襯塑磁力泵軸系相關結構的改進方法研究

張 倫，陳洪剛，唐宏波

（杭州新安江工業泵有限公司，浙江 杭州 311600）

隨著我國對環境保護的不斷重視，化工行業對磁力泵的需求越來越大，襯塑磁力泵的市場需求也不斷增加，對襯塑磁力泵的要求越來越高。對于生產廠家而言，不斷改進、提升品質、延長泵使用壽命是發展重點。因此，對襯塑磁力泵的結構以及各種細節優化有著重要的意義。

1 概述

磁力泵結構如圖1所示，此泵采用動軸式結構，軸向力平衡采用葉輪背葉片式結構。泵型IMD80-65-160F。

圖1 襯塑磁力泵結構圖Fig.1 The structure diagram of plastic-lined magnetic pump

2 襯塑磁力泵在使用中出現的問題

襯塑磁力泵在使用中出現的問題有：斷軸、滑動軸承松動、葉輪前口環磨損嚴重、泵體靜環裝配中易碎，葉輪止推環松動、脫落等。

3 問題分析與處理

3.1 斷軸問題

3.1.1 問題分析

主軸材料為碳化硅，經軸徑校核符合要求（軸徑校核τ可參考8 MPa），主軸斷裂原因多為散熱不良。此泵滑動軸承采用雙螺旋循環槽結構，運轉時只有2個半圓流入冷卻介質，加之循環槽路徑過長，導致軸承熱散熱不良。

3.1.2 解決方法

在螺旋槽基礎上增加兩條直槽，增加兩點冷卻液。直槽循環阻力小，冷卻效果得到改善。注意背葉片式葉輪直槽數不能過多，否則會影響葉輪軸向力平衡。軸承裝配時，直槽橫向安裝。如圖2所示，增加A、B2條直槽。

3.1.3 注意事項

螺旋槽加直槽結構有時會有兩點未導通，必須將槽導通。如圖3所示，與螺紋槽處必須導通。

圖3 循環槽結構Fig.3 The structure of circulating tank

3.2 滑動軸承松動，導致隔離套與內磁轉子剮蹭、破裂

3.2.1 問題分析

滑動軸承松動主要周向松動和軸向松動，一般是過盈量問題。

3.2.2 解決方法

滑動軸承周向防松，可采用“腰子孔結構”，軸承端部加工出平行面，與泵蓋平行面配合，起到周向防松作用，如圖4所示。

圖4 滑動軸承周向防松結構Fig.4 The circumferential anti-loose structure of sliding bearing

滑動軸承軸向防松，采用加環形凹槽結構，泵蓋與軸承采用過盈配合，當軸承與泵蓋裝配后，利用過盈量產生的箍緊力，使一部分塑料壓入軸承凹槽中，形成一個如卡簧一樣的結構，從而起到對滑動軸承軸向防松的目的。如圖5所示。

圖5 滑動軸承環槽結構Fig.5 The ring groove structure of sliding bearing

3.2.3 注意事項

環槽使用半圓結構，槽深在0.2～0.5 mm，環槽位置應均布在軸承圓柱面上。軸承與泵蓋的過盈量，經過反復試驗，最好是大于0.3 mm。另外建議軸承內孔尺寸在正0.35 mm以上，裝配后不至于抱死主軸。

3.3 葉輪前口環磨損嚴重，軸系竄動大

3.3.1 問題分析

泵啟動瞬間在動反力作用下，葉輪前口環與泵體靜環摩擦。背葉片設計尺寸控制不好，也會造成葉輪向前推。

3.3.2 解決方法

控制好葉輪前口環與泵體靜環的間隙，建議控制在0.5～1 mm。并不是間隙越大，前口環磨損的就小，正好相反，這個間隙越大，會導致背葉片與泵蓋的間隙過大，背葉片與泵蓋之間產生負壓減小，使葉輪一直向前推。控制好葉輪前口環與泵體靜環的間隙，可以很好地控制背葉片與泵蓋之間的間隙，創造一個產生負壓的條件，實現葉輪軸向力的平衡，解決葉輪前口環磨損問題。

控制好葉輪止推環與滑動軸承的間隙以及背葉片與泵蓋的間隙。建議葉輪止推環與軸承的間隙要比背葉片與泵蓋的間隙小1.5 mm 以上。原因是當背葉片與泵蓋產生的負壓過大，葉輪就會向右移動，軸承可以防止背葉片與泵蓋接觸，防止斷軸。如圖6 所示，尺寸E 要大于間隙A 的尺寸1.5 mm 以上，建議A的尺寸在1～1.5 mm。

圖6 軸向間隙控制1Fig.6 The control of axial clearance 1

葉輪背葉片設計時要注意，當葉輪背葉片產生負壓比較大的時候，葉輪止推環會與軸承接觸，此時葉輪前口環與泵體靜環間隙增加，葉輪前蓋板會由于間隙的增加而泄壓，軸向力的設計就在這個區間，當泄壓以后葉輪會向前，間隙減小，背葉片產生的負壓減小，減小到與葉輪前口環間隙泄壓以后的壓力平衡時，葉輪不再向前移動，達到平衡點，此時泵穩定運行。

圖7 軸向間隙控制2Fig.7 The control of axial clearance2

同時，要考慮內磁轉子與滑動軸承的間隙，建議間隙在3 mm 以上。前口環磨損到一定程度，內磁與軸承才開始磨損。如圖8所示。

圖8 軸向間隙控制3Fig.8 The control of axial clearance 3

3.3.3 注意事項

葉輪前口環磨損嚴重、脫落的原因還與葉輪前口環與葉輪的過盈量控制不好有關，建議過盈量在0.2～0.3 mm 以上，增加鉚釘結構，防止松動脫落。鉚釘采用F46 材料。并且前口環均分開槽。如圖9所示鉚釘結構。

圖9 鉚釘結構Fig.9 The rivet structure

3.4 泵體靜環裝配中易碎，葉輪止推環松動、脫落

3.4.1 問題分析

泵體靜環是碳化硅材料，裝配中易碎，原因主要是過盈量控制不好，很大原因是季節更替，塑料熱脹冷縮造成的。

3.4.2 解決方法

在泵體口環處，增加一個清根臺階。泵體與泵體靜環的過盈量建議控制在0.1～0.2 mm。如圖10 所示，控制好A 和B的尺寸，建議A在0.3～0.5 mm，B控制在過盈長度的1/4。

圖10 泵體靜環處結構改進Fig.10 The structure improvement at static ring of pump body

控制葉輪與止推環的過盈量，建議過盈量控制在0.2～0.25 mm。盡量增加動環包覆長度。建議止推環厚度6 mm以上，露出長度小于1 mm。不要因為包覆長度太短導致泵運行時止推環受力過大被擠出來。如圖11 所示，控制好尺寸D。

圖11 葉輪止推環Fig.11 The impeller thrust ring

4 結語

如何提高襯塑磁力泵的可靠性，延長使用壽命，降低生產成本是襯塑磁力泵發展的關鍵問題。本文研究一個襯塑磁力泵的改進實例，闡述故障原因，分析以及解決方案。希望對磁力泵設計人員有所幫助。