張?jiān)A 曾憲榮 周文天 陳沿維 何鵬

達(dá)州市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究推廣站，四川達(dá)州

在淺丘山區(qū)農(nóng)田排灌與城鎮(zhèn)供水等行業(yè)用泵選型時(shí)，常遇到要求泵的性能參數(shù)為流量1 300～2 000 m3/h、揚(yáng)程15～25 m，經(jīng)常選不到適合的泵型。在國內(nèi)，泵的產(chǎn)品規(guī)格一般是按照系列型譜標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)制造的，φ350 mm口徑以上的單級雙吸離心泵就直接是φ500 mm口徑系列單級雙吸離心泵了，缺乏φ400 mm口徑系列的單級雙吸離心泵產(chǎn)品。比較接近要求參數(shù)的泵就是500S22型單級雙吸清水離心泵產(chǎn)品，該泵正型設(shè)計(jì)性能參數(shù)為：流量2 020 m3/h，揚(yáng)程22 m，轉(zhuǎn)速970 r/min，效率84.0%，氣蝕余量5.2 m，軸功率144.1 kW，配套動(dòng)力185.0 kW。該泵為φ500 mm口徑大中型泵，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速偏低，泵體積偏大，較為笨重，單泵頭質(zhì)量達(dá)1 558 kg，與之配套的輸水管路直徑相應(yīng)也為φ500 mm，間接導(dǎo)致泵系統(tǒng)投資成本偏高。因此，達(dá)州市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究推廣站與四川新達(dá)泵業(yè)有限責(zé)任公司聯(lián)合設(shè)計(jì)研制了XDS400-350-340型單級雙吸高效節(jié)能離心泵產(chǎn)品，并成功推向市場。

1 設(shè)計(jì)指標(biāo)與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

1.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

XDS400-350-340型單級雙吸高效節(jié)能離心泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)性能指標(biāo)為：流量1 700 m3/h，揚(yáng)程20 m，轉(zhuǎn)速1 480 r/min，效率86.0%，氣蝕余量6.7 m，軸功率107.7 kW，配套動(dòng)力132.0 kW。

1.2 主要結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

1.2.1 泵體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)［1～2］

1）泵采用1 480 r/min的高速設(shè)計(jì)，泵體與葉輪結(jié)構(gòu)尺寸減小，泵總體重量比國內(nèi)近似參數(shù)泵500S22AG質(zhì)量減輕約30%。

2）設(shè)置泵體喉部活動(dòng)插件，可以避免相同口徑泵體配不同葉輪重復(fù)開模。

3）泵可配出口寬度不一的葉輪或直徑不一的葉輪（葉輪切割時(shí)要保留葉輪蓋板）。

1.2.2 葉輪結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)［1-2］

1）葉輪兩邊葉片采用交錯(cuò)布置，既可以平衡徑向力，也可以實(shí)現(xiàn)葉輪低脈沖出流。

2）葉輪左邊密封環(huán)直徑比葉輪右邊密封環(huán)直徑大3 mm，可確保轉(zhuǎn)子軸向力一直向左，軸一直受到向左的微弱軸向拉力。

3）將離心泵無過載設(shè)計(jì)理論對葉輪作校核設(shè)計(jì)，使泵軸功率曲線平坦有極值，動(dòng)力機(jī)不易過載。

1.2.3 其他零部件結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1）泵軸采用剛性設(shè)計(jì)，使泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)?。?～4］。

2）軸套采用錐形結(jié)構(gòu)，將軸套易損件由圓柱形改制成錐度為3°的外圓，填料壓蓋端為小頭，填料壓緊時(shí)，來自填料壓蓋的壓緊力更容易傳遞到最里面一圈填料，且沿軸套表面的壓緊力均勻一些，可以延長密封填料與軸套的使用壽命近1倍［5～6］。

3）雙吸密封環(huán)內(nèi)裝在葉輪左邊的直徑比裝在葉輪右邊的大3 mm，與葉輪密封環(huán)相應(yīng)部位相匹配。

1.3 泵結(jié)構(gòu)示意圖

XDS400-350-340型單級雙吸離心泵主要由泵體、泵蓋、葉輪、軸、軸套、軸承體和泵聯(lián)等零部件構(gòu)成，泵結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

2 產(chǎn)品試制

在試制過程中為保證泵高效，對葉輪采用了金屬模具，在工藝上對葉輪進(jìn)行了高速動(dòng)平衡試驗(yàn)以減少轉(zhuǎn)子震動(dòng)。

產(chǎn)品組裝完成后，根據(jù)GB 3216試驗(yàn)方法，在四川新達(dá)泵業(yè)有限責(zé)任公司水泵試驗(yàn)中心對XDS400-350-340型單級雙吸離心泵作了全性能檢測。檢測結(jié)果表明，泵各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到或超過設(shè)計(jì)要求；泵整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，泵振動(dòng)與噪聲均達(dá)到A級（優(yōu)等品指標(biāo)）；填料密封泄漏量17.5 mL/min（達(dá)到優(yōu)等品指標(biāo)）。

3 測試性能結(jié)果及對比

經(jīng)測試，該泵設(shè)計(jì)性能指標(biāo)如下。

流量1 700 m3/h，揚(yáng)程20.5 m，轉(zhuǎn)速1 480 r/min，效率86.3%，氣蝕余量6.4 m，軸功率110.0 kW，性能均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)指標(biāo)。泵設(shè)計(jì)性能指標(biāo)與實(shí)測性能指標(biāo)、國內(nèi)近似參數(shù)泵500S22AG性能指標(biāo)的對比見表1。

從表1可知，XDS400-350-340型單級雙吸離心泵效率高，軸功率有極值，電機(jī)不會(huì)過載。

泵的性能測試曲線見圖2。泵外形尺寸及質(zhì)量與國內(nèi)近似參數(shù)泵500S22AG對比見表2。

從表2可知，XDS400-350-340型單級雙吸離心泵體積小、質(zhì)量輕，該泵重量比國內(nèi)近似參數(shù)泵500S22AG重量減輕約30%。出口輸水管道直徑也小一檔，可以減少泵站系統(tǒng)投資成本。

圖1 泵結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 泵的性能測試曲線

表1 性能指標(biāo)對比表

表2 外形尺寸與質(zhì)量對比表

4 節(jié)能效果計(jì)算

該泵效率高達(dá)86.3%，比GB/T 13007《離心泵效率》的要求高0.3%，比國內(nèi)近似參數(shù)泵500S22AG高約6.3%。

與國內(nèi)近似參數(shù)泵500S22AG相比，該泵的節(jié)電效果計(jì)算如下。XDS400-350-340型單級雙吸離心泵在設(shè)計(jì)點(diǎn)效率86.3%時(shí)，泵軸功率為1 700×20.5/（3.6×102×0.863） =110.0 kW，而國內(nèi)近似參數(shù)泵500S522AG效率80%時(shí)，泵軸功率為1 700×19.6/（3.6×102×0.8）=113.4 kW，兩泵軸功率相差3.4 kW·h，一年連續(xù)運(yùn)行，單臺套可以節(jié)約電：3.4×24×365=29 784 kW·h/年，若年產(chǎn)100臺套推廣使用，就可以節(jié)電29 784×100=2 978 400 KW·h/年，工業(yè)用電按照0.7元計(jì)算的話，100臺套連續(xù)運(yùn)行1年節(jié)約電費(fèi)達(dá)2 978 400×0.7=2 084 880元，社會(huì)效益顯著。

5 結(jié)束語

XDS400-350-340型單級雙吸離心泵的研制成功，填補(bǔ)了設(shè)計(jì)流量1 700 m3/h和設(shè)計(jì)揚(yáng)程20 m的單級雙吸離心泵在西南地區(qū)的產(chǎn)品規(guī)格空檔與性能參數(shù)空白。“XDS400-350-340型單級雙吸離心泵的研制”項(xiàng)目也通過了四川省科技廳組織的技術(shù)成果鑒定并獲得了達(dá)州市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，該泵科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目獲得四川省科技廳立項(xiàng)支持，獲得四川省科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金150萬元。