一、概述

屏蔽泵是一種無(wú)密封泵。在結(jié)構(gòu)上，它由屏蔽電動(dòng)機(jī)和泵組成，定子和轉(zhuǎn)子分別用非磁性耐腐蝕薄壁屏蔽套隔離開(kāi)來(lái)。轉(zhuǎn)子由前后軸承支承浸沒(méi)在輸送介質(zhì)中，因而不需要任何型式的動(dòng)密封來(lái)防止被輸送介質(zhì)的向外泄漏。由于屏蔽泵無(wú)動(dòng)密封，因此在正常運(yùn)行情況下絕對(duì)無(wú)泄漏，適合輸送易燃、易爆、易揮發(fā)、有毒、腐蝕性以及貴重液體，在石油、化工、石化、醫(yī)藥等行業(yè)有廣泛的用途。石油化工行業(yè)亟需小流量高揚(yáng)程的無(wú)泄漏泵，但國(guó)內(nèi)在這方面仍屬空白，為了彌補(bǔ)此一空白，我們研制了一種對(duì)稱布置的小流量髙揚(yáng)程多級(jí)屏蔽泵。

二、東莞南方水泵介紹多級(jí)屏蔽泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、整體設(shè)計(jì)

為了平衡軸向力，多級(jí)屏蔽泵采用對(duì)稱布置型式。由于首級(jí)葉輪主要考慮抗汽蝕性能，取較大進(jìn)口直徑，其余7級(jí)葉輪基本參數(shù)一致。從葉輪入口側(cè)看前4級(jí)葉輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，后4級(jí)葉輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。葉輪左右對(duì)稱布置平衡軸向力，由于首級(jí)葉輪進(jìn)口參數(shù)的不同會(huì)引起殘余不平衡軸向力，可由屏蔽電動(dòng)機(jī)中的前后推力軸承平衡。考慮屏蔽泵在輸送不同介質(zhì)時(shí)，首級(jí)葉輪可能發(fā)生汽蝕，根據(jù)實(shí)際情況，可在首級(jí)葉輪前加裝變螺距誘導(dǎo)輪，以提高屏蔽泵的抗汽蝕能力。

由于采用對(duì)稱布置結(jié)構(gòu)，流體流入后4級(jí)葉輪時(shí)流動(dòng)方向需反向，故需采用筒式結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的引導(dǎo)。本設(shè)計(jì)方案中流體經(jīng)過(guò)前4級(jí)葉輪加壓后，從中間出水段流入外筒體，經(jīng)中間進(jìn)水段流入后4級(jí)葉輪，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的引導(dǎo)變向。多級(jí)離心泵泵軸撓度如過(guò)大，容易引起異常振動(dòng)、抱軸等故障，應(yīng)該盡量減少泵軸在運(yùn)行中的撓度值。考慮到多級(jí)屏蔽泵的泵軸為細(xì)長(zhǎng)軸，為滿足剛度要求，減小撓度，將采用4支點(diǎn)支承。各中段之間采用螺紋聯(lián)接，以利于拆裝、定位。對(duì)稱布置型多級(jí)屏蔽泵結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算

在工程中，為保證泵工作時(shí)的運(yùn)行穩(wěn)定性，需要在設(shè)計(jì)階段計(jì)算轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率與轉(zhuǎn)子的固有振動(dòng)頻率不相等，以確保泵的工作轉(zhuǎn)速在安全范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，廣東南方水泵考慮靠近葉輪的兩支點(diǎn)對(duì)其影響較大，忽略其余兩支點(diǎn)，從而將其簡(jiǎn)化為單個(gè)集中載荷作用下的兩支點(diǎn)模型。將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子重量簡(jiǎn)化為均布于軸上的兩支點(diǎn)均布載荷模型。

單獨(dú)載荷作用下軸的撓度和臨界轉(zhuǎn)速的關(guān)系列于表1。

90kW/2P電動(dòng)機(jī)采用定子外徑ф=358mm，內(nèi)徑ф=170mm，鐵心長(zhǎng)390mm方案進(jìn)行驗(yàn)算。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子重量G=110kgf，葉輪重量G=2.5kgf。泵軸的已知結(jié)構(gòu)參數(shù)為，軸總長(zhǎng)L=130cm，彈性模量E=2.1*106kgf/cm2，軸直徑d1=3.8cm，軸套直徑d2=5.3cm，平均慣性矩J=45.7cm，材料密度p=7750kg/m3。各級(jí)葉輪到軸承的距離見(jiàn)表2。

將各參數(shù)帶入表3中各式，計(jì)算出單個(gè)集中載荷作用下的靜撓度yi，計(jì)算得臨界轉(zhuǎn)速為nc=8978r/min，工作轉(zhuǎn)速為n=2900r/min，由于ra≤0.8nc，則軸為剛性軸，故軸設(shè)計(jì)符合要求。

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