螺旋离心式潜水排污泵叶轮的加工

姜宜洋

摘 要：带有螺旋型叶轮的螺旋离心泵最早发明于上个世纪60年代，其最明显的优势就在于实现了螺杆泵和离心泵的融合，兼具两个系统的有点。在该产品问世以后迅速普及，短短的十几年的时间里，其就已经应用到全世界。本文针对其结构特点进行了简要介绍，之后说明了螺旋离心式潜水排污泵叶轮的加工，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

关键词：螺旋式叶轮；加工；动平衡

螺旋离心泵不仅仅运行安全稳定，同时其效率之高，远远超过了普通离心式杂质泵以及旋流式杂质泵。在我国将这种泵引进之后，其就在造纸和化工等行业应用。后来随着无堵塞泵的研究，螺旋离心泵已经用以一部分输送工作，甚至在航空航天领域，这项技术也起到了一些作用。现在在螺旋离心泵的设计和制造方面还有一系列欠缺，仍然需要我们继续提高重视程度。

一、螺旋离心泵的特点分析

在螺旋离心泵当中，最为重要的部件就是离心式叶轮，现在单叶片和双叶片两种形式的应用都比较广泛，在设备运行时，螺旋部分起到的作用就是容积泵，其可以直接将已经吸入的物料直接从离心部分排出。可以说这种泵实现了容积泵和离心泵的结合，其通道宽广，在输送液体上优势非常明显，并且不会产生堵塞，加之不会破坏输送的物料，具有很强的无损性。总而言之，螺旋离心泵的结构较为简单，并且有较高的效率、不会堵塞，还有较强的汽蚀性。

二、关于螺旋离心泵的加工要点

螺旋离心泵在水力设计上，其核心部位就是螺旋叶轮的设计，但是目前来看，该部位的设计并没有太多理论可以作为依据，所以仍然依赖于总结经验。早在上个世纪的60年代，就已经形成了一套较为成熟的设计方法。在多年的设计和改进过程中，很多相关学者也已经开始积极探索离心泵各项参数和性能之间的关系，对于螺旋型叶轮的设计总结出了很多经验，所以在未来一段时间内的研究重点都是集中螺旋型叶轮的设计经验，这就需要我们在实际运用的过程中重视开发工作，让其更好地满足于各项要求。

（一）加工方案与工艺

经过仔细的分析，制定了两套工艺方案：

（1）打中心孔——车工艺止口——车两大孔——钻铰两销轴孔——钻通孔，锪沉孔——车外圆锥——校平衡。

（2）打中心孔——车工艺止口——镗两大孔及两销轴孔，钻通孔——锪沉孔——车外圆锥-——校平衡。

若采用第一方案，首先由于叶轮的外形，我们是无法从正面加工两个大孔的，这就需要我们从大端考虑，内撑大端的毛坯孔控制为φ为130，之后钻中心小孔，之后采用三爪夹一顶尖芯轴。顶尖芯轴直接接触中心孔，叶轮尖角接触在一三爪上避免脱落，在车床尾架套住一圆盘，用于直接抵住毛坯孔。

车大端外圆及大端面，其目的是为加工两大孔做准备。因为要保证两大孔同轴度要求，两大孔必须一次加工，但是由于车床尾架顶住了叶轮了大端毛坯孔，妨碍了加工，所以只有将大端外圆加工成工艺止口，工艺尺寸为φ270f7，以这工艺止口及大端面定位，设计车夹具来保证两大孔同轴度；车好两大孔后，应以φ226H7大孔及大端面定位，设计一钻夹具来保证两销轴孔的中心距要求。第二方案：前面工序基本相同，经过试制已达到了工艺要求，现在将大端外圆加工成工艺止口后，以这工艺止口及大端面定位，设计镗夹具将车工序及钻工序改成镗工序加工φ226H7及φ75H7两孔来保证两孔同轴度，同时在镗床上用搭块规的方法，加工两销轴孔保证两销轴孔的中心距要求采用第一方案，在设计车夹具时发现，由于该叶轮体积比较大，以工艺止口及大端面定位后，加工者在安装叶轮时，要先拆下定位盘装在叶轮上，再在叶轮的背面加压板压叶轮，才能上车床，此时定位盘加上叶轮本身已非常重，必须用行车帮忙才能安装，车削时由于外形的不均匀性，造成不稳定，可能会给加工者带来许多的麻烦，车夹具见图1。因此我们考虑采用第二方案，以工艺企口及大端面定位，设计了镗夹具，叶轮安装时，后面用丝杆顶紧中心孔，然后用压板压叶轮的背面，稳定、牢固，装夹比用车夹具省力多了，而且使用此镗夹具可以同時加工两销轴孔，省略了钻、铰的工序，减少了二次装夹及准备工作时间，提高了加工精度及夹具利用率，在此道工序还可加工φ18孔，后一道钻工序可以以φ18孔导向锪沉孔。镗夹具见图2。

实际操作时采用此镗夹具加工后，既保证了两孔的同轴度，又保证了两销轴孔的中心距要求，车间使用反映很好。

（二）其它车削

（1）车外圆锥经过前面的几道工序后，我们可以进行外圆锥的加工了。为了加工叶轮的外圆锥，防止叶轮叶片在车削时由于是断续切削而引起折断，外圆锥的加工必须以φ226H7孔及大端面定位，设计车夹具，周向以一销轴孔定位，防止叶轮转动，锁紧螺栓穿过φ18通孔锁紧，来固定叶轮，然后用尾架顶针顶住螺栓头部中心孔，加工外圆锥。夹具图从简。

（三）精度确定及平衡校正动

平衡精度的确定，基于实际铸造水平和我国有关平衡等级选择G6.3。根据叶轮的结构特点我们设计了校动平衡芯轴（工艺轴），在对叶轮进行平衡校正前需在平衡机上对芯轴进行平衡校正，彻底排除平衡芯轴自身的不平衡量，芯轴的平衡精度应为一般平衡零件的精度提高两级以上。校平衡芯轴见图3。

三、结语

本文所讨论的螺旋离心式水泵引进于意大利，但我国仍然无法生产同类产品，其在排污工作当中的应用非常广泛，污水中的废物可以直接经由离心水泵排出。在这种产品当中，叶轮是最为重要的结构，特点是包角和螺距都可变，并且非常轻薄，所以具有一定的特殊性，加工难度颇大。在采用了上述制作方法之后，生产效果较好，可以推广使用。

参考文献：

[1]权辉， 傅百恒， 李仁年，等. 基于叶片翼型负荷的螺旋离心泵叶轮域能量转换机理[J]. 机械工程学报， 2016， 52（16）：169-175.

[2]王桃， 孔繁余. 梯形断面蜗壳式离心泵作透平叶轮的设计与试验[J]. 机械工程学报， 2017.

[3]张霞， 袁寿其， 张金凤，等. 不同叶片包角对螺旋形单蜗壳离心泵叶轮径向力特性的影响[J]. 流体机械， 2017， 45（1）：43-47.

[4]王强. 新型流道式潜水排污泵固液两相流动研究[D]. 合肥工业大学， 2017.

[5]权辉. 螺旋离心泵内大尺度涡旋演变及叶轮域能量转换机理的研究[D]. 兰州理工大学， 2015.