水泵的工藝和技術(shù)研究

時(shí)間：2018-09-28作者：上海伊謄實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司瀏覽：158

水泵的工藝和技術(shù)研究

本文主要討論水泵葉輪在做功工程中水力損失的大小與制造工藝之間關(guān)系的理論與實(shí)踐方面的問(wèn)題。主要有：同心度，水力光滑度，入流、出流的水力損失與加工精度，鑄造精度，相關(guān)部委的幾何形狀等之間的關(guān)系。 

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水泵是一種由動(dòng)力機(jī)（一般為電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等）驅(qū)動(dòng)，把能量傳給液體，可稱之為把“必要的一定數(shù)量”液體，連續(xù)提送到“欲達(dá)到的某一高度”的流體機(jī)械。 
水泵按照提水原理的不同可以分為葉片型、容積型以及其他類型等三大類。其中容積型有往復(fù)泵、齒輪泵和螺旋泵等；其他類型泵有氣泡泵、水錘泵、射流泵等。但在實(shí)際應(yīng)用的廣泛程度上，這兩種類型泵都用得不太多，所以決定在此僅列舉葉片泵。 
葉片泵是靠葉輪的旋轉(zhuǎn)作用，把能量傳給液體的機(jī)械。根據(jù)其作用原理，可分為離心泵、混流泵、軸流泵三種類型。本文只對(duì)離心泵這一類型進(jìn)行討論分析。離心泵主要依靠葉輪的離心力，把壓力能和速度能傳遞給水，因此，水流從與泵軸平行或者稍許傾斜的方向流進(jìn)葉輪，沿葉輪徑向流出，這樣，葉輪分擔(dān)的任務(wù)是把能量傳遞給水體起水泵提水的作用，泵殼的渦室則分擔(dān)把水從葉輪獲得的速度能較有效的轉(zhuǎn)換為壓力能的任務(wù)。了解了水泵的基本原理后，為了提高泵效，較好的發(fā)揮水泵的作用，下面單獨(dú)對(duì)水泵的制造工藝進(jìn)行深入的研究。 
葉輪的做功能力，即是它產(chǎn)生出的理論揚(yáng)程（Ht）的大?。▏?guó)外稱計(jì)算揚(yáng)程Hn），它是在水力計(jì)算與設(shè)計(jì)時(shí)就決定了的。它與實(shí)際實(shí)現(xiàn)的有效揚(yáng)程（H）存在一個(gè)差值（△H），這個(gè)差值（△H）小，水力效率（ηh）高，有效揚(yáng)程高，則水泵效率（ηh）高。 
差值（△H）即損失揚(yáng)程，與下列因素有關(guān)：葉輪旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，所謂流動(dòng)穩(wěn)定性從流體力學(xué)角度來(lái)講，就是流動(dòng)的連續(xù)性與無(wú)流動(dòng)的斷裂發(fā)生，它是水力設(shè)計(jì)上的重要課題。從制造工藝角度來(lái)講，它是鑄造模具制造正確性與機(jī)械加工工藝**問(wèn)題，其次則為流動(dòng)過(guò)程中的水力損失，此主要指水力光滑度，即流道粗糙度大小與流速的關(guān)系。 
1葉輪旋轉(zhuǎn)的幾何同心度 
葉輪旋轉(zhuǎn)幾何同心度指其幾何理想中心線與實(shí)際發(fā)生的旋轉(zhuǎn)中心線重合的程度。實(shí)踐證明這兩者是永遠(yuǎn)也不能完全重合的，工藝方法在于保證其偏差較小。兩者不重合的因素有兩個(gè)方面： 
1.1質(zhì)量偏心及其控制 
質(zhì)量偏心是指過(guò)流葉輪質(zhì)量重心的中心線與其幾何中心線的偏差。此項(xiàng)偏差產(chǎn)生于葉輪的質(zhì)量分布情況，例如：葉輪蓋板的厚度不均勻，葉片分布不均勻及各葉片厚薄不一等。一個(gè)加工完成的葉輪，上述情況便已成定局，只能采取工藝措施，控制其偏差在一定允許范圍內(nèi)，此范圍叫“允許偏心距”，一般作為水泵葉輪這樣的“旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)”，選G6.3級(jí)精度進(jìn)行計(jì)算較大外圓處允許偏心重即可滿足，常說(shuō)的葉輪靜平衡試驗(yàn)就是這一工藝措施。 
1.2組件的幾何偏心及其控制 
組件的幾何偏心指葉輪理想幾何中心與定位基準(zhǔn)―止口中心線之間的偏差。此一偏差大小與泵體止口尺寸精度和形位公差精度有關(guān)系，這是機(jī)械加工較為關(guān)鍵的技術(shù)條件。要由正確的工藝過(guò)程**它，嚴(yán)格的檢測(cè)把關(guān)控制它。 
組件幾何偏心控制是技術(shù)設(shè)計(jì)中的重要課題，也是工藝**的關(guān)鍵點(diǎn)。具體有尺寸公差精度，形位公差精度，形位基準(zhǔn)選擇等三項(xiàng)內(nèi)容。水泵尺寸、形位公差精度的選擇與下述情況有關(guān)：?jiǎn)渭?jí)或者多級(jí)結(jié)構(gòu)，組裝方法，是否重復(fù)拆卸等。例如：井用潛水泵是多級(jí)結(jié)構(gòu)，手錘裝配，重復(fù)拆卸。因此它的配合方式是間隙定位配合，精度等級(jí)7～8級(jí)一般能保證要求，如H8/H7等。H（或h）級(jí)公差有一特點(diǎn)，其偏差值在“零”至一**值之間，如果適用獨(dú)立原則時(shí)，公差為“零”的加工結(jié)果是合理的，這樣會(huì)有“零碰零”的不利組裝的后果，因此應(yīng)貫徹“中差”的加工原則。 
形位不正確是影響同心度的關(guān)鍵因素。形位的正確與設(shè)定的基準(zhǔn)有關(guān)，三基面體系是較為合理的基準(zhǔn)體系，對(duì)井泵導(dǎo)流殼而言，一個(gè)斷面加止口中心線即構(gòu)成三基面基準(zhǔn)體系。形位公差精度等級(jí)，對(duì)多級(jí)結(jié)構(gòu)的井用潛水泵而言，取精度等級(jí)7～8級(jí)，即可滿足要求。 
在泵殼端面上的為**基準(zhǔn)，在止口幾何中心線上的為*二基準(zhǔn)。所謂基準(zhǔn)，即此部分的幾何要素的形位是被檢部位，同名幾何要素形位正確性的依據(jù)。因此，在加工零件部件時(shí)，要根據(jù)圖紙給定的基準(zhǔn)進(jìn)行校正零件在加工設(shè)備上的位置，在設(shè)計(jì)檢具時(shí)，也要按照該給定基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)檢具的檢驗(yàn)基準(zhǔn)。 
這樣設(shè)計(jì)、加工、檢驗(yàn)“三基準(zhǔn)統(tǒng)一”，才能保證零件形位的正確性，才能做到幾何同心度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。葉輪旋轉(zhuǎn)的幾何同心度是水泵運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的關(guān)鍵，其不能滿足時(shí)，將產(chǎn)生機(jī)械摩擦，產(chǎn)生振動(dòng)，噪音過(guò)大，水泵效率降低，電流加大，性能下降，嚴(yán)重者能燒毀電動(dòng)機(jī)。 
2水力光滑度 
所謂水力光滑度是指在貼流道壁存在一很薄的層流層，當(dāng)流道壁粗糙度平均高度不高出層流層厚度時(shí)，水力光滑度不被破壞。這一層流層厚度由流速確定，普佛萊德內(nèi)爾教授給出了計(jì)算公式：kc/ψ≤100，式中：k―粗糙度平均高度，如12.5μm；c―平均流速；ψ―20℃水的運(yùn)動(dòng)粘度1.01×10-6m/s，當(dāng)粗糙度平均高度為12.5μm時(shí)，由上式可以算得c=8m/s，即在此流速下水力光滑度不被破壞。此時(shí)，若平均流速為8m/s，則制造加工就要保證12.5μm的粗糙度。水力光滑度是關(guān)于流道沿程水力損失的要件。 
3入流和出流 
入流和出流的水力損失屬于局部水力損失，其位階大于沿程損失。它與設(shè)計(jì)、工藝加工情況均有關(guān)系，就流道而言有：葉輪入口（頸部入口）；葉片流道入口；葉輪出口；泵體入口；泵體出口。分別說(shuō)明一下： 
（1）葉輪入口，一般是由機(jī)加工出來(lái)的，系圓弧狀，一般采取R3―R5弧； 
（2）葉片流道入口，它是由葉片入口端形成的，由鑄造成型，其殘缺不全者，應(yīng)該作廢品處理； 
（3）葉片流道出口，由機(jī)加工成型，應(yīng)手工銼掉飛邊毛刺，同時(shí)銼平蓋板邊緣因車刀擠壓形成的卷口； 
（4）泵體入口，對(duì)渦殼式泵，系隔舌口，由鑄造成型。對(duì)導(dǎo)葉式泵，系入流圓的邊緣，一般機(jī)加工成型，應(yīng)做成不小于R3圓弧狀，此項(xiàng)很重要，如為尖角邊緣，水泵效率會(huì)降低2%左右； 
（5）泵體出口，對(duì)渦殼式泵，系壓出室，一般設(shè)計(jì)成錐形，出口斷面積大小與揚(yáng)水管口徑一致，一般問(wèn)題不大。對(duì)導(dǎo)葉式泵，是導(dǎo)葉片出口，鑄造成型，導(dǎo)葉出口端之形狀應(yīng)系45°尖圓體。 

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上述討論，系保證水泵水力性能的工藝方法問(wèn)題，屬于工藝原則自身正確性問(wèn)題，它的正確將使正確的設(shè)計(jì)的一實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目標(biāo)，它的錯(cuò)誤，將使正確的設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目標(biāo)。











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