大型轴流泵导叶体结构分析
大型轴流泵主要用于大型给排水、远距离送水以及城市防洪等大型重点水利工程。这些工程都关系到国计民生,具有重大的社会效益和深远的社会意义。因此,随着社会的发展、技术的进步,这些大型水利工程不仅对水泵的水力性能,结构性能都提出了很高的要求,同时也对水泵的加工、制造质量和加工工艺都提出了越来越高的要求。
导叶体作为大型轴流泵主要的大型零件,不但要求有非常好的外观质量,使整泵机组美观漂亮,而且最为重要的是导叶体过流型面是大型轴流泵的水力元件,为保证水力性能能达到设计要求,这样就要求过流型面有准确的型线及很好的表面质量。鉴于以上原因,在大型水利工程招标过程中对导叶体都提出严格、明确的技术要求和规定。
下面以国内部分主要大型重点水利工程中对导叶体的要求为例:
A、应城市夹河沟泵站更新改造工程: 1600ZLQ8.5-6.8
导叶体宜铸造结构,导叶片材质不低于HT200。所采用的导叶体必须经过运行或试验证明其水力性能优良。
导叶体过流表面的粗糙度应在Ra6.3之内,导叶体法兰止口与轴承内孔轴线的同轴度不得低于GB1184-80标准中的8级,导叶体入口节距偏差不大于±3%(与名义尺寸之比),导叶体入口内外圆直径偏差不大于±2%(与名义尺寸之比)。
B、黄山头泵站全调节立式轴流泵采购工程: 1600ZLQ8.5-7.3
导叶体材料HT250, 导叶体过流表面的粗糙度应在Ra6.3之内,导叶体法兰止口与轴承内孔轴线的同心度不低于GB1184-80中的8级。导叶入口节距偏差不大于±3%(与名义尺寸相比),导叶入口内圆直径偏差小于±2%(与名义尺寸相比)且过流表面光滑,无气孔、裂缝等缺陷。
C、广东惠州防洪大堤更新改造工程1900ZLB-4
导叶体材料HT200, 导叶体过流表面的粗糙度应在Ra6.3之内,导叶体法兰止口与轴承内孔轴线的同心度不低于GB1184-80中的8级。导叶入口节距偏差不大于±3%(与名义尺寸相比),导叶入口内圆直径偏差小于±2%(与名义尺寸相比)且过流表面光滑,无气孔、裂缝等缺陷。
由以上三个例子可知,这些工程对导叶体提出了非常严格、明确的要求,比如导叶体过流表面的粗糙度应在Ra6.3之内。并且采用铸造结构,材料为HT200。我们知道,传统的大型轴流泵导叶体采用的是铸造结构,设计、制造技术也比较成熟,能够满足和保证导叶体在结构、强度和性能等方面的一般要求,但是铸造导叶体是无法满足用户所提出的上述要求的,主要是由于:
(1)受到铸造技术特点的限制,大型轴流泵的导叶体采用铸件,外观质量以及非加工面的粗糙度都比较差。采用实体模型、树脂砂造型比较先进的技术措施,理论上非加工面粗糙度可以达到6.3μm,在实际铸造中粗糙度能够达到25μm就是很好的了,对于大型导叶体这样的大型零件,一般只能达到50μm。由于导叶体叶片表面是扭曲的,所以过流表面无法加工,要进一步提高过流面表面粗糙度,只有通过对过流面进行简单的随型打磨处理,这样的话,加工过程和加工质量就无法控制,所以根本无法达到用户招标文件中对过流部分表面粗糙度为6.3μm的要求。
(2)由于受到导叶体自身结构的限制,在铸造过程中肯定会出现铸造缺陷和变形,但导叶体的特殊结构导致很难对其进行修复,并且无法对导叶体的导叶片进行检测,这样要严格保证导叶片的翼型就无从谈起。然而导叶体作为水泵的主要水力部件,其导叶片翼型是否准确又直接影响水泵最后的水力性能。
(3)大型导叶体在生产中需要做木模,对于大型零件再加上结构的复杂,木模时间大致需要一个半月,再加上铸造时间大约1个月,那么对于大型水泵的交货时间就相当困难了。
综上所述,要满足目前对于大型水利项目投标过程中,用户对于水泵导叶体的要求,采用铸造形式的导叶体是无法达到的。经过不断的研究和论证,认为导叶体采用结构件是解决上述问题的合理方法,原因如下:
(1)结构件导叶体的法兰和筒体采用Q235-A钢板焊接而成,可保证导叶体具有漂亮的外观和良好的表面粗糙度。
(2)结构件的导叶体的导叶片采用单片铸造,材质为ZG230-450铸钢,单片铸造就可以保证叶片翼型的正确,而且可以对叶片表面进行加工,叶片表面粗糙度可以保证不大于6.3μm,同时方便检查,可以对加工后的导叶片翼型进行检测,导叶片翼型符合图纸要求时再进行定位焊接。从而确保零件和图纸一致,也就保证了导叶体的水力性能。
(3)在结构上,导叶体的导叶片就相当于在导叶体内部设置了几块筋板,因此导叶体的强度和刚度是非常好的。
(4)结构件导叶体只需要对导叶片进行相对简单的木模制作,工期比铸造导叶体要节省20天左右,有利于保证交货时间和交货质量。
经过比较导叶体采用铸件和结构件之间的优缺点,认为采用结构件能够提高制造精度和表面质量,最重要的可以对叶片表面进行加工,保证叶片型线符合设计要求,满足所需性能要求。结构件导叶体作为技术上的创新,已得到用户以及专家的认可,实践证明,效果非常良好。
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