沖壓焊接離心泵的研制與開發(fā)

龍海勇 鄭澤春 羅喬軍

（美的中央空調(diào)事業(yè)部） （天津科技大學(xué)） （廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所）

沖壓焊接離心泵的研制與開發(fā)

龍海勇*鄭澤春 羅喬軍

（美的中央空調(diào)事業(yè)部） （天津科技大學(xué)） （廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所）

沖壓焊接離心泵具有高效節(jié)能、裝置輕便、節(jié)省材料、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，是量大面廣的中小型鑄造泵的理想替代品，具有廣闊的應(yīng)用前景。闡述了沖壓焊接離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，葉輪主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及其加工制造的特點(diǎn)等。

沖壓焊接泵 水泵 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 葉輪尺寸

0 引言

目前我國中小型水泵的零件大部分是鑄造而成的，過流部件鑄造比較粗糙，因此降低了泵的效率。鑄造泵結(jié)構(gòu)松散，體積大，重量大，電機(jī)與泵的同軸度差，運(yùn)行時噪音大、性能參數(shù)不穩(wěn)定，安裝操作不方便，并且造價昂貴。鑄造泵的這些缺點(diǎn)制約了我國食品、醫(yī)藥、居民供水、石油化工等領(lǐng)域中的裝備制造業(yè)的發(fā)展。

沖壓焊接離心泵結(jié)構(gòu)緊湊，所占體積很小，設(shè)備噪音低，有良好的可靠性和可維修性，使用壽命長，特別是具有高效節(jié)能、裝置輕便、大量節(jié)材、保護(hù)環(huán)境的特點(diǎn)，目前已有逐漸取代鑄造泵的趨勢。泵行業(yè)將以年增長25%的平均速度發(fā)展，2010年工業(yè)總產(chǎn)值 （不變值）將達(dá)995億元[1]。沖壓焊接離心泵作為一體式中小型水泵，廣泛應(yīng)用于給水、食品、醫(yī)藥、輕工、化工、建筑等方面，它的需求量日漸增長。

1 沖壓焊接離心泵的優(yōu)點(diǎn)

（1） 節(jié)能

由于沖壓泵的泵殼、葉輪是通過沖模完成制作的，其尺寸精度、形狀精度和安裝尺寸都易于保證，泵的過流通道光滑，水力性能穩(wěn)定，摩擦力小，不僅適用于凈水輸送，還適用于高黏度流體的場合?，F(xiàn)行鑄造泵由于制造工藝所限，多是偏工況運(yùn)行，泵的使用效率低。沖壓泵的效率比鑄造泵高3%～5%，因而其配用的電機(jī)至少比同規(guī)格鑄造泵小一個規(guī)格。另外在加工的耗電量方面，鑄造泵需100 kW·h，而沖壓泵只要10 kW·h，從而節(jié)約了能源，降低了成本[2]。

（2）節(jié)材，使用壽命長

不銹鋼沖壓焊接離心泵材料的綜合利用率高，一般達(dá)到70%～80%，且泵的重量輕，其重量只有鑄造泵的1/8左右，比鑄造泵省材70%以上。不銹鋼沖壓焊接離心泵在結(jié)構(gòu)上配合精密，不易泄漏、汽蝕，運(yùn)行可靠；其密封結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、精度高；產(chǎn)品的零部件互換性好；還具有易損件少、使用壽命長、維修方便等特點(diǎn)。

（3） 環(huán)保

不銹鋼沖壓焊接離心泵的主要材料是不銹鋼板材，生產(chǎn)過程機(jī)械化，無鑄造過程中所釋放的CO、CO2、SO2、H2S等氣體，有利于環(huán)保。不銹鋼泵耐腐蝕，減少了二次污染，便于輸送衛(wèi)生介質(zhì)。

2 沖壓焊接離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）圓柱形葉片的葉輪。沖壓焊接離心泵的結(jié)構(gòu)如圖1所示。成本分析表明，圓柱形葉片葉輪的造價要比雙彎曲葉片葉輪明顯便宜。以鋼板代替砂型鑄造葉輪，因其表面光滑，摩擦損失減小，可以提高泵的效率[2]。

圖1 葉輪的主視圖

（2）環(huán)形泵體。環(huán)形泵體比蝸形泵體所受機(jī)械載荷的影響要小，此外環(huán)形泵體更易于設(shè)計(jì)。這種泵體不用鑄造，而是經(jīng)過車削、銑削、沖壓成形和焊接等工藝制成的，其制造相當(dāng)容易，而且成本低廉。薄板沖壓焊接離心泵多采用環(huán)形泵體[3]。

（3）采用模具在圓形后蓋板上一次沖壓出均勻分布的凸起葉片及一中心軸孔，成為一整體葉片（見圖2），再將該整體葉片焊接到前蓋板上。

（4）圓形后蓋板采用不銹鋼薄板，葉輪蓋板有徑向孔。它具有如下的優(yōu)點(diǎn)：①較高的壓力系數(shù)和效率；②良好的汽蝕余量；③ 簡單的制造工藝；④恒定的流量、揚(yáng)程、效率。

圖2 葉片與后蓋板

3 葉輪主要尺寸的設(shè)計(jì)

本文以Q=2 m3/h，H=30 m的多段式?jīng)_壓焊接離心泵為例，介紹葉輪主要尺寸的設(shè)計(jì)。速度系數(shù)法是一種建立在一系列相似泵基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，利用統(tǒng)計(jì)系數(shù)計(jì)算過流部件的各部分尺寸[4]。這里采用速度系數(shù)法計(jì)算葉輪的主要尺寸。

3.1 葉輪進(jìn)口直徑Dj

式中Q——流量；

n——轉(zhuǎn)速；

K0——系數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料選??；

D0——當(dāng)量直徑。

3.2 葉輪出口直徑D2

4 沖壓焊接離心泵的加工

（1）采用同一模具即可在短時間內(nèi)加工出大量的葉片，省去了將單片的葉片逐一焊接到后蓋板上的繁瑣步驟，加工方便、快捷，生產(chǎn)效率高，非常適于大批量生產(chǎn)，大大降低了生產(chǎn)成本。

（2）一次沖壓成形，葉片之間的相對位置及葉片的角度精確，葉片及其一體的后蓋板表面光滑平整。由于葉輪整體加工制造的精度較高，泵運(yùn)行過程平穩(wěn)無噪聲，從而保證了泵整體具有較佳的工作性能。

（3）葉片與后蓋板為一體的形式，不會產(chǎn)生因葉片與后蓋板之間焊接不牢或長期使用而產(chǎn)生泄漏，保證了泵具有穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

5 應(yīng)用前景

沖壓焊接離心泵的設(shè)計(jì)開發(fā)主要考慮了其在食品、醫(yī)藥、居民供水、輕工、化工、建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用。許多場合需要一些小流量高揚(yáng)程的給水增壓裝置，而鑄造式蝸殼中小型水泵一般很難達(dá)到要求，關(guān)鍵是其相對能耗較大，效率較低?，F(xiàn)今國家極力提倡節(jié)能裝置，故極力推出沖壓焊接離心泵。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，所占體積很小，設(shè)備噪音低，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于輕工業(yè)領(lǐng)域的輸送與循環(huán)系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、供水增壓系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)以及水處理行業(yè)，應(yīng)用前景極其廣闊。

[1] 泵行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].通用機(jī)械，2005（1）：11.

[2] 劉元義，蔡保元，霍春源.不銹鋼沖壓焊接多級泵研究發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].淄博學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（4）.

[3] 劉冬青.淺談不銹鋼沖壓泵的開發(fā) [J].機(jī)電工程技術(shù)，2004（8）.

[4] 關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊[M].北京：宇航出版社，1995.

Research and Development of Stamping Welding Centrifugal Pump

Long Haiyong Zheng Zechun Luo Qiaojun

Stamping welding centrifugal pump with energy efficient， portable device， material-saving，environmental protection etc，is ideal substitutes of small and medium-sized casting pump with large coverage and enormous quantity which has broad prospects.This paper expounds the structure design of stamping welding centrifugal pump， design and calculation of the impeller main dimensions， as well as its processing manufacturing and so on.

Stamping welding pump； Pump;Advantages； Structure design； Impeller size

TH 31

*龍海勇，男，1981年2月生，助理工程師。佛山市，528311。

2011-04-02）