塑料化工离心泵的设计与实验研究

2016-07-15郑连基亚洲硅业青海有限公司青海西宁810007

橡塑技术与装备 2016年12期

郑连基（亚洲硅业（青海）有限公司，青海西宁 810007）

塑料化工离心泵的设计与实验研究

郑连基
（亚洲硅业（青海）有限公司，青海西宁 810007）

摘要：在当今社会，离心泵的应用是非常广泛的,在输送系统中几乎是不可缺少的一种设备。塑料化工离心泵在实际应用中损耗严重，主要是轴封部分，在输送过程中由于密封不当而出现泄漏造成重大损失和事故。本文主要是介绍自吸式塑料离心泵的结构特点、设计原则与设计方法。通过实验来证明此种方法是可行的。

关键词：离心泵；工程塑料；结构；设计探讨

随着塑料工业的发展，从20世纪60年代末首台国产 PVC离心泵问世，到当今的氟塑系及超高分子量聚乙烯等在塑料离心泵上的应用，为我国节省了大量的耐腐蚀金属，工程塑料耐腐蚀性能优良，然而其强度不及金属的 1/3，如何发挥工程塑料的强耐蚀性优点、克服其缺点，在各种离心泵上得到应用，是工程技术人员追求的目标。只有这样，离心泵的使用寿命才能更长久。

自吸式塑料化工离心泵无须灌泵，在运输腐蚀性介质场合其应用日趋增多。近年来出现的以工程塑料为材质的自吸式离心泵多以仿制金属离心泵为主，泵的性能特别是自吸性能及运行可靠性不甚理想，限制了它的应用和发展。笔者通过实践与研究，实验了一种较具特色的自吸式塑料化工离心泵，工作中点滴心得现愿与同行共享。

1　离心泵的工作原理

离心泵工作前，先将泵内充满液体，然后启动离心泵，叶轮快速转动，叶轮的叶片驱使液体转动，液体转动时依靠惯性向叶轮外缘流去，同时叶轮从吸入室吸进液体，在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体作用一升力于叶片，反过来叶片以一个与此升力大小相等、方向相反的力作用于液体，这个力对液体做功，使液体得到能量而流出叶轮，这时候液体的动能与压能均增大就可以达到效果。

离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。由于离心泵的作用液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能和压力能都得到增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这时，叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸水池中的液体在液面压力（大气压）的作用下，被压入叶轮的进口，于是，旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体。

2　自吸式塑料化工离心泵的结构特点与设计原则

2.1结构特点

自吸泵按气液混合方式分为内混式和外混式两种。泵体由内体蜗室、储液室和气液分离室组成。由于结构上的原因，内混式结构在塑料自吸离心泵的设计上较少采用。由于塑料泵体采用热压或注塑工艺成型，不能象金属泵那样采用整体浇铸，需将复杂的泵体分解为蜗室和外壳体，外壳体上带有进口s形吸人管。这样既保证了泵体的结构需要，又满足了注射模或热压成型模的工艺要求。外混式自吸泵的进口通常有橡胶类材质制成的拍门，因橡胶的耐蚀性较差，限制了塑料泵的应用范围,而且拍门每工作一次均对泵体产生冲击，因此塑料自吸泵一般不采用拍门止回结构。

2.2设计原则

塑料的缺点是强度低、弹性变形大，在设计时应予充分考虑。塑料泵的设计一般须遵循以下原则：

（1）所有零件的壁厚应均匀一致，壁厚根据该塑料的壁厚强度确定；

（2）壁厚与强度呈非线性关系，即增加壁厚并不一定增加强度；当需要增加强度时，最好采用加强筋的形式；

（3）在满足结构及强度的前提下，零件数目应尽可能最少；

（4）一般不采用诸如黏接、焊接等方式连接零件；

（5）尽可能少地使用金属嵌件；

（6）尽量采用0形圈密封；

（7）机械密封为首选，通常采用内装式机械密封；当耐腐蚀性要求较高时，才采用外装式机械密封；

（8）叶轮、轴套、叶轮螺母等做成一体，以减少密封泄漏点；

（9）泵体蜗室断面采矩形，以简化模具结构。

3　设计

外混式塑料自吸离心泵的设计与金属泵的设计不尽相同；一方面，所有过流件均以工程塑料为材质，采用热压或注塑成型，表面较为光洁，但因此气液的混合效果反而降低；另一方面，由于顾及模具的结构工艺要求，势必造成泵体内的冲击损失增加，因而降低了泵的效率。所以，按常规的自吸泵设计方法，不能达到所需要的设计效果，应对部分参数进行修改或调整，现就此作一概述。

3.1压出室的水力设计

压出室的作用在于：

（1）将叶片中流出的液体收集起来并送往下一级叶轮或管路系统。

（2）降低液体的流速，实现动能到压能的转化，并可减小液体流往下一级叶轮或管路系统的损失。

（3）消除液体流出叶轮后的旋转运动，以避免由于这种旋转运动带来的水力损失。

本设计采用的压出室是蜗形体，即螺旋形涡室。

3.2吸入室的水力设计

（1）吸入室的作用。吸入室是指泵的吸入法兰到叶轮入口前泵体的过流部分，吸入室的作用是将吸入管中的液体以最小的损失均匀地引向叶轮。

吸入室中的水力损失要比压出室的水力损失小的多，因此，与压出室相比，吸入室的重要性要小的多，尽管如此，吸入室仍是水泵不可缺少的部件，它直接影响着叶轮的效率和泵的汽蚀性能。

（2）吸入室的分类。吸入室有以下四类：直锥形吸入室、环形吸入室、半螺旋形吸入室、单吸泵螺旋形吸入室。

本次实验泵采用单吸泵螺旋形吸入室。这种结构的吸入室性能好，结构简单，制造方便，液体在单吸泵螺旋形吸入室内流动速度递增，使液体在叶轮进口能得到均匀的速度，液体在双吸泵螺旋形吸入室水力损失很小，汽蚀性能也比较好。

3.3结构设计

外混式自吸泵为达到自吸的目的，在结构设计上还应对回流孔面积、储液室、气液分离室的容积以及叶轮与泵体隔舌之间的间隙进行设计计算。此外回流孔的位置对泵的自吸性能影响较大，试验统计表明，回流孔位置布置在离隔舌135- 225。范围内能取得较好的自吸性能。但在塑料自吸泵的设计中，由于受材质表面光洁度的影响，此值应适当取偏小值。

4　实验验证

4.1设计参数

笔者计算了两台泵，设计参数如表 1所示。

表1　设计参数

表2　实测的自吸性能（介质为常温清水）

4.2测试结果

自吸泵的性能包括自吸性能和水力性能两个方面，自吸性能见表 2。水力性能见图 2、图 3。

5　结语

为满足各行业方便地输送腐蚀性介质的需求，开发自吸式塑料化工泵是当务之急，一方面可以节约大量耐腐蚀金属材料；另一方面可以大幅拓宽耐腐蚀自吸泵的应用范围。本文介绍的设计方法与设计原则具有一定的普遍意义，经试验验证及用户现场使用证明是可行的，为自吸式塑料离心泵的设计提供了经验，也丰富了自吸塑料化工泵的设计理论。

参考文献：

[1] 关醒凡．现代泵技术手册[M]．北京：中国宇航出版社，1995.

[2] 沈阳水泵研究所．离心泵设计基础[M]．北京：北京工业出版社，1974.

[3] 李龙海．离心泵性能预测及逆向设it[D]．湖北：武汉理工大

学，2012.

[4] 沈阳水泵研究所．叶片泵设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1983.

[5] 关醒凡．现代泵理论与设计[M]．北京：中国宇航出版社，2011.