沖壓焊接成型管道泵的結構設計

梁元敏

廣東漢能實業(yè)有限公司，廣東 陽江 529500

1 完全脹型成型蝸殼模具的設計

蝸殼模具是生產蝸殼的重要設備之一。不銹鋼沖壓焊接管道泵及單級離心泵的工藝制造難度很大，至今只有日本EBARA公司、美國ITT公司能夠生產。由于水力設計和工藝設計不盡完善，產品渦室的脹型不到位，泵的性能并不好。水力性能上，主要表現為偏工況運行，俗稱“大馬拉小車”或高比轉速低用，電機配置功率大，泵的運行效率低，時有電機超載損壞的情況發(fā)生。

圖1 EBARA公司的3M40-160/4.0性能曲線

圖2 我國初期的CYB65-50-160性能曲線

圖1是日本EBARA公司的3M40-160/4.0不銹鋼沖壓焊接單級離心泵的性能曲線。設計流量為25m3/h，但最高效率點的流量在40m3/h以上。圖2是前期仿制產品CYB65-50-160型不銹鋼沖壓焊接單級離心泵的性能曲線，流量加大到50m3/h時效率仍不下降，偏工況現象均十分嚴重。成型工藝上為保證水力性能，要求蝸殼必須360°全斷面完全脹型，并且蝸殼出口彎頸要求擴散回收動能。日本產品的蝸殼采用的是半螺旋式的部分斷面不完全脹型，彎頸用圓管斷面進行過渡。而美國ITT公司3500型不銹鋼沖壓焊接單級離心泵蝸殼根本不脹型，為一圓筒，出口管為一段直管，所以EBARA和ITT的沖壓焊接泵的水力性能均不理想。主要原因是蝸殼的成型工藝十分困難，一種蝸殼需要48套模具，工裝夾具費100多萬元。最后不得不用較為容易制造、成本也較低的不完全脹型或不脹型替代，但影響了水泵的效率和汽蝕性能。

不均勻、不對稱、360°全斷面完全脹型是粘性設計的技術特征，但這種技術特征沖壓成型非常困難，日本專利是部分斷面的不完全脹型。

圖3 日方脹型成型原理圖

圖3是日本專利產品的成型原理，利用這種對半式、部分斷面不完全脹型不僅生產效率低，而且也不能滿足粘性流技術特征要求的全斷面完全脹型。

圖4所示為荷花瓣式的自動分合的組合模具，從上部加力，利用側向力使模具收攏，由于分成4瓣～8瓣，蝸殼渦線為全斷面漸開線凹模，能夠準確加工。底部有導桿及底板模，向下繼續(xù)加力時，導桿下移，上蓋板下壓，聚氨酯橡膠在上下蓋板擠壓下側向變形，使不銹鋼鋼板緊貼凹模成型，泄壓時模瓣中彈簧使模瓣自動分開，脹型的殼體自動彈出，生產效率很高，質量達到要求。

圖4 荷花瓣式組合模具脹型圖

2 管道泵的結構設計

現一般的管道泵普遍存在流部件結構復雜，產品笨重，材料消耗大；泵的水力性能也不夠理想，偏工況運行，效率低等問題。經分析認為:低比轉速離心泵，流道窄長，粘性產生的水力損失大，效率低。而粘性增大必將引起進、出口流道堵塞，從而偏離設計工況。

圖5 泵結構示意圖

針對上述問題，本文在傳統的管道泵的結構基礎上，設計一種蝸殼完全脹型的，能有效提高泵水力性能的高效泵結構，如圖5所示。

其特征在于:泵體由呈桶狀結構的內、外缸構成，內缸連通進水管，外缸連通出水管，內缸同軸設于外缸內通過在內、外缸底部互相固定連接，內缸開口端低于外缸開口端，內缸開口端向上依次同軸設有導流部件、葉輪、排氣部件及安裝在外缸開口端的泵后蓋。

所述的葉輪為軸向吸入、徑向排出的離心葉輪，導流部件為一整體沖壓成型的盤狀結構，盤底與內缸開口端密封，盤底中心設有與葉輪前端入口對應密封的進水口，葉輪同軸設于盤狀的導流部件內，導流部件周壁設有與葉輪的徑向排出口對應的導流葉片。

所述的導流部件周壁均勻沖壓為多段，各段周壁為沿圓周同一方向徑向向外增大的弧形導流葉片，每兩相鄰導流葉片之間由徑向差形成一沿軸向向下的出水孔，盤狀的導流部件開口處向外沖壓有盤沿。該弧形導流葉片弧線分布與葉輪轉動方向對應，提高出水效率。

所述的外缸內壁對應導流部件盤沿設有凸臺，盤沿放置于凸臺上以支撐導流部件，該凸臺與內缸開口端的軸向距離等于導流部件的軸向深度。

3 產品應用情況

該產品在北京科技發(fā)展有限公司水處理回收，環(huán)保節(jié)能應用等方面，廣州雅韶泵業(yè)有限公司食品行業(yè)水處理方面，張家港市東晨物資有限公司高純度凈水系統方面，杭州德士比泵業(yè)有限公司水供應系統的技術應用等方面到得到了很好的應用，直接或間接產生了較好的經濟效益。

4 結論

1）由于底座、泵體、導流部件與葉輪等全部過流部件都是通過沖壓焊接成型的，因而與鑄造泵相比，整體結構輕巧，重量大大減輕，節(jié)省材料效果明顯；水泵運行的可靠性大大提高。鑄造泵相比，整體結構輕巧，重量減輕75%，節(jié)省材料效果明顯；水泵運行的可靠性大大提高，效率提高3%～8%；

2）采用在葉輪徑向出口的導流方式，并對導流部件的進行特殊設計等措施，使得傳送的液體流動更通暢，水力性能好，效率高。外缸的周壁上及底部分別設置外缸和內缸的排水孔、密封圈、螺釘，可以把內缸的水完全放空；

3）導流部件為一體沖壓結構，與現有的沖壓泵相比，保證了導流部件具有足夠的強度、剛度和精度，安裝方便，提高了產品的可靠性，同時也延長了產品的使用壽命；

4）葉輪入口處采用密封環(huán)活動密封結構，不僅密封效果好，提高了泵的水力效率；而且降低了制造、安裝難度，提高了生產效率；

5）外缸的周壁上及底部分別設置外缸和內缸的排水孔、密封圈、螺釘，可以把內缸的水完全放空。

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