XDS400-350-340型单级双吸高效节能离心泵的研制

张元华 曾宪荣 周文天 陈沿维 何鹏

达州市农业机械研究推广站，四川达州

在浅丘山区农田排灌与城镇供水等行业用泵选型时，常遇到要求泵的性能参数为流量1 300～2 000 m3/h、扬程15～25 m，经常选不到适合的泵型。在国内，泵的产品规格一般是按照系列型谱标准来设计制造的，φ350 mm口径以上的单级双吸离心泵就直接是φ500 mm口径系列单级双吸离心泵了，缺乏φ400 mm口径系列的单级双吸离心泵产品。比较接近要求参数的泵就是500S22型单级双吸清水离心泵产品，该泵正型设计性能参数为：流量2 020 m3/h，扬程22 m，转速970 r/min，效率84.0%，气蚀余量5.2 m，轴功率144.1 kW，配套动力185.0 kW。该泵为φ500 mm口径大中型泵，设计转速偏低，泵体积偏大，较为笨重，单泵头质量达1 558 kg，与之配套的输水管路直径相应也为φ500 mm，间接导致泵系统投资成本偏高。因此，达州市农业机械研究推广站与四川新达泵业有限责任公司联合设计研制了XDS400-350-340型单级双吸高效节能离心泵产品，并成功推向市场。

1 设计指标与结构创新

1.1 设计指标

XDS400-350-340型单级双吸高效节能离心泵的设计点性能指标为：流量1 700 m3/h，扬程20 m，转速1 480 r/min，效率86.0%，气蚀余量6.7 m，轴功率107.7 kW，配套动力132.0 kW。

1.2 主要结构创新

1.2.1 泵体结构创新设计［1～2］

1）泵采用1 480 r/min的高速设计，泵体与叶轮结构尺寸减小，泵总体重量比国内近似参数泵500S22AG质量减轻约30%。

2）设置泵体喉部活动插件，可以避免相同口径泵体配不同叶轮重复开模。

3）泵可配出口宽度不一的叶轮或直径不一的叶轮（叶轮切割时要保留叶轮盖板）。

1.2.2 叶轮结构创新设计［1-2］

1）叶轮两边叶片采用交错布置，既可以平衡径向力，也可以实现叶轮低脉冲出流。

2）叶轮左边密封环直径比叶轮右边密封环直径大3 mm，可确保转子轴向力一直向左，轴一直受到向左的微弱轴向拉力。

3）将离心泵无过载设计理论对叶轮作校核设计，使泵轴功率曲线平坦有极值，动力机不易过载。

1.2.3 其他零部件结构创新设计

1）泵轴采用刚性设计，使泵运转平稳，振动小［3～4］。

2）轴套采用锥形结构，将轴套易损件由圆柱形改制成锥度为3°的外圆，填料压盖端为小头，填料压紧时，来自填料压盖的压紧力更容易传递到最里面一圈填料，且沿轴套表面的压紧力均匀一些，可以延长密封填料与轴套的使用寿命近1倍［5～6］。

3）双吸密封环内装在叶轮左边的直径比装在叶轮右边的大3 mm，与叶轮密封环相应部位相匹配。

1.3 泵结构示意图

XDS400-350-340型单级双吸离心泵主要由泵体、泵盖、叶轮、轴、轴套、轴承体和泵联等零部件构成，泵结构示意图见图1。

2 产品试制

在试制过程中为保证泵高效，对叶轮采用了金属模具，在工艺上对叶轮进行了高速动平衡试验以减少转子震动。

产品组装完成后，根据GB 3216试验方法，在四川新达泵业有限责任公司水泵试验中心对XDS400-350-340型单级双吸离心泵作了全性能检测。检测结果表明，泵各项性能指标达到或超过设计要求；泵整机运转平稳，泵振动与噪声均达到A级（优等品指标）；填料密封泄漏量17.5 mL/min（达到优等品指标）。

3 测试性能结果及对比

经测试，该泵设计性能指标如下。

流量1 700 m3/h，扬程20.5 m，转速1 480 r/min，效率86.3%，气蚀余量6.4 m，轴功率110.0 kW，性能均达到或超过设计指标。泵设计性能指标与实测性能指标、国内近似参数泵500S22AG性能指标的对比见表1。

从表1可知，XDS400-350-340型单级双吸离心泵效率高，轴功率有极值，电机不会过载。

泵的性能测试曲线见图2。泵外形尺寸及质量与国内近似参数泵500S22AG对比见表2。

从表2可知，XDS400-350-340型单级双吸离心泵体积小、质量轻，该泵重量比国内近似参数泵500S22AG重量减轻约30%。出口输水管道直径也小一档，可以减少泵站系统投资成本。

图1 泵结构示意图

图2 泵的性能测试曲线

表1 性能指标对比表

表2 外形尺寸与质量对比表

4 节能效果计算

该泵效率高达86.3%，比GB/T 13007《离心泵效率》的要求高0.3%，比国内近似参数泵500S22AG高约6.3%。

与国内近似参数泵500S22AG相比，该泵的节电效果计算如下。XDS400-350-340型单级双吸离心泵在设计点效率86.3%时，泵轴功率为1 700×20.5/（3.6×102×0.863） =110.0 kW，而国内近似参数泵500S522AG效率80%时，泵轴功率为1 700×19.6/（3.6×102×0.8）=113.4 kW，两泵轴功率相差3.4 kW·h，一年连续运行，单台套可以节约电：3.4×24×365=29 784 kW·h/年，若年产100台套推广使用，就可以节电29 784×100=2 978 400 KW·h/年，工业用电按照0.7元计算的话，100台套连续运行1年节约电费达2 978 400×0.7=2 084 880元，社会效益显著。

5 结束语

XDS400-350-340型单级双吸离心泵的研制成功，填补了设计流量1 700 m3/h和设计扬程20 m的单级双吸离心泵在西南地区的产品规格空档与性能参数空白。“XDS400-350-340型单级双吸离心泵的研制”项目也通过了四川省科技厅组织的技术成果鉴定并获得了达州市科技进步二等奖，该泵科技成果转化项目获得四川省科技厅立项支持，获得四川省科技成果转化专项资金150万元。