多级离心泵轴叶轮定位设计指南

前言

本设计指南详细介绍了卧式多级泵叶轮在泵轴上的定位方法，并对每种方法给出了相应的验算方法。

该指南中的信息主要来自于英国WEIR公司《DESIGN OFFICE TECHNICAL NOTE – No. DG81/18》，因此其中一些验算公式均采用英制单位。仅供同行们设计参考。

叶轮过盈配合

在运转速度高于3600 rpm的所有泵上，叶轮应与轴进行（热套）过盈配合。叶轮/轴配合方式可参照图1。

图1 叶轮/轴配合方式

定位方式

对于多级泵应用，特别是高温、高压、高转速的多级泵（如锅炉给水泵），叶轮与泵轴之间不仅需要过盈配合，还需要轴向逐级定位。定位方式有多种，具体如下。

阶梯式轴肩

图2 叶轮与轴肩配合示意图1

如果轴（每级）直径的减小不会对其刚度和非驱动端轴承大小产生不利影响，则应使用这种装配方法。

轴肩的尺寸应满足如下条件：

轴肩挤压应力 ≤ 许用挤压应力[σ_jy]

对于塑性材料，材料许用挤压应力与材料许用拉伸应力[σ]有如下关系：[σ_jy] = (1.7~2.0) [σ]。

或者，按：

0.625 × 0.25弹性极限应力或30000 lb/in²，以较小者为准【英国WEIR提供】。

说明：实际工程应用中，对于塑性材料，通常以屈服应力作为弹性极限应力，而弹性极限应力 = 材料的许用应力[σ] × 安全系数，材料的许用应力和安全系数均可从相关手册中查得，在一般计算中，塑性材料的安全系数为1.5~2.0。

注意：如果叶轮材料不可行，则可以增加一只由较高抗拉强度的材料制成的叶轮挡圈（见图3），从而增大了叶轮的挤压面积。

图3 叶轮与轴肩配合示意图2

圆形分半卡环

图4 圆形分半卡环

当3.1不可行时，应使用这种固定方法。

轴径台阶为每级相差0.25 mm（便于安装和拆卸）。

使用以下步骤检查圆形分半卡环接触应力：

环上的负载 = 轴向推力/级

最大接触应力的计算采用公式：

式中，

E和V是不同材料的杨氏模量和泊松比（例如卡环/叶轮/泵轴）；

P = 平均卡环周长的每英寸负荷，lb/in；P = 环上的负载/平均卡环周长；

D₁ = 槽的最大直径，ins；

D₂ = 环的最小直径，ins。

对于使用相似材料的地方：

E₁ = E₂ = E，且V₁ = V₂ = V = 0.3，那么

而许用接触应力 = 40000 lb/in²【英国WEIR提供】。

要求：σ_c≤ 40000 lb/in²。

圆形分半卡环通常由316不锈钢制成，并且直径不应小于5 mm。

矩形分半卡环

图5 矩形分半卡环

这种固定方法是3.2的替代方法。

应使用每级（相差）0.25 mm的轴径台阶。

轴肩/分半卡环的尺寸应设计成将挤压应力限制在本指南第3.1节的范围之内。

在设计扭矩载荷下，检查咬边底部（D）的轴剪切应力。

为防止分半卡环在受力系统的力矩作用下过度旋转，必须使用最小的制造公差以保持环的O/D。

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BENG20200911

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