衬塑磁力泵轴系相关结构的改进方法研究

张 伦，陈洪刚，唐宏波

（杭州新安江工业泵有限公司，浙江 杭州 311600）

随着我国对环境保护的不断重视，化工行业对磁力泵的需求越来越大，衬塑磁力泵的市场需求也不断增加，对衬塑磁力泵的要求越来越高。对于生产厂家而言，不断改进、提升品质、延长泵使用寿命是发展重点。因此，对衬塑磁力泵的结构以及各种细节优化有着重要的意义。

1 概述

磁力泵结构如图1所示，此泵采用动轴式结构，轴向力平衡采用叶轮背叶片式结构。泵型IMD80-65-160F。

图1 衬塑磁力泵结构图Fig.1 The structure diagram of plastic-lined magnetic pump

2 衬塑磁力泵在使用中出现的问题

衬塑磁力泵在使用中出现的问题有：断轴、滑动轴承松动、叶轮前口环磨损严重、泵体静环装配中易碎，叶轮止推环松动、脱落等。

3 问题分析与处理

3.1 断轴问题

3.1.1 问题分析

主轴材料为碳化硅，经轴径校核符合要求（轴径校核τ可参考8 MPa），主轴断裂原因多为散热不良。此泵滑动轴承采用双螺旋循环槽结构，运转时只有2个半圆流入冷却介质，加之循环槽路径过长，导致轴承热散热不良。

3.1.2 解决方法

在螺旋槽基础上增加两条直槽，增加两点冷却液。直槽循环阻力小，冷却效果得到改善。注意背叶片式叶轮直槽数不能过多，否则会影响叶轮轴向力平衡。轴承装配时，直槽横向安装。如图2所示，增加A、B2条直槽。

3.1.3 注意事项

螺旋槽加直槽结构有时会有两点未导通，必须将槽导通。如图3所示，与螺纹槽处必须导通。

图3 循环槽结构Fig.3 The structure of circulating tank

3.2 滑动轴承松动，导致隔离套与内磁转子剐蹭、破裂

3.2.1 问题分析

滑动轴承松动主要周向松动和轴向松动，一般是过盈量问题。

3.2.2 解决方法

滑动轴承周向防松，可采用“腰子孔结构”，轴承端部加工出平行面，与泵盖平行面配合，起到周向防松作用，如图4所示。

图4 滑动轴承周向防松结构Fig.4 The circumferential anti-loose structure of sliding bearing

滑动轴承轴向防松，采用加环形凹槽结构，泵盖与轴承采用过盈配合，当轴承与泵盖装配后，利用过盈量产生的箍紧力，使一部分塑料压入轴承凹槽中，形成一个如卡簧一样的结构，从而起到对滑动轴承轴向防松的目的。如图5所示。

图5 滑动轴承环槽结构Fig.5 The ring groove structure of sliding bearing

3.2.3 注意事项

环槽使用半圆结构，槽深在0.2～0.5 mm，环槽位置应均布在轴承圆柱面上。轴承与泵盖的过盈量，经过反复试验，最好是大于0.3 mm。另外建议轴承内孔尺寸在正0.35 mm以上，装配后不至于抱死主轴。

3.3 叶轮前口环磨损严重，轴系窜动大

3.3.1 问题分析

泵启动瞬间在动反力作用下，叶轮前口环与泵体静环摩擦。背叶片设计尺寸控制不好，也会造成叶轮向前推。

3.3.2 解决方法

控制好叶轮前口环与泵体静环的间隙，建议控制在0.5～1 mm。并不是间隙越大，前口环磨损的就小，正好相反，这个间隙越大，会导致背叶片与泵盖的间隙过大，背叶片与泵盖之间产生负压减小，使叶轮一直向前推。控制好叶轮前口环与泵体静环的间隙，可以很好地控制背叶片与泵盖之间的间隙，创造一个产生负压的条件，实现叶轮轴向力的平衡，解决叶轮前口环磨损问题。

控制好叶轮止推环与滑动轴承的间隙以及背叶片与泵盖的间隙。建议叶轮止推环与轴承的间隙要比背叶片与泵盖的间隙小1.5 mm 以上。原因是当背叶片与泵盖产生的负压过大，叶轮就会向右移动，轴承可以防止背叶片与泵盖接触，防止断轴。如图6 所示，尺寸E 要大于间隙A 的尺寸1.5 mm 以上，建议A的尺寸在1～1.5 mm。

图6 轴向间隙控制1Fig.6 The control of axial clearance 1

叶轮背叶片设计时要注意，当叶轮背叶片产生负压比较大的时候，叶轮止推环会与轴承接触，此时叶轮前口环与泵体静环间隙增加，叶轮前盖板会由于间隙的增加而泄压，轴向力的设计就在这个区间，当泄压以后叶轮会向前，间隙减小，背叶片产生的负压减小，减小到与叶轮前口环间隙泄压以后的压力平衡时，叶轮不再向前移动，达到平衡点，此时泵稳定运行。

图7 轴向间隙控制2Fig.7 The control of axial clearance2

同时，要考虑内磁转子与滑动轴承的间隙，建议间隙在3 mm 以上。前口环磨损到一定程度，内磁与轴承才开始磨损。如图8所示。

图8 轴向间隙控制3Fig.8 The control of axial clearance 3

3.3.3 注意事项

叶轮前口环磨损严重、脱落的原因还与叶轮前口环与叶轮的过盈量控制不好有关，建议过盈量在0.2～0.3 mm 以上，增加铆钉结构，防止松动脱落。铆钉采用F46 材料。并且前口环均分开槽。如图9所示铆钉结构。

图9 铆钉结构Fig.9 The rivet structure

3.4 泵体静环装配中易碎，叶轮止推环松动、脱落

3.4.1 问题分析

泵体静环是碳化硅材料，装配中易碎，原因主要是过盈量控制不好，很大原因是季节更替，塑料热胀冷缩造成的。

3.4.2 解决方法

在泵体口环处，增加一个清根台阶。泵体与泵体静环的过盈量建议控制在0.1～0.2 mm。如图10 所示，控制好A 和B的尺寸，建议A在0.3～0.5 mm，B控制在过盈长度的1/4。

图10 泵体静环处结构改进Fig.10 The structure improvement at static ring of pump body

控制叶轮与止推环的过盈量，建议过盈量控制在0.2～0.25 mm。尽量增加动环包覆长度。建议止推环厚度6 mm以上，露出长度小于1 mm。不要因为包覆长度太短导致泵运行时止推环受力过大被挤出来。如图11 所示，控制好尺寸D。

图11 叶轮止推环Fig.11 The impeller thrust ring

4 结语

如何提高衬塑磁力泵的可靠性，延长使用寿命，降低生产成本是衬塑磁力泵发展的关键问题。本文研究一个衬塑磁力泵的改进实例，阐述故障原因，分析以及解决方案。希望对磁力泵设计人员有所帮助。