尤 寶

(洛陽(yáng)雙瑞特種裝備有限公司,河南洛陽(yáng) 471000)

化工離心泵底座改進(jìn)設(shè)計(jì)及研究*

尤 寶

(洛陽(yáng)雙瑞特種裝備有限公司,河南洛陽(yáng) 471000)

基于化工離心泵的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合在實(shí)際的生產(chǎn)與裝配中出現(xiàn)的問(wèn)題分析,優(yōu)化了化工離心泵底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝,保證了最終生產(chǎn)底座的精度,同時(shí)兼顧整體裝配后的美觀,優(yōu)化后的底座更有利于整個(gè)化工離心泵底座的系列化設(shè)計(jì)。

化工離心泵;底座;設(shè)計(jì)與改進(jìn)

0 引 言

在臥式離心泵的使用過(guò)程中,一般泵體一側(cè)與電機(jī)單獨(dú)安裝,最后通過(guò)中間聯(lián)軸器將三者安裝在一個(gè)共同的基礎(chǔ)平臺(tái)結(jié)構(gòu)之上,將這個(gè)承載平臺(tái)稱(chēng)之為泵的安裝底座,它是化工離心泵的一個(gè)重要組成部件。實(shí)際的泵應(yīng)用過(guò)程中底座不但要保證泵與電機(jī)在靜態(tài)下的形狀、位置和尺寸精度,而且還要有足夠的支反力來(lái)抵抗泵在運(yùn)行狀態(tài)下由扭矩與振動(dòng)等外力引起的變形。目前我公司設(shè)計(jì)的泵主要為IH系列化工離心泵,軸向尺寸主要參照GB/T5662《軸向吸入離心泵(16bar標(biāo)記、性能和尺寸》,底座的尺寸主要沿用GB/T5660《軸向吸入離心泵底座尺寸和安裝尺寸》進(jìn)行設(shè)計(jì),隨著泵產(chǎn)品的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外泵企業(yè)逐漸淘汰現(xiàn)有的鑄造底座,改用焊接結(jié)構(gòu)泵底座。

1 傳統(tǒng)離心泵底座的利弊

傳統(tǒng)的泵底座一直沿用剛度較大的整體鑄件加工而成。如圖1,隨著泵行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)壓力逐漸增大,傳統(tǒng)鑄造泵底座的劣勢(shì)逐漸顯現(xiàn):①化工離心泵單個(gè)系列下規(guī)格較多,需生產(chǎn)相應(yīng)數(shù)量底座模具,需投入較大成本;②鑄造過(guò)程用時(shí)較長(zhǎng),針對(duì)有特殊要求的客戶(hù),需重新設(shè)計(jì)制造模具,所用時(shí)間會(huì)相應(yīng)增加;③鑄造底座用材較多,材料成本增加,同時(shí)鑄造底座外觀厚大笨重,影響整體產(chǎn)品外觀。鑄造底座優(yōu)點(diǎn)在于鑄件剛性較好,加工和安裝使用后尺寸穩(wěn)定性較好。

圖1 傳統(tǒng)鑄造底座

2 化工離心泵底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化

隨著國(guó)內(nèi)離心泵整體性能、質(zhì)量的提高,為降低整泵的成本,縮短生產(chǎn)周期,提升產(chǎn)品整體美觀,對(duì)傳統(tǒng)泵底座的優(yōu)化設(shè)計(jì)是提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)重要途徑。為此有必要針對(duì)現(xiàn)有的IH化工離心泵底座進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 化工離心泵底座焊接結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)及效果

根據(jù)GB/T5660《軸向吸入離心泵底座尺寸和安裝尺寸》的結(jié)構(gòu)尺寸,對(duì)IH化工離心泵首先進(jìn)行了第一次底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),底座采用整體焊接結(jié)構(gòu),由型鋼焊接,其中包括槽鋼、角鋼、鋼板以及鋼筋進(jìn)行對(duì)接焊結(jié)構(gòu),材料采用Q235B材質(zhì),后期通過(guò)噴漆進(jìn)行表面防腐處理,焊接底座安裝使用如圖2所示。

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)后的型鋼底座,整體重量比原有鑄造底座重量下降50%左右,生產(chǎn)周期從原有鑄件鑄造平均15天左右,縮短到了2天左右,為后期底座的生產(chǎn)節(jié)省了大量時(shí)間。從2012年以來(lái)已廣泛應(yīng)用于化工離心泵的生產(chǎn)中,并將安裝該系列底座的泵應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)中。

2.2 使用過(guò)程中存在的問(wèn)題及原因分析

由于化工離心泵底座是電機(jī)和泵的安裝平臺(tái),對(duì)于底座的安裝面有較高的形狀、尺寸精度要求。安裝面的誤差會(huì)造成泵在裝配與使用過(guò)程中軸的對(duì)中性較差,造成機(jī)械密封發(fā)生泄漏,造成泵生產(chǎn)中斷,給安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。

經(jīng)過(guò)使用驗(yàn)證,設(shè)計(jì)的焊接槽鋼底座在安裝與調(diào)試過(guò)程中,經(jīng)過(guò)跳動(dòng)檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)焊接底座尺寸的穩(wěn)定性較差,在放置一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)底座平面度超差,最大甚至達(dá)到了1.5 mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)要求的0.5 mm。使泵的運(yùn)轉(zhuǎn)存在安全隱患同時(shí)還可能造成泵的密封的失效。

為更好的研究分析泵焊接底座的變形原因,結(jié)合泵的生產(chǎn)合同項(xiàng)目,針對(duì)生產(chǎn)的10套化工離心泵底座進(jìn)行了提前生產(chǎn),完成后對(duì)底座進(jìn)行尺寸與平面度進(jìn)行了檢驗(yàn)記錄,并在自然條件下放置3個(gè)月后,將泵的底座再次檢驗(yàn),底座的平面度均超差0.5～1.2 mm,只能在安裝前再次對(duì)安裝平面進(jìn)行一次銑加工,來(lái)保證底座安裝平面的平面度。經(jīng)過(guò)對(duì)原因分析,底座的變形主要由于在焊接過(guò)程中型鋼焊縫存在焊接內(nèi)應(yīng)力,在長(zhǎng)期自然環(huán)境下放置或使用過(guò)程中隨著應(yīng)力釋放,造成扭曲變形。為此針對(duì)底座采用消除應(yīng)力處理,制定了Q235B的回火工藝,設(shè)計(jì)溫度600℃,保溫時(shí)間5～6 h,熱處理后的底座見(jiàn)圖3,經(jīng)過(guò)后期的加工實(shí)驗(yàn),底座尺寸誤差目前基本穩(wěn)定。

圖2 裝有槽鋼底座的化工離心泵

圖3 熱處理后的槽鋼底座

焊接底座經(jīng)過(guò)熱處理后,泵與電機(jī)安裝到底座后發(fā)現(xiàn),在泵的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)安裝與吊裝過(guò)程中,泵運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)焊接底座與水泥基礎(chǔ)通過(guò)螺栓拉緊后均出現(xiàn)了底座安裝平面度超差問(wèn)題。通過(guò)原因分析主要由于型材強(qiáng)度不夠所致,同時(shí)在焊接完成后對(duì)底座與基礎(chǔ)貼合面的校平度不夠,導(dǎo)致在底座安裝平面銑加工的過(guò)程中工裝壓緊后底座整體扭曲變形,為此需要在工藝實(shí)施過(guò)程中對(duì)焊接底座焊后首先進(jìn)行校平,后續(xù)再進(jìn)行底座的熱處理和機(jī)加工,要求校正后底面不平度≤0.5 mm,但通過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證,在實(shí)際的校正過(guò)程中該數(shù)值要求較高很難達(dá)到,最終校平后不平度一般為0.8～1 mm。其次,在泵在吊裝運(yùn)輸過(guò)程中焊接底座也會(huì)出現(xiàn)的安裝平面超差變形,經(jīng)過(guò)原因分析,底座吊鉤是起吊的主要受力點(diǎn),造成變形超差原因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理和所用型材的剛度不夠。

2.3 化工離心泵焊接底座優(yōu)化設(shè)計(jì)及工藝研究

為此設(shè)計(jì)第二代焊接底座,來(lái)提高整體焊接底座的剛度,通過(guò)合理結(jié)構(gòu)布局,使底座在使用過(guò)程中因?yàn)榈踹\(yùn)、振動(dòng)引起的變形得到改善甚至消除。通過(guò)不同型鋼的剛度對(duì)比,底座主體結(jié)構(gòu)采用方鋼要比槽鋼焊接后的剛度提高3倍以上,同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)增加板材可以達(dá)到任意的安裝平面高度,有利于實(shí)現(xiàn)客戶(hù)對(duì)安裝高度的要求,為此以方鋼為基礎(chǔ),對(duì)焊接底座進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),逐一對(duì)焊接底座存在問(wèn)題進(jìn)行解決,優(yōu)化設(shè)計(jì)后的焊接底座減少了起吊吊鉤部件,將底座的地腳螺栓安裝位置設(shè)計(jì)為隱藏式,為底座的設(shè)計(jì)增添時(shí)尚感,讓底座與泵體安裝使用后更加美觀大方,同時(shí)在結(jié)構(gòu)上更有利于后期底座的系列化設(shè)計(jì),圖4與圖5為設(shè)計(jì)及生產(chǎn)使用中的方鋼底座。

圖4 方鋼底座

圖5合同項(xiàng)目中應(yīng)用方鋼底座的離心泵機(jī)組

針對(duì)槽鋼底座與基礎(chǔ)貼合面校正難度大問(wèn)題,對(duì)方鋼底座地腳螺栓連接孔位置與基礎(chǔ)貼合面處增加焊接了5 mm厚平鋼板,該設(shè)計(jì)首先增加了底座螺栓連接部位的強(qiáng)度,避免后期安裝地腳螺栓后受力導(dǎo)致底座變形超差,同時(shí)在加工過(guò)程中,對(duì)5 mm厚平板進(jìn)行銑平,保證了底座上下面均進(jìn)行了加工,以加工后的焊接底座與基礎(chǔ)貼合面為整個(gè)底座加工基礎(chǔ)面進(jìn)行裝卡,經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證,保證了最終底座加工得到的安裝平面形位公差及尺寸精度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.4 化工離心泵生產(chǎn)工藝的總結(jié)與固化

優(yōu)化后的底座生產(chǎn)工藝總結(jié)見(jiàn)表1。

表1 化工離心泵方鋼底座詳細(xì)生產(chǎn)工藝流程

經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)與使用驗(yàn)證,目前底座生產(chǎn)工藝基本已固化,產(chǎn)品精度和尺寸穩(wěn)定性、剛度均滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。

3 結(jié) 論

(1)通過(guò)焊接底座的設(shè)計(jì)與制造,底座的生產(chǎn)周期較鑄造底座減少80%,成本下降20%左右,為生產(chǎn)實(shí)施節(jié)約了時(shí)間和成本。

(2)底座經(jīng)過(guò)多年的不斷設(shè)計(jì)與改進(jìn),目前在加工工藝上趨于成熟,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上已優(yōu)化完善。

(3)目前設(shè)計(jì)的方鋼泵底座已在合同中廣泛應(yīng)用,經(jīng)過(guò)生產(chǎn)安裝、客戶(hù)使用驗(yàn)證,底座剛度滿(mǎn)足要求,運(yùn)轉(zhuǎn)后底座尺寸精度穩(wěn)定。

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表2 小型刨床機(jī)構(gòu)優(yōu)化前后對(duì)比表

將優(yōu)化前后進(jìn)行對(duì)比建立表2,從表2可以看出,經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的小型刨床機(jī)構(gòu)由于q的減小,工作阻力減少,整個(gè)機(jī)構(gòu)的工作效率提高,驅(qū)動(dòng)曲柄的電動(dòng)機(jī)功率減少了30%。同時(shí)小型刨床機(jī)構(gòu)所占空間也減少了30%,優(yōu)化的效果是非常明顯的。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述,基于MATLAB優(yōu)化工具箱的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,在滿(mǎn)足使用要求,保證使用性能的前提下,與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法比較,可以設(shè)計(jì)出體積較小,效率較高的小型刨床機(jī)構(gòu),同時(shí)也節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間、減小了設(shè)計(jì)難度,是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的重大改進(jìn)。所以說(shuō)用MATLAB優(yōu)化工具箱求解機(jī)械機(jī)構(gòu)的優(yōu)化問(wèn)題,是較為合理的選擇。

參考文獻(xiàn):

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Im proved Design and Research on the Pedestal of Chem ical Centrifugal Pump

YOU Bao
(Luoyang Sunrui Special Equipment Co.,Ltd,Luoyang Henan 471000,China)

Based on the design standard of chemical centrifugal pump,and combined with the problem analysis in the actual manufacturing and assembling process,the physical design andmanufacturing technique of the chemical centrifugal pump pedestal are optimized in this paper.Such optimization would ensure the accuracy of final produced pedestal,aswell as thewhole aesthetic assembly.The optimized pedestal ismore helpful to the serial design of the chemical centrifugal pump pedestal.

chemical centrifugal pump;pedestal;design and improvement

TH311

A

1007-4414(2015)06-0110-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.06.040

2015-08-30

尤 寶(1986-),男,甘肅武威人,助理工程師,研究方向:離心泵設(shè)計(jì)及研究。