雙基礎(chǔ)泵組傳動軸中間支撐方式的優(yōu)化

□鄒繼國　□劉淑清　□閔思明

上海凱士比泵有限公司　上?！?00245

雙基礎(chǔ)泵組傳動軸中間支撐方式的優(yōu)化

□鄒繼國□劉淑清□閔思明

上海凱士比泵有限公司上海200245

為了優(yōu)化雙基礎(chǔ)泵組傳動軸支撐結(jié)構(gòu)，將雙基礎(chǔ)泵組按傳動軸支撐形式劃分為傳統(tǒng)支撐方式和改進型支撐方式。分析了這兩種支撐方式的優(yōu)劣，從泵組可靠性、安裝維修性、總體結(jié)構(gòu)等方面進行了比較，提出了雙基礎(chǔ)泵組中間軸支撐的設(shè)計原則和方法。結(jié)果表明：雙基礎(chǔ)泵組支撐方式的改變，不僅使泵組更加緊湊，增加了泵站美觀程度，減少土建工作量，還改善了泵組的維修性能和安裝性能。采用泵傳動軸外增加支撐管的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以提高泵組的可靠性，對雙基礎(chǔ)泵組傳動軸中間支撐的優(yōu)化具有參考價值。

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，泵的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。在大中型發(fā)電廠、取水泵站都有立式泵的應(yīng)用，而無論對于發(fā)電廠的泵房設(shè)計還是水泵站的泵房設(shè)計，除了要滿足泵組本身的實用性以外，還越來越追求泵組的美觀，并要求泵組富有人性化設(shè)計，國內(nèi)大部分泵站均采用單基礎(chǔ)布置，杜修瑞等［1］、劉愛國等［2］、候松巖等［3］均對單基礎(chǔ)進行了研究。單基礎(chǔ)泵為懸掛式結(jié)構(gòu)，泵組基礎(chǔ)上方電機位置高、質(zhì)量重。泵組容易產(chǎn)生振動、噪聲，影響泵組的穩(wěn)定運行。所以泵的雙基礎(chǔ)式結(jié)構(gòu)成為用戶青睞的一種結(jié)構(gòu)形式。

雙基礎(chǔ)可簡單劃分為泵層（也稱為維修層）與電機層，如圖1所示。雙基礎(chǔ)的特點是出水管在泵層與電機層之間，泵組載荷受到雙層基礎(chǔ)分擔(dān)，水泵運行穩(wěn)定，便于水泵安裝和維修檢查，但土建工作量較大，而對于泵層與電機層之間距離較大的泵組，該距離所用傳動軸的支撐方式一直是難題。目前國內(nèi)對雙基礎(chǔ)泵組的研究還未有報道，本研究對雙基礎(chǔ)跨距較大的泵站進行傳動軸中間支撐方式的選擇與比較，提出了泵傳動軸中間支撐形式的設(shè)計原則和方法。

圖1　雙基礎(chǔ)泵層與電機層示意圖

1　影響泵軸跨距的因素

在機械設(shè)計上，軸承跨距為兩個點之間的距離，機械領(lǐng)域可通過ANASYS等分析軟件計算軸承跨距，如裴大明等［4］、湯本金等［5］對軸承跨距進行了相關(guān)研究。

根據(jù)泵軸跨距計算公式：

式中：L為軸的跨距，mm；d為軸的直徑，mm；n為泵的工作轉(zhuǎn)速r/min；s為安全因數(shù)，一般取1.3～1.5。

從以上公式不難看出，泵軸的跨距與d、n均有關(guān)系。對于一個給定的泵，轉(zhuǎn)速n是定值，所以只能通過增加軸徑的方式來增加泵軸跨距。

2　軸中間支撐的選擇

2.1不需要軸中間支撐

通過以上分析可知，泵如果不需要中間支撐，則泵上軸承與電機下軸承之間距離要在泵軸允許跨距之內(nèi)，否則必須增加軸徑以滿足要求。如采用增加軸徑的方式，好處是泵體結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。但對于雙基礎(chǔ)之間距離較大的泵組，泵傳動軸為了滿足跨距要求，需要加粗很多，這樣不僅給設(shè)計上帶來不便，材料成本也會相應(yīng)增加。

圖2　傳統(tǒng)支承結(jié)構(gòu)

2.2需要軸中間支撐

（1）傳統(tǒng)設(shè)計。一般來說，泵出水管中心線標(biāo)高由客戶或設(shè)計院給定。為了節(jié)約成本，在不影響泵水力性能的前提下，會把泵出水彎管的高度盡量減短，如圖2所示。這樣，泵傳動軸的下支撐點在泵體內(nèi)，泵軸的上支撐最低在電機的下法蘭處。如果這兩處之間距離大于泵傳動軸所計算出的跨距，只能通過增加泵傳動軸支撐的方式來滿足跨距需求。傳統(tǒng)的支撐方式為：在合適位置安裝一球軸承，軸承安裝于軸承座內(nèi)，軸承座采用分半式結(jié)構(gòu)，這樣會便于軸承的檢查與維修。軸承座傳遞的傳動軸徑向力在一水平橫梁上，橫梁兩端用地腳螺栓固定在基礎(chǔ)上。這樣軸的徑向力由軸承通過橫梁傳遞到混凝土基礎(chǔ)墻上。另外，泵聯(lián)軸器處于電機層下方，在安裝聯(lián)軸器時，必須通過腳手架來協(xié)助泵組的安裝。

這種傳統(tǒng)設(shè)計的好處是軸承支撐方式簡單，泵傳動軸支撐剛性好，可以解決泵傳動軸跨距不足的問題，現(xiàn)場安裝時軸系對中方便，但需要在雙層基礎(chǔ)之間有一距離較近的混凝土高墻。高墻上須預(yù)留地腳螺栓孔和預(yù)埋鋼板，并要求預(yù)埋鋼板位置精度高，橫梁的拆卸安裝復(fù)雜，增加了泵組安裝的難度，增加了與設(shè)計院的接口尺寸，容易發(fā)生錯誤。

（2）改進設(shè)計。改進設(shè)計的原則為：①支撐數(shù)量及分布合理，有足夠的剛度和強度，結(jié)構(gòu)簡單，安裝、檢修、維護方便；②軸承體支撐可靠、穩(wěn)定、油脂易于更換；③泵成本須低，要有競爭力。

通過與傳統(tǒng)支撐方式優(yōu)劣的對比分析，結(jié)構(gòu)上的改進主要是：取消泵傳動軸支撐所用橫梁，改進填料函的設(shè)計，增大填料函的積水盤直徑，并在填料函積水盤外圓處間隔120°攻3個螺紋通孔，如圖3所示。在螺紋孔內(nèi)安裝3個調(diào)整用螺栓，增加2個合適長度的泵傳動軸支撐管，2個支撐管中間安裝球軸承支座，適當(dāng)增加電機座高度，并在電機座框架下部焊接一法蘭平面。上支撐管用螺紋緊固在上層基礎(chǔ)的電機座下法蘭平面上，并與電機座下法蘭采用止口配合。下支撐管與上支撐管用螺栓緊固，也是止口配合，下支撐管下端采用軸向松連接，即：下支撐管下端不采用任何軸向固定的方式與出水彎管或填料函連接，而將下護套管的長度設(shè)計成能插入填料函積水盤中適當(dāng)距離。這樣設(shè)計的優(yōu)勢在于可吸收水泵基礎(chǔ)之間距離的略微偏差或者零件的累積誤差。在下支撐管插入積水盤中后，用積水盤上3個螺栓調(diào)整支撐管的徑向位置，以達(dá)到調(diào)整軸承對中的目的。在上下支撐管上開幾處合適大小的手孔，以便更換填料和軸承檢查。但因該泵屬于立式泵組，葉輪與葉輪室之間間隙由泵聯(lián)軸器處的調(diào)節(jié)螺母來調(diào)節(jié)，采用這種結(jié)構(gòu)，聯(lián)軸器須在電機層上方，原因是聯(lián)軸器承受整個轉(zhuǎn)子的重力及水推力（向下）。聯(lián)軸器法蘭較大，如果仍處于電機層下方，支撐管的直徑會相應(yīng)增大，而且電機框架的一般選用高度為200～300 mm的H型鋼焊接而成，聯(lián)軸器會處于H型鋼中，不方便聯(lián)軸器的安裝及葉輪間隙的調(diào)節(jié)。通過增加電機座的高度，聯(lián)軸器處于電機層上方，電機座會設(shè)計2個手孔，人孔設(shè)計應(yīng)符合人手運動范圍［6］，安裝人員可以方便地進行水泵的安裝、檢修或解體工作。

圖3　改進型支撐結(jié)構(gòu)

改進后設(shè)計的優(yōu)勢：不僅使傳動軸的支撐剛性好，還可以解決泵傳動軸跨距不足的問題，現(xiàn)場安裝軸系對中也簡單，而且無需另外搭建混凝土墻作為泵傳動軸的支撐，減少了土建方面的工作，增加了泵的完整性和美觀性，結(jié)構(gòu)簡單，安裝、檢修、維護費用低，泵傳動軸支撐穩(wěn)定、可靠。

現(xiàn)在該結(jié)構(gòu)已在我國臺灣福臨泵站SEZ型泵2個型號上得到了應(yīng)用。另外在江蘇太倉供水泵站SEZ型泵3個型號中也得到了應(yīng)用，在土建工作量減少和維修的便利性上得到客戶好評。

3　結(jié)論

（1）泵組雙層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)層之間距離、泵的軸徑、泵的轉(zhuǎn)速決定了泵組的支撐形式，支撐形式影響泵組的美觀性、安裝維修性。

（2）若用增粗軸徑的方式滿足跨距要求，泵傳動軸需增粗許多，從設(shè)計和成本上考慮，不建議采用。

（3）泵軸的支撐形式分為傳統(tǒng)支撐與改進型支撐，設(shè)計時，在保證安全可靠的前提下，盡量選擇泵

組完整性強，維修方便，土建工作量小的支撐形式。

（4）改進型支撐與傳統(tǒng)支撐相比，改進型支撐具有維修方便、美觀、費用低等優(yōu)點，應(yīng)優(yōu)先選用。

［1］杜修瑞，趙玉明.單基礎(chǔ)立式軸流泵在泵站工程中的應(yīng)用［J］.治淮，2011（2）：37-38.

［2］劉愛國，彭九華，郭云，等.小型單基礎(chǔ)立式軸流泵站在農(nóng)村土地綜合整治中的應(yīng)用［J］.湖南水利水電，2013（5）：77-80.

［3］侯松巖，龔訓(xùn)英，劉偉民.潛水電泵和單基礎(chǔ)立式軸流泵使用特點分析［J］.黑龍江水利科技，2001，29（4）：40.

［4］裴大明，馮平法，郁鼎文.基于有限元方法的主軸軸承跨距優(yōu)化［J］.機械設(shè)計與制造，2005（10）：44-46.

［5］湯本金，孟凡富.基于ANASYS的主軸軸承跨距的優(yōu)化設(shè)計［J］.中國制造業(yè)信息化，2011，40（4）：31-33.

［6］成大先.機械設(shè)計手冊［M］.5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

In order to optimize the support structure of pump transmission shaft with bases，the support form of the pump transmission shaft with dual base is divided into two i.e.the traditional support and the improved support.By analyzing the advantages and disadvantages of these two support modes，and comparing the two modes in pump reliability，installation maintainability and overall structure，the design principle and mode that adopts the support of pump intermediate shaft with dual bases was proposed.The results show that：When the pump with dual bases changes its support mode，the pump is more compact in size，the aesthetic level of the pump set is increased，the workload of civil engineering is reduced，the maintainability and installation performances of the pump set is improved.The physical design of additional support tube outside of pump transmission shaft could improve the reliability of the pump and provide a reference value to optimize the intermediate support of pump transmission shaft with dual bases.

雙基礎(chǔ)泵組；支撐形式；結(jié)構(gòu)設(shè)計

Pump Set with DualBases；Support Mode；PhysicalDesign

TH313

B

1672-0555（2016）02-048-04

2016年1月

鄒繼國（1982—），男，本科，工程師，主要從事立式混流泵和軸流泵的設(shè)計工作