分合的組合模具，從上部加力，利用側(cè)向力使模具收攏，由于分成4瓣～8瓣，蝸殼渦線為全斷面漸開線凹模，能夠準(zhǔn)確加工。底部有導(dǎo)桿及底板模，向下繼續(xù)加力時，導(dǎo)桿下移，上蓋板下壓，聚氨酯橡膠在上下蓋板擠壓下側(cè)向變形，使不銹鋼鋼板緊貼凹模成型，泄壓時模瓣中彈簧使模瓣自動分開，脹型的殼體自動彈出，生產(chǎn)效率很高，質(zhì)量達到要求。

圖4 荷花瓣式組合模具脹型圖

2 管道泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計

現(xiàn)一般的管道泵普遍存在流部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)品笨重，材料消耗大；泵的水力性能也不夠理想，偏工況運行，效率低等問題。經(jīng)分析認為:低比轉(zhuǎn)速離心泵，流道窄長，粘性產(chǎn)生的水力損失大，效率低。而粘性增大必將引起進、出口流道堵塞，從而偏離設(shè)計工況。

圖5 泵結(jié)構(gòu)示意圖

針對上述問題，本文在傳統(tǒng)的管道泵的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，設(shè)計一種蝸殼完全脹型的，能有效提高泵水力性能的高效泵結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

其特征在于:泵體由呈桶狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)、外缸構(gòu)成，內(nèi)缸連通進水管，外缸連通出水管，內(nèi)缸同軸設(shè)于外缸內(nèi)通過在內(nèi)、外缸底部互相固定連接，內(nèi)缸開口端低于外缸開口端，內(nèi)缸開口端向上依次同軸設(shè)有導(dǎo)流部件、葉輪、排氣部件及安裝在外缸開口端的泵后蓋。

所述的葉輪為軸向吸入、徑向排出的離心葉輪，導(dǎo)流部件為一整體沖壓成型的盤狀結(jié)構(gòu)，盤底與內(nèi)缸開口端密封，盤底中心設(shè)有與葉輪前端入口對應(yīng)密封的進水口，葉輪同軸設(shè)于盤狀的導(dǎo)流部件內(nèi)，導(dǎo)流部件周壁設(shè)有與葉輪的徑向排出口對應(yīng)的導(dǎo)流葉片。

所述的導(dǎo)流部件周壁均勻沖壓為多段，各段周壁為沿圓周同一方向徑向向外增大的弧形導(dǎo)流葉片，每兩相鄰導(dǎo)流葉片之間由徑向差形成一沿軸向向下的出水孔，盤狀的導(dǎo)流部件開口處向外沖壓有盤沿。該弧形導(dǎo)流葉片弧線分布與葉輪轉(zhuǎn)動方向?qū)?yīng)，提高出水效率。

所述的外缸內(nèi)壁對應(yīng)導(dǎo)流部件盤沿設(shè)有凸臺，盤沿放置于凸臺上以支撐導(dǎo)流部件，該凸臺與內(nèi)缸開口端的軸向距離等于導(dǎo)流部件的軸向深度。

3 產(chǎn)品應(yīng)用情況

該產(chǎn)品在北京科技發(fā)展有限公司水處理回收，環(huán)保節(jié)能應(yīng)用等方面，廣州雅韶泵業(yè)有限公司食品行業(yè)水處理方面，張家港市東晨物資有限公司高純度凈水系統(tǒng)方面，杭州德士比泵業(yè)有限公司水供應(yīng)系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用等方面到得到了很好的應(yīng)用，直接或間接產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)論

1）由于底座、泵體、導(dǎo)流部件與葉輪等全部過流部件都是通過沖壓焊接成型的，因而與鑄造泵相比，整體結(jié)構(gòu)輕巧，重量大大減輕，節(jié)省材料效果明顯；水泵運行的可靠性大大提高。鑄造泵相比，整體結(jié)構(gòu)輕巧，重量減輕75%，節(jié)省材料效果明顯；水泵運行的可靠性大大提高，效率提高3%～8%；

2）采用在葉輪徑向出口的導(dǎo)流方式，并對導(dǎo)流部件的進行特殊設(shè)計等措施，使得傳送的液體流動更通暢，水力性能好，效率高。外缸的周壁上及底部分別設(shè)置外缸和內(nèi)缸的排水孔、密封圈、螺釘，可以把內(nèi)缸的水完全放空；

3）導(dǎo)流部件為一體沖壓結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的沖壓泵相比，保證了導(dǎo)流部件具有足夠的強度、剛度和精度，安裝方便，提高了產(chǎn)品的可靠性，同時也延長了產(chǎn)品的使用壽命；

4）葉輪入口處采用密封環(huán)活動密封結(jié)構(gòu)，不僅密封效果好，提高了泵的水力效率；而且降低了制造、安裝難度，提高了生產(chǎn)效率；

5）外缸的周壁上及底部分別設(shè)置外缸和內(nèi)缸的排水孔、密封圈、螺釘，可以把內(nèi)缸的水完全放空。

[1]申延鵬，常金唱.三元流技術(shù)在循環(huán)水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].河南化工，2011(6).

[2]黃永謀.淺談離心泵的節(jié)能應(yīng)用措施[J].石油和化工節(jié)能，2011(3).

[3]陳楚成.泵類產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r[J].化工設(shè)備與管道，2005(4).