立式混流雙級(jí)泵的技術(shù)改造

      應(yīng)用在含泥沙量較大條件下的泵，如黃河中下游抽水泵站，除了過流部件會(huì)受到介質(zhì)中泥沙的磨損，轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件之間的配合面也會(huì)因泥沙等顆粒的進(jìn)入而磨損得非常嚴(yán)重。針對(duì)這一問題，對(duì)本文的雙級(jí)泵實(shí)施了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的技術(shù)改造。
      一、故障分析
      介質(zhì)情況：抽取黃河水，常溫，泥沙含量大。
      性能參數(shù)：流量1m3/s、設(shè)計(jì)揚(yáng)程43.65 m、揚(yáng)程范圍38.53～45.23 m、轉(zhuǎn)速990 r/min、電機(jī)功率560 kW。
      運(yùn)行方式：連續(xù)運(yùn)行。
      根據(jù)以上參數(shù)選擇SEZ型立式混流雙級(jí)泵，泵結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。泵的過流部件進(jìn)水喇叭、導(dǎo)葉體、筒體均采用焊接式結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為碳鋼；葉輪室為焊接件，材質(zhì)為不銹鋼；葉輪為鑄件，材質(zhì)為不銹鋼。這些材質(zhì)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，耐磨損性能優(yōu)良。在設(shè)計(jì)上只需在原件厚度上增加一定富余量，預(yù)計(jì)可滿足耐磨性要求。過流部件的磨損和防治措施以及泵過流部件的磨損對(duì)泵運(yùn)行點(diǎn)的影響都有相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行研究。除以上過流部件外，泥沙磨損還會(huì)發(fā)生在下文所述部位。
      
      1、泥沙會(huì)進(jìn)入到轉(zhuǎn)動(dòng)部件與非轉(zhuǎn)動(dòng)部件配合面的縫隙內(nèi)，泵轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)造成相互配合零部件的磨損，這類零件有軸承、軸套。
      2、細(xì)小的泥沙會(huì)進(jìn)入相對(duì)靜止的配合面內(nèi)， 當(dāng)泵進(jìn)行檢修或更換易損件時(shí)，需要拆卸這些零件，會(huì)發(fā)現(xiàn)零件配合面損傷，如葉輪與軸的配合面、軸與軸套的配合面、聯(lián)軸器與軸的配合面。
      3、含泥沙的介質(zhì)會(huì)沖擊比較精細(xì)的零件，造成零件損傷，影響泵組的長期穩(wěn)定運(yùn)行，如葉輪螺母、軸螺紋。
      4、應(yīng)盡量避免泥沙沉積，如果泥沙沉積，泥沙會(huì)增加泵對(duì)基礎(chǔ)的載荷，并與軸這樣的精細(xì)零件直接接觸，造成軸的損傷。
      二、解決方法
      根據(jù)以上定性分析，采取結(jié)構(gòu)改進(jìn)來解決上述磨損問題。
      1、導(dǎo)軸承的設(shè)計(jì)
      為避免泥沙進(jìn)入動(dòng)靜配合面，泵用導(dǎo)軸承的選擇至關(guān)重要。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，我們選用耐磨、抗沖蝕性能優(yōu)良的賽龍SXL塑料軸承作為泵用導(dǎo)軸承。
      導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要，好的導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)能夠提高導(dǎo)軸承的壽命。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮散熱、充分潤滑冷卻、減少磨損等方面的要求。結(jié)構(gòu)上軸承內(nèi)圈需要開設(shè)冷卻水槽，以提高冷卻、潤滑的效果。
      導(dǎo)軸承的布置除了與泵軸跨距等因素有關(guān)，還與泵轉(zhuǎn)子的徑向力有關(guān)。在機(jī)械領(lǐng)域，可通過公式法或ANSYS分析軟件計(jì)算軸承跨距。這里我們著重闡述泵轉(zhuǎn)子徑向力問題。
      在立式泵中，轉(zhuǎn)動(dòng)部件的徑向力主要來自下述兩個(gè)方面。
      （1）轉(zhuǎn)子的不平衡量
      由于葉輪鑄造加工的偏差和軸、聯(lián)軸器等轉(zhuǎn)動(dòng)零件的加工偏差，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡量的產(chǎn)生。
      （2）水力的不平衡量
      葉輪為整體鑄造，必然產(chǎn)生泵葉片翼型不對(duì)稱布置的偏差，這樣泵在抽送介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生水力上的不平衡。
      所以，一般布置泵導(dǎo)軸承時(shí)，都會(huì)在每級(jí)葉輪處布置一只導(dǎo)軸承。對(duì)于次級(jí)葉輪導(dǎo)軸承，我們的改進(jìn)措施為：在泵軸外增加套管，利用套管保護(hù)泵轉(zhuǎn)子內(nèi)零件，如軸、軸承、聯(lián)軸器等。在套管內(nèi)引入外接沖洗水，控制沖洗水流量和壓力，達(dá)到潤滑、冷卻軸承的目的。為防止泥沙進(jìn)入到軸承與軸套的配合面，在軸承外側(cè)增設(shè)一對(duì)骨架油封，用于把內(nèi)部腔體和外部分隔開。骨架油封方向朝向外側(cè)， 這樣可保持套管內(nèi)沖洗水的流動(dòng)性，還可有效防止泥沙進(jìn)入。
      對(duì)于首級(jí)葉輪處軸承，沖洗水無法從套管內(nèi)到達(dá)首級(jí)軸承，但我們?nèi)韵Ｍ�采用引入外接水的方式潤滑、冷卻軸承。結(jié)構(gòu)改進(jìn)如下：我們?cè)谥谱鲗?dǎo)葉體時(shí)，在其內(nèi)埋入一只G1/2英寸接管，從外部直接引入外接沖洗水，在軸承室內(nèi)增設(shè)一腔體。
      為保證外接水能到達(dá)軸承內(nèi)圈，在導(dǎo)軸承的設(shè)計(jì)上應(yīng)遵循以下原則：
      （1）在導(dǎo)軸承上圓周方向鉆6～8只圓孔，圓孔的數(shù)量與水槽的數(shù)量保持一致。
      （2）圓孔開設(shè)角度需與水槽開設(shè)角度保持一致。
      （3）保證這些圓孔面積之和與1/2英寸管的截面積大體一致即可。
      為防止抽送介質(zhì)中泥沙進(jìn)入到軸承與軸套配合面，在導(dǎo)軸承的軸向兩側(cè)各增設(shè)一對(duì)骨架油封，骨架油封的方向仍然朝向外側(cè)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。
      
      2、為防止泥沙進(jìn)入配合面，需要對(duì)各個(gè)聯(lián)接配合面進(jìn)行密封
      （1）對(duì)于配合面較小的部位，密封可采用簡單可靠的橡膠圈密封。
      （2）對(duì)于配合面較大的部位，密封可采用涂抹膠水進(jìn)行防沙密封。
      3、該雙級(jí)泵有兩只葉輪，對(duì)應(yīng)兩只不同的葉輪鎖緊螺母
      （1）對(duì)于首級(jí)葉輪，可將葉輪鎖緊螺母形狀設(shè)計(jì)為流線形，這樣可減少泥沙對(duì)該螺母的沖擊，見圖2。
      （2）對(duì)于次級(jí)葉輪螺母，因其結(jié)構(gòu)限制無法設(shè)計(jì)成流線形，可設(shè)計(jì)兩只螺母，起鎖緊作用的螺母在靠近葉輪處，為主螺母；下方副螺母可有效防護(hù)主螺母免受泥沙的沖刷。為保護(hù)軸上螺紋，將軸上螺紋隱藏在副螺母內(nèi)，見圖3。
      因首級(jí)導(dǎo)葉體與旋轉(zhuǎn)部件無法進(jìn)行有效密封，為防止泥沙沉積在導(dǎo)葉體腔體內(nèi)，我們?cè)谛�轉(zhuǎn)軸上增設(shè)一只甩液盤，甩液盤上開設(shè)2只螺紋孔，用螺釘固定在軸上。甩液盤下平面開設(shè)4～6只方槽， 隨著軸的旋轉(zhuǎn)，甩液盤可有效防止泥沙進(jìn)入導(dǎo)葉體內(nèi)。在突然停泵的情況下，介質(zhì)中的泥沙向下沉積，會(huì)被甩液盤阻擋，使泥沙無法沉積在導(dǎo)葉腔體內(nèi)，此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可有效防止泥沙在導(dǎo)葉腔體內(nèi)的沉積。
      
      三、結(jié)語
      通過此次技術(shù)改造，為防止泵在運(yùn)行時(shí)的磨損和拆卸時(shí)的摩擦損傷，可以得出以下結(jié)論：
      1、對(duì)于抽送介質(zhì)中含泥沙量較大的泵組，需著重保護(hù)泵導(dǎo)軸承和除葉輪外所有的轉(zhuǎn)動(dòng)部件。轉(zhuǎn)動(dòng)部件可采用增設(shè)套管的方式進(jìn)行保護(hù)；導(dǎo)軸承可采用外接沖洗水、骨架油封組合應(yīng)用進(jìn)行保護(hù)。
      2、為防止泥沙進(jìn)入配合面，需對(duì)配合面采取密封措施，密封方式可采用O型圈密封和膠水密封。
      3、在設(shè)計(jì)上應(yīng)避免裸露在外的螺紋、螺母等受到泥沙的沖擊磨損。
      4、為防止泥沙的沉積可設(shè)計(jì)甩液盤，對(duì)于泥沙量大的水域，采取以上結(jié)構(gòu)改進(jìn)可提高泵運(yùn)行的穩(wěn)定性。
      作者：鄒繼國   上海凱士比泵有限公司