多级离心水泵改进设计三例

张 雨

（攀钢集团矿业公司攀枝花铁矿，四川攀枝花 617025）

0 引言

多级离心水泵在攀钢集团矿业公司攀枝花铁矿生产中大量采用，在使用过程中发现部分水泵存在设计缺陷，导致使用效果不良，故障率高，维修工作量大，对正常给排水作业造成一定影响。对此，针对水泵缺陷对设计做了一些改进，使用效果较好。

1 弹性套柱销联轴器改进设计

电机和水泵间采用弹性套柱销联轴器。该型联轴器具有一定补偿两轴相对偏移和较好的减振、缓冲性能，结构简单，制造容易（图1）。但在使用过程中，柱销容易产生松动，使水泵机组振动和噪声加大，同时柱销受力不均还常导致部分柱销异常磨损、断裂。联轴器的拆卸安装非常麻烦，严重影响水泵的正常使用。

通过分析发现，主要问题是柱销设计不合理（图2）：①螺纹过渡处（A 处）易引起应力集中导致柱销强度变差，此处极易发生断裂；②装配柱销时须采用平口螺丝刀配合套筒扳手，由于平口螺丝刀扭矩不足经常导致柱销不能满足紧固要求，柱销和锥孔不能紧密贴合导致柱销松动。

图1 弹性套柱销联轴器

图2 柱销结构

针对上述问题，对柱销进行了优化设计：①将柱销改为由锥套和螺栓组成，避免了应力集中，提高了柱销强度，同时螺栓磨损后也方便更换；②将圆形头部改为六角头，可用套筒扳手配合进行紧固（图3）。

图3 优化后的柱销结构

2 水泵填料压盖改进设计

水泵填料压盖用于对水泵盘根进行压紧使盘根产生径向变形而起到密封作用，一般材质采用灰口铸铁。由于压紧填料压盖时用力不当经常导致盘根径向变形有限，密封效果不良，同时由于存在应力集中，在压紧压盖时经常发生压盖从中间断裂现象。

针对这种情况，对填料压盖结构进行了设计改进（图4）：①用45#钢替代灰口铸铁，提高其强度，可加工性好；②盘根压盖采用分体结构设计，由压板和压套组成，这样减少了应力集中，同时通用性较好，便于现场维修；③填料压盖端面增加α 倒角，这样轴向压紧力可有效转换为对盘根的径向压力，这样密封性能显著增加。经实践验证，石棉盘根倒角α=30°时效果较好。

图4 改进前后的水泵填料压盖

图5 改进前后的水泵轴套

3 水泵轴套的改进设计

水泵轴套的作用是为了避免水泵轴和盘根直接接触摩擦而产生磨损，起到既能有效密封又不磨损水泵轴的作用。轴套和水泵轴采用普通键联结。

轴套在使用中主要存在2 方面问题：①水泵轴套材质为HT200，填料密封为石棉盘根，由于灰口铸铁存在热脆性，在冷却不足时，温度升高容易导致磨损加快；②由于键槽设计不是通槽，需要另加工工艺槽，制作和安装都比较繁琐。

针对这些情况，对其结构进行设计改进（图5）：①轴套材质采用45#钢，调质处理HB=250，提高表面硬度及耐磨性；②键槽采用通槽设计，改用薄型键进行安装；③增加安装环形槽，便于对轴套进行拆卸和安装。

对传统的多级离心水泵存在的设计缺陷进行改良，使其在结构及材质方面得到改进后，减少了日常维护的工作量，零件的使用寿命也大幅提高，使用效果良好。