塑料化工離心泵的設(shè)計與實驗研究

鄭連基（亞洲硅業(yè)（青海）有限公司，青海 西寧 810007）

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塑料化工離心泵的設(shè)計與實驗研究

鄭連基
（亞洲硅業(yè)（青海）有限公司，青海 西寧 810007）

摘要：在當(dāng)今社會，離心泵的應(yīng)用是非常廣泛的,在輸送系統(tǒng)中幾乎是不可缺少的一種設(shè)備。塑料化工離心泵在實際應(yīng)用中損耗嚴(yán)重，主要是軸封部分，在輸送過程中由于密封不當(dāng)而出現(xiàn)泄漏造成重大損失和事故。本文主要是介紹自吸式塑料離心泵的結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計原則與設(shè)計方法。通過實驗來證明此種方法是可行的。

關(guān)鍵詞：離心泵；工程塑料；結(jié)構(gòu)；設(shè)計探討

隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，從20世紀(jì)60年代末首臺國產(chǎn) PVC離心泵問世，到當(dāng)今的氟塑系及超高分子量聚乙烯等在塑料離心泵上的應(yīng)用，為我國節(jié)省了大量的耐腐蝕金屬，工程塑料耐腐蝕性能優(yōu)良，然而其強度不及金屬的 1/3，如何發(fā)揮工程塑料的強耐蝕性優(yōu)點、克服其缺點，在各種離心泵上得到應(yīng)用，是工程技術(shù)人員追求的目標(biāo)。只有這樣，離心泵的使用壽命才能更長久。

自吸式塑料化工離心泵無須灌泵，在運輸腐蝕性介質(zhì)場合其應(yīng)用日趨增多。近年來出現(xiàn)的以工程塑料為材質(zhì)的自吸式離心泵多以仿制金屬離心泵為主，泵的性能特別是自吸性能及運行可靠性不甚理想，限制了它的應(yīng)用和發(fā)展。筆者通過實踐與研究，實驗了一種較具特色的自吸式塑料化工離心泵，工作中點滴心得現(xiàn)愿與同行共享。

1　離心泵的工作原理

離心泵工作前，先將泵內(nèi)充滿液體，然后啟動離心泵，葉輪快速轉(zhuǎn)動，葉輪的葉片驅(qū)使液體轉(zhuǎn)動，液體轉(zhuǎn)動時依靠慣性向葉輪外緣流去，同時葉輪從吸入室吸進(jìn)液體，在這一過程中，葉輪中的液體繞流葉片，在繞流運動中液體作用一升力于葉片，反過來葉片以一個與此升力大小相等、方向相反的力作用于液體，這個力對液體做功，使液體得到能量而流出葉輪，這時候液體的動能與壓能均增大就可以達(dá)到效果。

離心泵依靠旋轉(zhuǎn)葉輪對液體的作用把原動機的機械能傳遞給液體。由于離心泵的作用液體從葉輪進(jìn)口流向出口的過程中，其速度能和壓力能都得到增加，被葉輪排出的液體經(jīng)過壓出室，大部分速度能轉(zhuǎn)換成壓力能，然后沿排出管路輸送出去，這時，葉輪進(jìn)口處因液體的排出而形成真空或低壓，吸水池中的液體在液面壓力（大氣壓）的作用下，被壓入葉輪的進(jìn)口，于是，旋轉(zhuǎn)著的葉輪就連續(xù)不斷地吸入和排出液體。

2　自吸式塑料化工離心泵的結(jié)構(gòu)特點與設(shè)計原則

2.1結(jié)構(gòu)特點

自吸泵按氣液混合方式分為內(nèi)混式和外混式兩種。泵體由內(nèi)體蝸室、儲液室和氣液分離室組成。由于結(jié)構(gòu)上的原因，內(nèi)混式結(jié)構(gòu)在塑料 自吸離心泵的設(shè)計上較少采用 。由于塑料泵體采用熱壓或注塑工藝成型，不能象金屬泵那樣采用整體澆鑄 ，需將復(fù)雜的泵體分解為蝸室和外殼體，外殼體上帶有進(jìn)口s形吸人管。這樣既保證了泵體的結(jié)構(gòu)需要 ，又滿足了注射?；驘釅撼尚湍５墓に囈?。外混式自吸泵的進(jìn)口通常有橡膠類材質(zhì)制成的拍門，因橡膠的耐蝕性較差，限制了塑料泵的應(yīng)用范圍,而且拍門每工作一次均對泵體產(chǎn)生沖擊，因此塑料自吸泵一般不采用拍門止回結(jié)構(gòu)。

2.2設(shè)計原則

塑料的缺點是強度低、彈性變形大，在設(shè)計時應(yīng)予充分考慮。塑料泵的設(shè)計一般須遵循以下原則 ：

（1）所有零件的壁厚應(yīng)均勻一致，壁厚根據(jù)該塑料的壁厚強度確定；

（2）壁厚與強度呈非線性關(guān)系，即增加壁厚并不一定增加強度；當(dāng)需要增加強度時，最好采用加強筋的形式；

（3）在滿足結(jié)構(gòu)及強度的前提下，零件數(shù)目應(yīng)盡可能最少；

（4）一般不采用諸如黏接、焊接等方式連接零件；

（5）盡可能少地使用金屬嵌件；

（6）盡量采用0形圈密封；

（7）機械密封為首選，通常采用內(nèi)裝式機械密封；當(dāng)耐腐蝕性要求較高時，才采用外裝式機械密封；

（8）葉輪、軸套、葉輪螺母等做成一體，以減少密封泄漏點；

（9）泵體蝸室斷面采矩形，以簡化模具結(jié)構(gòu) 。

3　設(shè)計

外混式塑料自吸離心泵的設(shè)計與金屬泵的設(shè)計不盡相同；一方面 ，所有過流件均以工程塑料為材質(zhì)，采用熱壓或注塑成型，表面較為光潔，但因此氣液的混合效果反而降低；另一方面，由于顧及模具的結(jié)構(gòu)工藝要求，勢必造成泵體內(nèi)的沖擊損失增加，因而降低了泵的效率。所以，按常規(guī)的自吸泵設(shè)計方法，不能達(dá)到所需要的設(shè)計效果 ，應(yīng)對部分參數(shù)進(jìn)行修改或調(diào)整，現(xiàn)就此作一概述 。

3.1壓出室的水力設(shè)計

壓出室的作用在于：

（1）將葉片中流出的液體收集起來并送往下一級葉輪或管路系統(tǒng)。

（2）降低液體的流速，實現(xiàn)動能到壓能的轉(zhuǎn)化，并可減小液體流往下一級葉輪或管路系統(tǒng)的損失。

（3）消除液體流出葉輪后的旋轉(zhuǎn)運動，以避免由于這種旋轉(zhuǎn)運動帶來的水力損失。

本設(shè)計采用的壓出室是蝸形體，即螺旋形渦室。

3.2吸入室的水力設(shè)計

（1） 吸入室的作用。吸入室是指泵的吸入法蘭到葉輪入口前泵體的過流部分，吸入室的作用是將吸入管中的液體以最小的損失均勻地引向葉輪。

吸入室中的水力損失要比壓出室的水力損失小的多，因此，與壓出室相比，吸入室的重要性要小的多，盡管如此，吸入室仍是水泵不可缺少的部件，它直接影響著葉輪的效率和泵的汽蝕性能。

（2）吸入室的分類。吸入室有以下四類：直錐形吸入室、環(huán)形吸入室、半螺旋形吸入室、單吸泵螺旋形吸入室。

本次實驗泵采用單吸泵螺旋形吸入室。這種結(jié)構(gòu)的吸入室性能好，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，液體在單吸泵螺旋形吸入室內(nèi)流動速度遞增，使液體在葉輪進(jìn)口能得到均勻的速度，液體在雙吸泵螺旋形吸入室水力損失很小，汽蝕性能也比較好。

3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計

外混式自吸泵為達(dá)到自吸的目的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上還應(yīng)對回流孔面積、儲液室、氣液分離室的容積以及葉輪與泵體隔舌之間的間隙進(jìn)行設(shè)計計算。此外回流孔的位置對泵的自吸性能影響較大 ，試驗統(tǒng)計表明，回流孔位置布置在離隔舌135- 225。范圍內(nèi)能取得較好的自吸性能。但在塑料自吸泵的設(shè)計中，由于受材質(zhì)表面光潔度的影響，此值應(yīng)適當(dāng)取偏小值。

4　實驗驗證

4.1設(shè)計參數(shù)

筆者計算了兩臺泵，設(shè)計參數(shù)如表 1所示 。

表1　設(shè)計參數(shù)

表2　實測的自吸性能（介質(zhì)為常溫清水）

4.2測試結(jié)果

自吸泵的性能包括自吸性能和水力性能兩個方面 ，自吸性能見表 2。水力性能見圖 2、圖 3。

5　結(jié) 語

為滿足各行業(yè)方便地輸送腐蝕性介質(zhì)的需求，開發(fā)自吸式塑料化工泵是當(dāng)務(wù)之急，一方面可以節(jié)約大量耐腐蝕金屬材料；另一方面可以大幅拓寬耐腐蝕自吸泵的應(yīng)用范圍。本文介紹的設(shè)計方法與設(shè)計原則具有一定的普遍意義，經(jīng)試驗驗證及用戶現(xiàn)場使用證明是可行的，為自吸式塑料離心泵的設(shè)計提供了經(jīng)驗，也豐富了自吸塑料化工泵的設(shè)計理論。

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圖3　50ZS-15/24泵實測性能

圖2　50ZS-20/18泵實測性能E—Q效率流量關(guān)系；H—Q揚程流量關(guān)系曲線P—Q功率流量關(guān)系曲線；NPSHc—Q氣蝕余量關(guān)系曲線

(P-01)

Design and experimental research on plastic chemical centrifugal pump

中圖分類號：TQ320.5

文章編號：1009-797X(2016)12-0089-03

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.037

作者簡介：鄭連基（1978-），工程師，亞洲硅業(yè)（青海）有限公司從事生產(chǎn)管理工作。

收稿日期：2016-05-15