化工離心泵底座改進設計及研究*

尤 寶

(洛陽雙瑞特種裝備有限公司,河南洛陽 471000)

化工離心泵底座改進設計及研究*

尤 寶

(洛陽雙瑞特種裝備有限公司,河南洛陽 471000)

基于化工離心泵的設計標準,結合在實際的生產與裝配中出現的問題分析,優化了化工離心泵底座的結構設計與生產工藝,保證了最終生產底座的精度,同時兼顧整體裝配后的美觀,優化后的底座更有利于整個化工離心泵底座的系列化設計。

化工離心泵;底座;設計與改進

0 引 言

在臥式離心泵的使用過程中,一般泵體一側與電機單獨安裝,最后通過中間聯軸器將三者安裝在一個共同的基礎平臺結構之上,將這個承載平臺稱之為泵的安裝底座,它是化工離心泵的一個重要組成部件。實際的泵應用過程中底座不但要保證泵與電機在靜態下的形狀、位置和尺寸精度,而且還要有足夠的支反力來抵抗泵在運行狀態下由扭矩與振動等外力引起的變形。目前我公司設計的泵主要為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》進行設計,隨著泵產品的發展,國內外泵企業逐漸淘汰現有的鑄造底座,改用焊接結構泵底座。

1 傳統離心泵底座的利弊

傳統的泵底座一直沿用剛度較大的整體鑄件加工而成。如圖1,隨著泵行業的競爭壓力逐漸增大,傳統鑄造泵底座的劣勢逐漸顯現:①化工離心泵單個系列下規格較多,需生產相應數量底座模具,需投入較大成本;②鑄造過程用時較長,針對有特殊要求的客戶,需重新設計制造模具,所用時間會相應增加;③鑄造底座用材較多,材料成本增加,同時鑄造底座外觀厚大笨重,影響整體產品外觀。鑄造底座優點在于鑄件剛性較好,加工和安裝使用后尺寸穩定性較好。

圖1 傳統鑄造底座

2 化工離心泵底座的結構設計與工藝優化

隨著國內離心泵整體性能、質量的提高,為降低整泵的成本,縮短生產周期,提升產品整體美觀,對傳統泵底座的優化設計是提升產品競爭力的一個重要途徑。為此有必要針對現有的IH化工離心泵底座進行優化設計。

2.1 化工離心泵底座焊接結構初步設計及效果

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

經過設計后的型鋼底座,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,為后期底座的生產節省了大量時間。從2012年以來已廣泛應用于化工離心泵的生產中,并將安裝該系列底座的泵應用于實際的生產中。

2.2 使用過程中存在的問題及原因分析

由于化工離心泵底座是電機和泵的安裝平臺,對于底座的安裝面有較高的形狀、尺寸精度要求。安裝面的誤差會造成泵在裝配與使用過程中軸的對中性較差,造成機械密封發生泄漏,造成泵生產中斷,給安全生產帶來隱患。

經過使用驗證,設計的焊接槽鋼底座在安裝與調試過程中,經過跳動檢驗,發現焊接底座尺寸的穩定性較差,在放置一段時間后會出現底座平面度超差,最大甚至達到了1.5 mm,遠遠超出設計要求的0.5 mm。使泵的運轉存在安全隱患同時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,結合泵的生產合同項目,針對生產的10套化工離心泵底座進行了提前生產,完成后對底座進行尺寸與平面度進行了檢驗記錄,并在自然條件下放置3個月后,將泵的底座再次檢驗,底座的平面度均超差0.5～1.2 mm,只能在安裝前再次對安裝平面進行一次銑加工,來保證底座安裝平面的平面度。經過對原因分析,底座的變形主要由于在焊接過程中型鋼焊縫存在焊接內應力,在長期自然環境下放置或使用過程中隨著應力釋放,造成扭曲變形。為此針對底座采用消除應力處理,制定了Q235B的回火工藝,設計溫度600℃,保溫時間5～6 h,熱處理后的底座見圖3,經過后期的加工實驗,底座尺寸誤差目前基本穩定。

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

焊接底座經過熱處理后,泵與電機安裝到底座后發現,在泵的運轉試驗安裝與吊裝過程中,泵運轉試驗時焊接底座與水泥基礎通過螺栓拉緊后均出現了底座安裝平面度超差問題。通過原因分析主要由于型材強度不夠所致,同時在焊接完成后對底座與基礎貼合面的校平度不夠,導致在底座安裝平面銑加工的過程中工裝壓緊后底座整體扭曲變形,為此需要在工藝實施過程中對焊接底座焊后首先進行校平,后續再進行底座的熱處理和機加工,要求校正后底面不平度≤0.5 mm,但通過多次試驗驗證,在實際的校正過程中該數值要求較高很難達到,最終校平后不平度一般為0.8～1 mm。其次,在泵在吊裝運輸過程中焊接底座也會出現的安裝平面超差變形,經過原因分析,底座吊鉤是起吊的主要受力點,造成變形超差原因為結構設計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化設計及工藝研究

為此設計第二代焊接底座,來提高整體焊接底座的剛度,通過合理結構布局,使底座在使用過程中因為吊運、振動引起的變形得到改善甚至消除。通過不同型鋼的剛度對比,底座主體結構采用方鋼要比槽鋼焊接后的剛度提高3倍以上,同時在設計過程中通過增加板材可以達到任意的安裝平面高度,有利于實現客戶對安裝高度的要求,為此以方鋼為基礎,對焊接底座進行結構優化設計,逐一對焊接底座存在問題進行解決,優化設計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計為隱藏式,為底座的設計增添時尚感,讓底座與泵體安裝使用后更加美觀大方,同時在結構上更有利于后期底座的系列化設計,圖4與圖5為設計及生產使用中的方鋼底座。

圖4 方鋼底座

圖5合同項目中應用方鋼底座的離心泵機組

針對槽鋼底座與基礎貼合面校正難度大問題,對方鋼底座地腳螺栓連接孔位置與基礎貼合面處增加焊接了5 mm厚平鋼板,該設計首先增加了底座螺栓連接部位的強度,避免后期安裝地腳螺栓后受力導致底座變形超差,同時在加工過程中,對5 mm厚平板進行銑平,保證了底座上下面均進行了加工,以加工后的焊接底座與基礎貼合面為整個底座加工基礎面進行裝卡,經實際生產驗證,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足設計要求。

2.4 化工離心泵生產工藝的總結與固化

優化后的底座生產工藝總結見表1。

表1 化工離心泵方鋼底座詳細生產工藝流程

經過多年的生產與使用驗證,目前底座生產工藝基本已固化,產品精度和尺寸穩定性、剛度均滿足生產需求。

3 結 論

(1)通過焊接底座的設計與制造,底座的生產周期較鑄造底座減少80%,成本下降20%左右,為生產實施節約了時間和成本。

(2)底座經過多年的不斷設計與改進,目前在加工工藝上趨于成熟,在結構設計上已優化完善。

(3)目前設計的方鋼泵底座已在合同中廣泛應用,經過生產安裝、客戶使用驗證,底座剛度滿足要求,運轉后底座尺寸精度穩定。

[1]關醒凡.現代泵理論與設計手冊[M].北京:中國宇航出版社,2011.

[2]朱利英.大型脫硫泵焊接底座改進[M].北京:中國石化出版社,2007.

[3]成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業出版社,2002.

表2 小型刨床機構優化前后對比表

將優化前后進行對比建立表2,從表2可以看出,經過優化設計后的小型刨床機構由于q的減小,工作阻力減少,整個機構的工作效率提高,驅動曲柄的電動機功率減少了30%。同時小型刨床機構所占空間也減少了30%,優化的效果是非常明顯的。

4 結 語

綜上所述,基于MATLAB優化工具箱的機構設計方法,在滿足使用要求,保證使用性能的前提下,與傳統設計方法比較,可以設計出體積較小,效率較高的小型刨床機構,同時也節省了設計時間、減小了設計難度,是對傳統設計的重大改進。所以說用MATLAB優化工具箱求解機械機構的優化問題,是較為合理的選擇。

參考文獻:

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[4]孫開元.常見機構設計及應用圖例[M].北京:化學工業出版社,2013.

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:離心泵設計及研究。