摘要：旋涡泵由于具有小流量，高扬程的优点。常用于家庭自来水自动增压。就叶轮安装结构、结构设计，叶轮结构等方面设计细节进行了探讨，减少旋涡泵卡滞故障的优化措施，以提高产品的可靠性，满足其功能要求。本文通过对旋涡泵的结构和工作原理进行分析，然后分析了旋涡泵在结构设计过程中需要注意的事项，最后结构设计方案提出以下减少旋涡泵卡滞故障的优化措施，供相关人员参考。
关键词：液压；旋涡泵；结构优化；卡滞；摩擦
1、旋涡泵的结构与工作原理
1.1旋涡泵的结构
旋涡泵主要由前盖板、后盖板、叶轮、套筒、弹性环、电机轴等组成。叶轮通过弹性环与电机轴固定，随电机轴高速转动：前盖板、后盖板和套筒形成工作腔，在前盖板、后盖板上分别布置进气口和排气口。1.2旋涡泵的工作原理 旋涡泵叶轮上铣出许多径向叶片。叶轮端面紧靠泵体，其轴向间隙为0.10～0.15mm。流道由叶轮、泵体、泵盖之间的环形空腔组成。在流道中的吸入口与排出口分开的一段称隔舌。隔舌与叶轮的径向间隙很小，以防排出口高压液体窜漏到吸入口。开式旋涡泵叶片较长，叶片内径小于流道内径，液体从吸入口进入叶轮，后进入流道。闭式旋涡泵叶轮的叶片较短，叶片内径等于流道内径。液体从吸入口进入流道，再从叶轮外周进入叶轮。由此可见，旋涡泵的工作原理是比较复杂的，如果其中一个环节出问题，或者一个零件发生故障，那么很有可能导致旋涡泵出现卡滞现象，卡滞现象主要是由于旋涡泵叶轮和泵体之间的径向间隙和轴向间隙的要求较严，加工和装配精度高，甚至缩短旋涡泵的使用寿命，从而影响旋涡泵的正常运行。
2.旋涡泵的结构设计细节和注意事项
旋涡泵的工作原理、结构都已经比较成熟，但是骑在结构设计的过程中还是存在一些问题，这些问题都在很大的程度上影响了旋涡泵的使用寿命和功能性，所以说，为了有效的保证其使用寿命和功能，加强旋涡泵的结构设计是很有必要的。2.1叶轮固定结构的设计计算 通过对旋涡泵的工作原理进行分析，可以发现，在旋涡泵正常工作的过程中，叶轮是随着电机轴高速旋转的，所以说叶轮与电机轴是由同向固定的。根据旋涡泵结构可知，旋涡泵的叶轮需要与前盖板、后盖板保持一定的距离，避免由于靠的过近而影响叶轮的正常旋转，这个固定距离就是需要叶轮与电机轴之间进行固轴向固定的。传统的叶轮固定方式是采用销键固定方式，这种方式操作难度大，而且固定效果一般，不能满足叶轮和电机轴的轴向固定，除此之外，而采用过盈配合固定方法其工艺性较差，对产品的正常运行以及后期的维修都有一点的负面影响，所以说一般不会选择过盈配合固定方法。
由此可见，对于旋涡泵叶轮的固定需要选择一种可以保证工艺性强，而且利于后期维修的固定方式，在这里选择弹性环和圆柱固持胶配合方式，从而有效的保证了叶轮与电机轴的轴向固定。其中弹性环是由特殊的弹性材料，利用冲压成形工艺制作而成的零件，主要用来骨架的固定，而且该弹性环有很强的弹性力，可以避免叶轮与电机轴之间碰撞而产生的损坏，从而保证了轴向固定的可操作性。综上所述，弹性环和圆柱固持胶配合方式有着以下特点：方便安装、可拆卸、维修性好、能保证叶轮和电机轴的结构完整性。其中叶轮与电机轴连接示意图如图3所示，弹性环三维图与尺寸示意见图4。
图3 叶轮与电机轴连接示意图
图4 弹性环三维图与尺寸示意图
2.2叶轮孔与电机轴间隙的设计计算
叶轮孔与电机轴之间的间隙对旋涡泵高速旋转的正常运行是有很大的影响的，所以说在进行设计计算的时候要综合多方面因素，保证间隙设计的准确性。通过对叶轮的固定结构进行分析，可以发现叶轮主要是将弹性换作为骨架，并用圆柱固持胶来实现叶轮与电机轴的轴向固定，所以说在进行间隙设计计算的时候需要充分考虑这一因素。
由图4-1可以看出，弹性环有一段定长的缺口，这主要是用来保证弹性环圆周方向轴向力的不均匀，从而在叶轮安装的过程中使叶轮与电机轴轴心发生偏离，如图3所示，图中c即为偏移距离，其偏离的方向为远离缺口方向，会在一定的程度上导致叶轮与套筒之间的间隙（如图5所示）发生干涉，导致叶轮与套筒发生卡滞现象。
图5 叶轮径向间隙示意图
通过上文的分析，叶轮与电机轴之间的间隙a越小对叶轮的正常运转更加有益，但是间隙a越小就意味着叶轮与电机轴的尺寸精度越高，其生产制造成本就越高。所以说，在设计计算间隙c的时候需要保证c要小于b/2和a/2（如图7），并在两者之间选择一个恰当的数据进行设计，从而有效的提高零件的工艺性，保证叶轮的正常运转，避免卡滞现象的发生。
图6 叶轮轴向倾斜示意图 图7 叶轮与前后盖板间隙示意图
2.3叶轮结构的设计
传统的叶轮设计选择两端平面设计，如图8-1所示，这种设计方式能有效的保证端面之间的间隙较小，旋涡泵的排气性能也能得到有效的保证，但是这种设计方式不能保证间隙c足够小，长时间运行之后，旋涡泵还是会出现卡滞现象，所以本文提出将叶轮的两端面进行小角度设计（见图8-2），这样可以在很大的程度上弥补因叶轮直径与电机轴直径比对c值的放大而使叶轮与前后盖板发生摩擦，并可以保证排气性能，并且有效的避免卡滞现象的发生。
图8 叶轮结构设计示意图
从图8可以看出，旋涡泵的设计师利用两端平行设计，这样可以有效的保证旋涡泵排气性能，而且将叶轮的端面进行小角度的处理，降低叶轮之间的摩擦力，从而有效的保证了旋涡泵的排气性。
2.4减少卡滞的其他措施
1）降低零件表面粗糙度，减少零件间摩擦力。在零件设计和制造的过程中就考虑零件表面粗糙程度这一问题，从而保证设计、生产出的零件有光滑的表面，降低零件之间的摩擦力，保证旋涡泵的顺利运行。
2）在叶轮表面涂层，减小零件间摩擦，使转动件工作更顺畅。加入润滑油、润滑剂是减小零件之间摩擦力有效的方法之一，但是在实际涂抹的时候需要结合实际情况选择相应的润滑剂和润滑油，而且润滑剂的量也有严格的要求，避免由于润滑剂加入过多而导致零件发生故障，从而影响旋涡泵的正常运行。
3）对叶轮的每个叶片进行圆角处理，防止尖边与前后盖板摩擦。在叶轮设计初期，就需要保证叶轮所有叶片的圆角处理设计，这样在实际生产制造的时候就能保证叶轮叶片的圆角，从而有效的减少卡滞现象的发生。
以上措施都是设计中易忽视的细节，落实以上措施对产品的可靠性、寿命有极大的提高。所以说，为了有效的减少旋涡泵在运行过程中出现卡滞现象，就需要加强对上述几点的重视程度，从而在根本上防止旋涡泵发生卡滞现象。
3.结语
综上所述，旋涡泵的结构设计、性能计算对旋涡泵的正常运行有着决定性的影视，而且关系到旋涡泵卡滞现象的发生与否，所以本文着重分析了旋涡泵结构设计过程中需要注意的细节和注意事项，并提出一些减少旋涡泵卡滞现象的优化措施，希望能有效的减少旋涡泵在运行过程中出现卡滞现象，从而保证旋涡泵的使用寿命。
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论文作者:郏晨阳
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/7/23
标签：叶轮论文; 旋涡泵论文; 间隙论文; 电机论文; 盖板论文; 弹性论文; 零件论文; 《基层建设》2018年第18期论文;