液下泵接轴结构的优化设计

2010-03-16何启亮

装备制造技术 2010年11期

何启亮

（杭州碱泵有限公司，浙江杭州 322010）

液下泵用于从地面一定深度的料液池，向地面输送料液。液下泵采用立式结构，泵体、叶轮浸在液下，通过轴传递。因液下泵起动前无需灌泵、起动时间短等特点而被广泛应用。

随着池的设计深度不同，其液下泵的长度也不同。现在液下泵的插入深度可达12 m，一般在3 m之内，现在大多数采用悬臂式结构，由一根轴加工而成，而3 m以上的，由于受到机加工设备和热处理设备能力的制约，不便于加工。在这种情况下，一般以多根轴连接起来，满足用户插入深度的要求。因此将轴以何种方式连接，来保证轴的同心度和轴的刚度，并且又便于安装、拆缷，成为设计液下泵结构的重要内容。

1 接轴4种结构的使用情况及现状

1.1 分半外夹紧套接轴

结构形式如图1所示。该结构是键传递扭矩，轴向定位通过分半环来解决，在用分半外夹紧套来作径向定位。从使用效果来说，这种接轴方式稳定性较高、刚性好，但是由于分半外夹紧套是两半组成，是用来定位径向尺寸，其加工精度要求高，加工较困难，加上此结构总质量较大，运转中对转子的动平衡有一定的影响。从而得出此结构的缺点，径向尺寸较大，加工工艺比较复杂，耗工时多，拆缷维修不太方便，但是这种接轴结构稳定性，刚度还比较好，实际运用中效果也还可以。

图1 分半外夹紧套接轴

1.2 锥形套挤压接轴

结构形式如图4所示用键来传递扭矩、用分半内锥套来连接轴并用来定位轴向尺寸，当拧紧螺栓时外锥套由于是有一定锥度从而挤压分半内锥套起到径向定位和自锁功能。此结构对中性及轴向尺寸控制均较好，刚性及稳定性也很好，且径向尺寸及总质量均较小。然而对拆卸方便在加上分半内锥套加工精度非常高，并且要严格保证内、外锥面形位公差和表面粗糙度，使外锥套与分内锥套之间的接触为面接触，防止形成线接触而失效、在设计分半内锥套与外锥套时，为防止两材料硬度相近因挤压产生啮合而不能拆卸，选材时要有个硬度差。

图2 锥形套挤压接轴

2 优化后的结构特点

为能改善上述接轴结构缺点，现如图3所示进行结构优化。

图3 结构优化示意图

该结构由轴1车－外锥度与外螺纹，轴2车内锥度和内螺纹，轴1与轴2为两相互配合尺寸。通过轴1与2相互配合螺纹来传递的扭矩并其所能承受的挤压应力，在让两轴之间的锥面进行轴向定位、径向定位，使其能承受一定的挤压能力。为能防止泵在停车后倒灌而产生反转，因而是采用螺纹连接而产生旋转而改变轴向尺寸，为了解决该问题，现通过装一分半卡抱来防止轴向移动。在进锥面设计时，要考虑螺纹旋转而产生了挤压的啮合现象，一般采用表面热处理与表面镀铬工艺处理，并选择细牙螺纹作为联接螺纹来用于自锁防松，还要同时考虑叶轮旋转方向及螺纹转向之间的关系（从入口端看叶轮转向，若为顺时针，接轴结构应为右施螺纹，反之，则为左施螺纹）。加工精度方面，主要以锥面加工精度较高，螺纹同轴度可选适当放宽，因其以锥面来保证轴向径向尺寸。

该结构在加工上相对较容易，只要保证两锥度的同轴即可。从结构而言，该只有一个分半卡抱来防止反转，充分利用了轴来做定位与传递扭矩，所以结构上要比以上几种要简单，从而大大提高了可靠性。由于接触方式为面接触，其刚性及稳定性也很好；其安装与拆卸非常方便，因为采用锥面相连结构，只要一松动就很好拆卸了，安装时只要旋轴就可完成。从而可以解决以上几种接轴加工工艺复杂、精度高、结构不可靠、安装拆卸不方便等缺陷。