賈志欣

摘要：MD系列多級(jí)泵是一種高壓自平衡型多級(jí)泵，結(jié)構(gòu)為臥式、單吸、垂直中開(kāi)多級(jí)分段式，采用低壓側(cè)、高壓側(cè)葉輪對(duì)稱布置，自動(dòng)平衡軸向力，具有高效區(qū)寬、運(yùn)行平穩(wěn)，汽蝕性能好、安裝維修方便等特點(diǎn)，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的運(yùn)行壽命。在水力設(shè)計(jì)上采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的水力模型，高效節(jié)能，材料選用方面為公司自行研制的高耐磨材料，滿足了特定用戶對(duì)多級(jí)泵的需求，其主要應(yīng)用于煤炭、冶金等領(lǐng)域，用于煤礦井下的排水和金屬礦山輸送介質(zhì)中含有浮游物等特殊工況，也可用于工業(yè)城市給排水、礦山遠(yuǎn)距離送水、小型鍋爐給水等，有著良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。文中主要介紹了多級(jí)泵的結(jié)構(gòu)、工作原理、主要部件在設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)，主要部件在制作過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：多級(jí)泵;結(jié)構(gòu);工作原理;設(shè)計(jì)制作

中圖分類號(hào)：TH33? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）10-0080-02

1? 多級(jí)泵的結(jié)構(gòu)

1.1 市場(chǎng)中多級(jí)離心泵常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)

常用的多級(jí)離心泵基本結(jié)構(gòu)有水平中開(kāi)式和節(jié)段式（或稱多級(jí)串聯(lián)式）兩種。水平中開(kāi)式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是上下泵體通過(guò)軸心的水平剖分面上對(duì)接，進(jìn)出口管、部分蝸殼及流道鑄造在下部泵殼體上，檢修維護(hù)比較方便，維修時(shí)不需要拆卸泵的管線便可直接取下泵的上殼體。節(jié)段式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是每一級(jí)由一個(gè)位于擴(kuò)壓器殼體內(nèi)的葉輪組成，擴(kuò)壓器用螺栓和連桿連接在一起，各級(jí)以串聯(lián)方式由固定桿固定在一起，好處是耐壓高，不易泄漏。但在維修時(shí)必須拆卸進(jìn)口管道，拆卸裝配難度較大。一般認(rèn)為水平中開(kāi)式多級(jí)泵比節(jié)段式多級(jí)泵剛度好，泵振動(dòng)值低。

水平中開(kāi)式多級(jí)泵：吸入室一般均采用半螺旋形，每級(jí)壓水室亦采用螺旋形蝸殼結(jié)構(gòu)，將液體動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓能的效率高，無(wú)導(dǎo)葉，但由于水力徑向力原因，軸易彎曲，上下殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)難度大。節(jié)段式多級(jí)泵：吸水室及壓水室大都采用圓環(huán)形，而每級(jí)葉輪配有徑向?qū)~，無(wú)水力徑向力，零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便。多級(jí)泵的首級(jí)葉輪一般設(shè)計(jì)為雙吸式葉輪，其余各級(jí)葉輪設(shè)計(jì)為單吸室葉輪，溫度較高，流量較大，易于產(chǎn)生汽蝕的介質(zhì)尤其如此。

1.2 我公司開(kāi)發(fā)的多級(jí)離心泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

我公司開(kāi)發(fā)的多級(jí)泵為MD系列耐磨多級(jí)泵。結(jié)構(gòu)形式為單吸、階段式。采用葉輪背對(duì)背對(duì)稱布置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)泵體身軸向力的自平衡，不再采用傳統(tǒng)的平衡盤、平衡盤鼓設(shè)計(jì)，解決了平衡盤結(jié)構(gòu)消耗功率大、易磨損等設(shè)計(jì)缺陷，從而提高了泵整機(jī)的運(yùn)行可靠性和壽命;各個(gè)段均為環(huán)形結(jié)構(gòu)，采用徑向?qū)~來(lái)收集漿液并傳送至下一級(jí)，故無(wú)水力徑向力，轉(zhuǎn)子的重量即為泵軸所受的徑向力。在材料選用方面，葉輪、導(dǎo)葉采用我公司的高鉻合金材料，達(dá)到耐磨或抗磨耐腐的效果。各個(gè)段根據(jù)工況需要可選擇用QT500-7、高鉻合金、鑄鋼等材料，以滿足現(xiàn)場(chǎng)耐磨和承壓要求。應(yīng)用于輸送含有少量固體顆粒的漿液或較高濃度的溶液，可以滿足一定的耐磨、耐腐要求，在此類工況下的運(yùn)行壽命優(yōu)于傳統(tǒng)的節(jié)段式多級(jí)泵。

1.2.1 泵型號(hào)代表的意義

以MD（6）280-65×6為例：

MD：多級(jí)耐磨? ? ?（6）：過(guò)流件材質(zhì)

280：流量? ? ? ? ? ? 65：?jiǎn)渭?jí)揚(yáng)程

6：級(jí)數(shù)

1.2.2 結(jié)構(gòu)的說(shuō)明

泵的固定部分由吸入（進(jìn)水）段、中段、出水段、導(dǎo)葉、軸承和密封組成。進(jìn)水口為水平，靠近電機(jī)端，方向可根據(jù)需要設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)動(dòng)部分由泵軸及裝在軸上的數(shù)個(gè)葉輪、套、軸承等件組成。軸承采用稀油潤(rùn)滑或脂潤(rùn)滑。采用稀油潤(rùn)滑時(shí)，軸承箱內(nèi)設(shè)有甩油環(huán)來(lái)保證供給軸承充足的潤(rùn)滑油;軸承功率較大時(shí)，軸承箱設(shè)計(jì)有冷卻腔來(lái)冷卻軸承。葉輪分為低壓側(cè)葉輪和高壓側(cè)葉輪。聯(lián)軸器側(cè)軸承一般設(shè)計(jì)為一盤圓柱滾子軸承，主要承受徑向力;另一端采用兩盤角接觸球軸承配對(duì)來(lái)承受部分徑向力及殘存的軸向力。泵的軸封分為填料密封盒機(jī)械密封兩種。填料密封是泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分之間靠水封環(huán)、盤根、軸套來(lái)密封;機(jī)械密封由合格配套廠家根據(jù)泵的結(jié)構(gòu)和使用工況設(shè)計(jì)專用機(jī)封。潤(rùn)滑油密封采用迷宮密封配擋水板或骨架密封配擋水板結(jié)構(gòu)，在密封潤(rùn)滑油的同時(shí)防止水進(jìn)入軸承。如圖1所示。

2? 多級(jí)離心泵的工作原理

多級(jí)離心泵類似于將多臺(tái)單級(jí)離心泵逐個(gè)串聯(lián)起來(lái)，通過(guò)每一個(gè)葉輪對(duì)工藝介質(zhì)逐級(jí)加壓，使末級(jí)葉輪出口的介質(zhì)獲得遠(yuǎn)高于入口介質(zhì)壓力。如圖2所示。

3? 主要部件在設(shè)計(jì)過(guò)程中的注意事項(xiàng)

3.1 葉輪設(shè)計(jì)

首級(jí)葉輪的入口直徑取較大值，一般取系數(shù)K0在4.0-4.5，次級(jí)葉輪取較小值，一般取系數(shù)K0≤4.0。因是節(jié)段式一串布置，為盡量減輕轉(zhuǎn)子部件的重量，減小軸的撓度，減小泵的軸向尺寸，葉輪的流道一般不做加寬設(shè)計(jì)，且蓋板及葉輪厚度需盡量小。為保證安裝和產(chǎn)品的整機(jī)質(zhì)量，葉輪軸孔的公差按F6設(shè)計(jì)，凡設(shè)計(jì)到裝配定位的形位公差（同軸度、跳動(dòng)、平行度、垂直度等）均按6級(jí)設(shè)計(jì)。此外，為了得到較好的汽蝕性能，首級(jí)葉輪設(shè)計(jì)成雙吸較好，尤其在大流量、高溫度、吸上運(yùn)行的工況。

3.2 導(dǎo)葉設(shè)計(jì)

按《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》中“9.5徑向?qū)~的設(shè)計(jì)與計(jì)算”運(yùn)行設(shè)計(jì)。導(dǎo)葉正反葉片的厚度基本參照葉輪葉片的厚度（入口處約5-8mm，出口處7-12mm），其中，導(dǎo)葉的候部面積是關(guān)鍵尺寸，直接影響泵的參數(shù)，應(yīng)與蝸殼的第Ⅸ斷面的作用相近，葉片數(shù)與葉輪的葉片數(shù)不能相同。

3.3 各個(gè)段的設(shè)計(jì)

3.3.1 吸入（進(jìn)水）段的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)時(shí)須注意吸入腔的過(guò)流面積及其導(dǎo)流效果。過(guò)流面積不能太小，面積小，其流速快，損失就大。其節(jié)流面積較大，對(duì)零件的損失相對(duì)較小。

3.3.2 出水段的設(shè)計(jì)

合理設(shè)計(jì)兩側(cè)的出水腔，保證過(guò)流面積合適、結(jié)構(gòu)合理，其中主要包括兩個(gè)出水管的結(jié)構(gòu)合理，位置合適，注意低壓側(cè)泄壓槽的設(shè)計(jì)，高壓泄漏的高壓漿液從泄壓槽排到低壓出水管。用戶根據(jù)工況可以合理的選用各個(gè)段的材料，目前已使用過(guò)的材料有高鉻合金、QT500-7以及鑄鋼件。如果選用高鉻合金，則不用做密封環(huán)的設(shè)計(jì)，根據(jù)泵的最高揚(yáng)程，計(jì)算確定合適的零件壁厚，既保證承壓要求又有一定的經(jīng)濟(jì)性即可。凡配合定位的尺寸公差和形位公差均按照6級(jí)精度設(shè)計(jì)，級(jí)間配合止口、與軸承體配合止口均為H6/g6。高低壓側(cè)吸入段、出水段的中高要有公差要求;高壓吸入段與出水段的連接法蘭面要有尺寸公差和形位公差要求，以保證與過(guò)渡管的安裝以及密封性能。

3.4 軸的設(shè)計(jì)

多級(jí)泵軸上要求做定位軸肩設(shè)計(jì)，以便于出水段開(kāi)始向定位端裝配時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)軸上零件的定位、壓緊;軸裝配外圓公差按h5或h6設(shè)計(jì)，當(dāng)軸徑大于等于130mm時(shí)按h5設(shè)計(jì)。

3.5 過(guò)渡管設(shè)計(jì)

過(guò)渡管目前我公司有兩種結(jié)構(gòu)：方形結(jié)構(gòu)、管狀結(jié)構(gòu)。方形結(jié)構(gòu)采用螺柱連接，結(jié)構(gòu)緊湊、省空間;但密封槽（水線）不好加工，只能用數(shù)控機(jī)床加工，且流道內(nèi)需要設(shè)計(jì)筋板來(lái)穿螺柱，會(huì)造成沖擊損失，影響效率。管狀結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)為法蘭聯(lián)接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工，但需要考慮安裝空間，零件高度要比方形結(jié)構(gòu)高，安裝后，整機(jī)所占空間比方形結(jié)構(gòu)大。

3.6 泄壓管及冷卻、沖洗水管的設(shè)計(jì)

我公司結(jié)合產(chǎn)品在使用過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題，將泄壓管及冷卻管的內(nèi)外螺紋均按錐形密封管螺紋設(shè)計(jì)。外螺紋為圓錐外螺紋，代號(hào)R2，內(nèi)螺紋為圓錐內(nèi)螺紋，代號(hào)RC。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，泄壓管是從高壓密封腔到低壓密封腔，冷卻水（軸承冷卻）與泄壓管共用，通過(guò)三通分流，最終回到泵吸入口;沖洗水也從高壓密封腔的另一側(cè)接出，通過(guò)管路接到高、低壓密封腔的沖洗接口。

4? 主要部件在制作過(guò)程中的注意事項(xiàng)

4.1 葉輪的制作

鑄造部分：其結(jié)構(gòu)較常見(jiàn)，采用樹脂砂鑄造，樹脂砂造型，鋯英粉醇基涂料，五枚ZL104葉片。

機(jī)加部分：葉輪做靜平衡試驗(yàn)，精度不低于GB/T 9239 -1988中G6. 3級(jí)規(guī)定。葉輪做靜平衡試驗(yàn)時(shí)， 若在葉輪蓋板上去重， 去重處與蓋板應(yīng)平滑過(guò)渡， 切削量不得超過(guò)蓋板壁厚的三分之一。 且其材料為我公司自主開(kāi)發(fā)的高鉻材料，正火后HRC58-62，且其靜平衡質(zhì)量要求較高，因此將其加工工序分為粗加工→找平衡（去除大量的不平衡質(zhì)量）→正火→精加工再次找平衡→電火花→鉗工。為達(dá)到靜平衡的質(zhì)量，設(shè)計(jì)制作找平衡用芯軸，葉輪與芯軸配合在動(dòng)平衡機(jī)上做。

4.2 導(dǎo)葉的制作

鑄造部分：木制模樣和芯盒，葉片、背葉片采用鑄鋁工裝，加工完后將葉片、背葉片挖槽固定在模樣、芯盒上。

機(jī)加部分：因其材料為我公司自主開(kāi)發(fā)的高鉻材料，正火后HRC58-62，因此將其加工工序分為粗加工→正火→精加工→鉗工。因其結(jié)構(gòu)的特殊性，在加工左端時(shí)，不易裝夾，因此設(shè)計(jì)制作車用夾具。

4.3 各個(gè)段的制作

我公司近年來(lái)研發(fā)的多個(gè)煤礦用多級(jí)泵，其中有很多體積大，重量大的承壓零部件，其中出水段、吸入段不僅結(jié)構(gòu)與我公司現(xiàn)有泵型有很大差異，而且壁厚非常不均勻，有的壁厚的厚度差超過(guò)了兩倍以上，此外，這些過(guò)流部件還要求不能滲漏，在查找多方資料后，在需要承壓的腔體內(nèi)圓角處和下底面，放置了相應(yīng)厚度的冷鐵，保證凝固順序;在無(wú)法放置冷鐵的區(qū)域內(nèi)，鋪設(shè)一定厚度的鉻礦砂;增加相應(yīng)冒口補(bǔ)貼，打開(kāi)補(bǔ)縮通道;改變冒口放置位置，減少因冒口互相的熱量影響帶來(lái)的縮松傾向。

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