CN107061347B - 一种多级离心泵的叶轮连接结构及其快速装卸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及泵体结构设计技术领域，具体涉及一种多级离心泵的叶轮连接结构及其快速装卸方法。与现有技术相区别的是叶轮与轴之间采用螺纹连接，对叶轮与轴内孔精度要求不高，机加工工序减少，节约时间。巧妙的避开过盈连接使叶轮与轴拆装便利，延长使用寿命、节约成本。随着螺纹连接的使用，多级中开式离心泵在运转过程中，叶轮与轴通过螺纹实现自锁。例如，首级双吸，二、三、四、五级单吸的多级中开式离心泵，若从传动端看泵为顺时针旋向，首级、二、三级叶轮内孔螺纹为左旋螺纹，四、五级叶轮内孔螺纹为右旋螺纹。

Description

一种多级离心泵的叶轮连接结构及其快速装卸方法
技术领域
本发明涉及泵体水利设计技术领域，具体涉及一种多级离心泵的叶轮连接结构及其快速装卸方法。
背景技术
多级中开式离心泵在石油、煤化工等不同领域中广泛应用，国内外大多数多级中开式离心泵叶轮与轴靠键连接。键连接的优点是结构简单，对中性好，维护方便，重复利用，缺点是不能承受轴向力，键和键槽径向跳动，轴向窜动，时间久就会造成零件的损伤。而考虑到多级中开式离心泵水力和结构方面的因素，单纯的采用键连接不能够满足工况要求，国际上叶轮与轴普遍采用过盈连接。过盈连接是利用过盈配合直接把被连接件连接在一起实现连接的，这种连接又称紧配合连接。这种连接的优点是结构简单，定心性好，承载能力高，能承受冲击载荷，对轴的强度削弱小，缺点是装配困难，对配合尺寸精度要求高，由于拆开过盈连接需要很大的外力，往往要损坏连接件中零件的配合表面，一般过盈连接属于不可拆连接，后期维修难度较大。
发明内容
本发明提供一种强度高、装配便捷、工件尺寸精度要求低的多级离心泵的叶轮连接结构及其快速装卸方法，在满足强度要求条件下，降低配合尺寸精度，使多级中开式离心泵叶轮与轴成为可拆连接，并能安全、稳定、长久的运行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种多级离心泵的叶轮连接结构，包括转轴和叶轮，转轴和叶轮之间采用螺纹连接。
所述叶轮设有螺纹连接部Ⅰ和螺纹连接部Ⅱ，螺纹连接部Ⅰ和螺纹连接部Ⅱ之间设有间隔空腔。
所述转轴上至少设有一级叶轮，相邻叶轮间螺纹旋向相反。
所述转轴上设有限位卡挡，限位卡挡卡扣在叶轮的进水端。
所述限位卡挡上设有填充层，填充层与叶轮贴合。
所述转轴上设有支撑卡挡，支撑卡挡上开设凹槽，凹槽内设有缓冲垫。
一种多级离心泵的叶轮连接结构快速装卸方法，包括如下步骤：
A、预设叶轮级数
转轴上至少设有一级叶轮，相邻叶轮间螺纹旋向相反；
B、预设叶轮安装位置
转轴上安装限位卡挡，限定叶轮安装位置；
C、安装叶轮
转轴上通过螺纹连接叶轮，叶轮与限位卡挡贴合完成安装；
D、拆卸叶轮
依次拆卸叶轮（1）和限位卡挡（2）即可完成拆卸。
还包括E、相邻叶轮间支撑
步骤C完成叶轮安装后在转轴上连接支撑卡挡，支撑卡挡上的缓冲垫与叶轮贴合。
本发明的有益效果为：
1、与现有技术相区别的是叶轮与轴之间采用螺纹连接，对叶轮与轴内孔精度要求不高，机加工工序减少，节约时间。巧妙的避开过盈连接使叶轮与轴拆装便利，延长使用寿命、节约成本。随着螺纹连接的使用，多级中开式离心泵在运转过程中，叶轮与轴通过螺纹实现自锁。例如，首级双吸，二、三、四、五级单吸的多级中开式离心泵，若从传动端看泵为顺时针旋向，首级、二、三级叶轮内孔螺纹为左旋螺纹，四、五级叶轮内孔螺纹为右旋螺纹。
2、叶轮设有螺纹连接部Ⅰ和螺纹连接部Ⅱ，两段螺纹设计不但可以分散轴端受力防止局部应力集中而且便于叶轮各部贴合转轴，螺纹连接部Ⅰ和螺纹连接部Ⅱ之间设有间隔空腔，降低加工难度同时形成单独力臂能更好贴合转轴。转轴上至少设有一级叶轮，相邻叶轮间螺纹旋向相反，平衡各叶轮之间受力防止偏心。转轴上设有限位卡挡，限位卡挡卡扣在叶轮的进水端。方便安装并进行定位，限位卡挡上设有填充层，填充层与叶轮贴合，便于设计和后期维护，转轴上设有支撑卡挡，支撑卡挡上开设凹槽，凹槽内设有缓冲垫，起到缓冲作用。叶轮两端通过支撑卡挡和限位卡挡实现双向定位，更加安全可靠。
综上所述将机械行业中螺栓螺母的原理巧妙运用于新型多级中开泵叶轮与轴连接处，在叶轮轮毂与轴连接处采用螺纹连接，增强连接的可靠性和紧密性，降低配合尺寸精度，减少了机加工工艺过程，节约时间。可拆连接操作维修方便、快捷，结构精简美观。同时配合快速装卸方法极大方便安装和后期拆卸维护。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为局部放大图Ⅰ；
图3为局部放大图Ⅱ。
具体实施方式
如图所示一种多级离心泵的叶轮连接结构，包括转轴和叶轮，转轴和叶轮1之间采用螺纹连接。所述叶轮1设有螺纹连接部Ⅰ5和螺纹连接部Ⅱ6，螺纹连接部Ⅰ5和螺纹连接部Ⅱ6之间设有间隔空腔8。所述转轴上至少设有一级叶轮1，相邻叶轮间螺纹旋向相反。所述转轴上设有限位卡挡2，限位卡挡2卡扣在叶轮1的进水端。所述限位卡挡2上设有填充层7，填充层7与叶轮1贴合。所述转轴上设有支撑卡挡3，支撑卡挡3上开设凹槽，凹槽内设有缓冲垫4。
一种多级离心泵的叶轮连接结构快速装卸方法，包括如下步骤：
A、预设叶轮级数
转轴上至少设有一级叶轮1，相邻叶轮间螺纹旋向相反；
B、预设叶轮安装位置
转轴上安装限位卡挡2，限定叶轮安装位置；
C、安装叶轮
转轴上通过螺纹连接叶轮1，叶轮1与限位卡挡2贴合完成安装；
D、拆卸叶轮
依次拆卸叶轮1和限位卡挡2即可完成拆卸。
E、相邻叶轮间支撑
步骤C完成叶轮安装后在转轴上连接支撑卡挡3，支撑卡挡3上的缓冲垫4与叶轮贴合。
多级中开式离心泵叶轮与轴采用键连接，叶轮内孔与轴精度六级，粗糙度精度为1.6或者更高的0.8，对机床要求高，倘若多级中开式离心泵级数越高，机加工工序较多，工时较长。多级中开式离心泵叶轮与轴采用螺纹连接，因对叶轮内孔与轴进行螺纹加工，叶轮内孔与轴精度六级，粗糙度为3.2就能满足要求，机加工工序减少，节约时间。同时巧妙的避开过盈连接，使叶轮与轴拆装便利，延长使用寿命、节约成本。随着螺纹连接的使用，多级中开式离心泵在运转过程中，叶轮与轴通过螺纹实现自锁，增强叶轮与轴连接的可靠性和紧密性。
螺纹需传递的扭矩 T１=KF'd
式中 d ---螺纹公称直径，mm；
F' ---预紧力，N；
K ---拧紧力矩系数；
表一：拧紧力矩系数K
又F'
式中 ---螺纹材料的屈服点，MPa；
---螺纹公称应力截面积，mm2；
式中 d1 ---外螺纹小径，mm；
d2 ---外螺纹中径，mm；
d3 ---螺纹的计算直径，mm；
H ---螺纹的原始三角形高度，mm；
根据多级中开泵，力矩T２= P=
 式中 P---泵轴功率，Kw ；
n---转速，r/min ；
---泵输送介质密度，kg/m3 ；
g---重力加速度，m/s2 ；
Q---泵的流量，m3/h ；
H---泵的扬程，m ；
---泵的效率 ；
设计轴上螺纹需传递的扭矩T１需大于力矩T２即可。
实例说明
多级中开式离心泵参数如下：流量Q=1200m3/h ， 扬程H=400m ，转速n =1450r/min ，效率=80%，输送清水。
 T２ =＝12922.1379 N·m
取叶轮处螺纹为M160×3 (GB/T 196-2003)，公称直径D160mm，螺距p为3mm，螺纹中径d2=158.051mm，螺纹小径d1=156.752mm，H= =2.598076212 mm ，
= ()123.452805326 mm2
F'= (74.0719~86.4170) N
T=KF'd 多级中开泵精度高，取K=0.1
T１ =0.1× (74.0719~86.4170)× 100 =(7407.19~8641.70) 
选取我们最常用的45钢，查GB/T17107-1997，45钢经正火或正火加回火处理后， =360 MPa
经计算，螺纹传递的扭矩T １=2666580.60~3111010.69N·m 远大于泵所传递的扭矩T２＝46276.1379 N·m。
综上所述，多级中开式离心泵叶轮与轴之间采用螺纹连接效果好。

Claims (3)

1.一种多级离心泵的叶轮连接结构，包括转轴和叶轮，其特征在于转轴和叶轮（1）之间采用螺纹连接；所述叶轮（1）设有螺纹连接部Ⅰ（5）和螺纹连接部Ⅱ（6），螺纹连接部Ⅰ（5）和螺纹连接部Ⅱ（6）之间设有间隔空腔（8）；所述转轴上至少设有一级叶轮（1），相邻叶轮间螺纹旋向相反；所述转轴上设有限位卡挡（2），限位卡挡（2）卡扣在叶轮（1）的进水端；所述限位卡挡（2）上设有填充层（7），填充层（7）与叶轮（1）贴合；所述转轴上设有支撑卡挡（3），支撑卡挡（3）上开设凹槽，凹槽内设有缓冲垫（4）。
2.根据权利要求1所述的一种多级离心泵的叶轮连接结构快速装卸方法，其特征在于包括如下步骤：
A、预设叶轮级数
转轴上至少设有一级叶轮（1），相邻叶轮间螺纹旋向相反；
B、预设叶轮安装位置
转轴上安装限位卡挡（2），限定叶轮安装位置；
C、安装叶轮
转轴上通过螺纹连接叶轮（1），叶轮（1）与限位卡挡（2）贴合完成安装；
D、拆卸叶轮
依次拆卸叶轮（1）和限位卡挡（2）即可完成拆卸。
3.根据权利要求2所述的一种多级离心泵的叶轮连接结构快速装卸方法，其特征在于还包括
E、相邻叶轮间支撑
步骤C完成叶轮安装后在转轴上连接支撑卡挡（3），支撑卡挡（3）上的缓冲垫（4）与叶轮贴合。
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