塑料化工離心泵的設計與實驗研究

鄭連基（亞洲硅業（青海）有限公司，青海 西寧 810007）

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塑料化工離心泵的設計與實驗研究

鄭連基
（亞洲硅業（青海）有限公司，青海 西寧 810007）

摘要：在當今社會，離心泵的應用是非常廣泛的,在輸送系統中幾乎是不可缺少的一種設備。塑料化工離心泵在實際應用中損耗嚴重，主要是軸封部分，在輸送過程中由于密封不當而出現泄漏造成重大損失和事故。本文主要是介紹自吸式塑料離心泵的結構特點、設計原則與設計方法。通過實驗來證明此種方法是可行的。

關鍵詞：離心泵；工程塑料；結構；設計探討

隨著塑料工業的發展，從20世紀60年代末首臺國產 PVC離心泵問世，到當今的氟塑系及超高分子量聚乙烯等在塑料離心泵上的應用，為我國節省了大量的耐腐蝕金屬，工程塑料耐腐蝕性能優良，然而其強度不及金屬的 1/3，如何發揮工程塑料的強耐蝕性優點、克服其缺點，在各種離心泵上得到應用，是工程技術人員追求的目標。只有這樣，離心泵的使用壽命才能更長久。

自吸式塑料化工離心泵無須灌泵，在運輸腐蝕性介質場合其應用日趨增多。近年來出現的以工程塑料為材質的自吸式離心泵多以仿制金屬離心泵為主，泵的性能特別是自吸性能及運行可靠性不甚理想，限制了它的應用和發展。筆者通過實踐與研究，實驗了一種較具特色的自吸式塑料化工離心泵，工作中點滴心得現愿與同行共享。

1　離心泵的工作原理

離心泵工作前，先將泵內充滿液體，然后啟動離心泵，葉輪快速轉動，葉輪的葉片驅使液體轉動，液體轉動時依靠慣性向葉輪外緣流去，同時葉輪從吸入室吸進液體，在這一過程中，葉輪中的液體繞流葉片，在繞流運動中液體作用一升力于葉片，反過來葉片以一個與此升力大小相等、方向相反的力作用于液體，這個力對液體做功，使液體得到能量而流出葉輪，這時候液體的動能與壓能均增大就可以達到效果。

離心泵依靠旋轉葉輪對液體的作用把原動機的機械能傳遞給液體。由于離心泵的作用液體從葉輪進口流向出口的過程中，其速度能和壓力能都得到增加，被葉輪排出的液體經過壓出室，大部分速度能轉換成壓力能，然后沿排出管路輸送出去，這時，葉輪進口處因液體的排出而形成真空或低壓，吸水池中的液體在液面壓力（大氣壓）的作用下，被壓入葉輪的進口，于是，旋轉著的葉輪就連續不斷地吸入和排出液體。

2　自吸式塑料化工離心泵的結構特點與設計原則

2.1結構特點

自吸泵按氣液混合方式分為內混式和外混式兩種。泵體由內體蝸室、儲液室和氣液分離室組成。由于結構上的原因，內混式結構在塑料 自吸離心泵的設計上較少采用 。由于塑料泵體采用熱壓或注塑工藝成型，不能象金屬泵那樣采用整體澆鑄 ，需將復雜的泵體分解為蝸室和外殼體，外殼體上帶有進口s形吸人管。這樣既保證了泵體的結構需要 ，又滿足了注射模或熱壓成型模的工藝要求。外混式自吸泵的進口通常有橡膠類材質制成的拍門，因橡膠的耐蝕性較差，限制了塑料泵的應用范圍,而且拍門每工作一次均對泵體產生沖擊，因此塑料自吸泵一般不采用拍門止回結構。

2.2設計原則

塑料的缺點是強度低、彈性變形大，在設計時應予充分考慮。塑料泵的設計一般須遵循以下原則 ：

（1）所有零件的壁厚應均勻一致，壁厚根據該塑料的壁厚強度確定；

（2）壁厚與強度呈非線性關系，即增加壁厚并不一定增加強度；當需要增加強度時，最好采用加強筋的形式；

（3）在滿足結構及強度的前提下，零件數目應盡可能最少；

（4）一般不采用諸如黏接、焊接等方式連接零件；

（5）盡可能少地使用金屬嵌件；

（6）盡量采用0形圈密封；

（7）機械密封為首選，通常采用內裝式機械密封；當耐腐蝕性要求較高時，才采用外裝式機械密封；

（8）葉輪、軸套、葉輪螺母等做成一體，以減少密封泄漏點；

（9）泵體蝸室斷面采矩形，以簡化模具結構 。

3　設計

外混式塑料自吸離心泵的設計與金屬泵的設計不盡相同；一方面 ，所有過流件均以工程塑料為材質，采用熱壓或注塑成型，表面較為光潔，但因此氣液的混合效果反而降低；另一方面，由于顧及模具的結構工藝要求，勢必造成泵體內的沖擊損失增加，因而降低了泵的效率。所以，按常規的自吸泵設計方法，不能達到所需要的設計效果 ，應對部分參數進行修改或調整，現就此作一概述 。

3.1壓出室的水力設計

壓出室的作用在于：

（1）將葉片中流出的液體收集起來并送往下一級葉輪或管路系統。

（2）降低液體的流速，實現動能到壓能的轉化，并可減小液體流往下一級葉輪或管路系統的損失。

（3）消除液體流出葉輪后的旋轉運動，以避免由于這種旋轉運動帶來的水力損失。

本設計采用的壓出室是蝸形體，即螺旋形渦室。

3.2吸入室的水力設計

（1） 吸入室的作用。吸入室是指泵的吸入法蘭到葉輪入口前泵體的過流部分，吸入室的作用是將吸入管中的液體以最小的損失均勻地引向葉輪。

吸入室中的水力損失要比壓出室的水力損失小的多，因此，與壓出室相比，吸入室的重要性要小的多，盡管如此，吸入室仍是水泵不可缺少的部件，它直接影響著葉輪的效率和泵的汽蝕性能。

（2）吸入室的分類。吸入室有以下四類：直錐形吸入室、環形吸入室、半螺旋形吸入室、單吸泵螺旋形吸入室。

本次實驗泵采用單吸泵螺旋形吸入室。這種結構的吸入室性能好，結構簡單，制造方便，液體在單吸泵螺旋形吸入室內流動速度遞增，使液體在葉輪進口能得到均勻的速度，液體在雙吸泵螺旋形吸入室水力損失很小，汽蝕性能也比較好。

3.3結構設計

外混式自吸泵為達到自吸的目的，在結構設計上還應對回流孔面積、儲液室、氣液分離室的容積以及葉輪與泵體隔舌之間的間隙進行設計計算。此外回流孔的位置對泵的自吸性能影響較大 ，試驗統計表明，回流孔位置布置在離隔舌135- 225。范圍內能取得較好的自吸性能。但在塑料自吸泵的設計中，由于受材質表面光潔度的影響，此值應適當取偏小值。

4　實驗驗證

4.1設計參數

筆者計算了兩臺泵，設計參數如表 1所示 。

表1　設計參數

表2　實測的自吸性能（介質為常溫清水）

4.2測試結果

自吸泵的性能包括自吸性能和水力性能兩個方面 ，自吸性能見表 2。水力性能見圖 2、圖 3。

5　結 語

為滿足各行業方便地輸送腐蝕性介質的需求，開發自吸式塑料化工泵是當務之急，一方面可以節約大量耐腐蝕金屬材料；另一方面可以大幅拓寬耐腐蝕自吸泵的應用范圍。本文介紹的設計方法與設計原則具有一定的普遍意義，經試驗驗證及用戶現場使用證明是可行的，為自吸式塑料離心泵的設計提供了經驗，也豐富了自吸塑料化工泵的設計理論。

參考文獻：

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[5] 關醒凡．現代泵理論與設計[M]．北京：中國宇航出版社，2011.

圖3　50ZS-15/24泵實測性能

圖2　50ZS-20/18泵實測性能E—Q效率流量關系；H—Q揚程流量關系曲線P—Q功率流量關系曲線；NPSHc—Q氣蝕余量關系曲線

(P-01)

Design and experimental research on plastic chemical centrifugal pump

中圖分類號：TQ320.5

文章編號：1009-797X(2016)12-0089-03

文獻標識碼：B

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.037

作者簡介：鄭連基（1978-），工程師，亞洲硅業（青海）有限公司從事生產管理工作。

收稿日期：2016-05-15