沖壓焊接成型管道泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

梁元敏

廣東漢能實(shí)業(yè)有限公司，廣東 陽(yáng)江 529500

1 完全脹型成型蝸殼模具的設(shè)計(jì)

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(jí)離心泵的工藝制造難度很大，至今只有日本EBARA公司、美國(guó)ITT公司能夠生產(chǎn)。由于水力設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)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(yùn)行，俗稱“大馬拉小車(chē)”或高比轉(zhuǎn)速低用，電機(jī)配置功率大，泵的運(yùn)行效率低，時(shí)有電機(jī)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(guó)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(jí)離心泵的性能曲線。設(shè)計(jì)流量為25m3/h，但最高效率點(diǎn)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(jí)離心泵的性能曲線，流量加大到50m3/h時(shí)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(kuò)散回收動(dòng)能。日本產(chǎn)品的蝸殼采用的是半螺旋式的部分?jǐn)嗝娌煌耆浶停瑥濐i用圓管斷面進(jìn)行過(guò)渡。而美國(guó)ITT公司3500型不銹鋼沖壓焊接單級(jí)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(fèi)100多萬(wàn)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(duì)稱、360°全斷面完全脹型是粘性設(shè)計(jì)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(zhuān)利是部分?jǐn)嗝娴牟煌耆浶汀?/p>

圖3 日方脹型成型原理圖

圖3是日本專(zhuān)利產(chǎn)品的成型原理，利用這種對(duì)半式、部分?jǐn)嗝娌煌耆浶筒粌H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(dòng)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(kāi)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(shí)，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(shí)模瓣中彈簧使模瓣自動(dòng)分開(kāi)，脹型的殼體自動(dòng)彈出，生產(chǎn)效率很高，質(zhì)量達(dá)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(jì)

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(yùn)行，效率低等問(wèn)題。經(jīng)分析認(rèn)為:低比轉(zhuǎn)速離心泵，流道窄長(zhǎng)，粘性產(chǎn)生的水力損失大，效率低。而粘性增大必將引起進(jìn)、出口流道堵塞，從而偏離設(shè)計(jì)工況。

圖5 泵結(jié)構(gòu)示意圖

針對(duì)上述問(wèn)題，本文在傳統(tǒng)的管道泵的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)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(jìn)水管，外缸連通出水管，內(nèi)缸同軸設(shè)于外缸內(nèi)通過(guò)在內(nèi)、外缸底部互相固定連接，內(nèi)缸開(kāi)口端低于外缸開(kāi)口端，內(nèi)缸開(kāi)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(kāi)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(pán)狀結(jié)構(gòu)，盤(pán)底與內(nèi)缸開(kāi)口端密封，盤(pán)底中心設(shè)有與葉輪前端入口對(duì)應(yīng)密封的進(jìn)水口，葉輪同軸設(shè)于盤(pán)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(duì)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?jī)上噜弻?dǎo)流葉片之間由徑向差形成一沿軸向向下的出水孔，盤(pán)狀的導(dǎo)流部件開(kāi)口處向外沖壓有盤(pán)沿。該弧形導(dǎo)流葉片弧線分布與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)?yīng)，提高出水效率。

所述的外缸內(nèi)壁對(duì)應(yīng)導(dǎo)流部件盤(pán)沿設(shè)有凸臺(tái)，盤(pán)沿放置于凸臺(tái)上以支撐導(dǎo)流部件，該凸臺(tái)與內(nèi)缸開(kāi)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(jì)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(guò)流部件都是通過(guò)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(yùn)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(yùn)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(duì)導(dǎo)流部件的進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)等措施，使得傳送的液體流動(dòng)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(qiáng)度、剛度和精度，安裝方便，提高了產(chǎn)品的可靠性，同時(shí)也延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命；

4）葉輪入口處采用密封環(huán)活動(dòng)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。

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