介绍一种大型卧式首级双吸多级节段式耐磨离心泵设计制造经验及应用，该泵可用于煤矿的矿井之下，输送煤矿中含少量固体颗粒（颗粒含量不大于1.5%，粒度小于0.5毫米）的中性矿井水。由于煤矿的特殊性，对泵的可靠性和安全性要求非常高。基于流体的设计理论，从泵结构设计、材料选择、工艺加工等方面介绍泵的优化设计。

【关键词】

多级   首级双吸   抗汽蚀   耐磨蚀   设计

一、前言

为促进煤矿、钢铁厂、电厂、泵站的发展而设计制造与之配套使用的各种型号泵，依照节能减排的相关要求，融合现有煤矿用耐磨离心泵的设计经验，开发出大型首级双吸煤矿用耐磨离心泵，解决流量需求大、汽蚀要求高、磨蚀严重等系列问题。

此次研发的首级双吸多级耐磨离心泵，产品的主要性能指标达到同类型进口泵的技术水平，同时，在产品的运行可靠性和产品配件的标准化设计方面优于国外同类产品，可以替代同类进口产品。同时在产品配件供应上也融入了技术考虑，为产品批量投入市场做了充分的技术准备。该泵出口垂直向上，从驱动端看泵，泵进口位于水平右侧，穿杠将吸入段、中段、吐出段联接起来。泵进水段、中段及出水段之间的静密封采用金属面密封，另外加“O”形橡胶密封圈作为辅助密封。轴封采用软填料密封，填料腔内设有填料环。泵设置有自循环填料冲洗管路，从首级中段取水，经冲洗管路冲向两端填料腔。泵首级叶轮采用双吸结构，抗汽蚀性能好。

二、设计计算

本产品定位于高品质技术水准，大型卧式首级双吸多级节段式耐磨离心泵，主要输送矿井水等介质，对泵的稳定性、耐磨蚀要求均比较高，设计此类泵时，依据现有的煤矿用耐磨离心泵设计和制造经验，在计算时对于各部位安全系数的选取尽可能偏向可靠性，并结合实际铸造及加工工艺进行优化设计。设计过程中重点对效率和水力模型作了深入分析，总结了较多的经验全新优化设计了水力模型,采取相应措施提高水力效率以满足设计工况，在水力设计时综合CFD流场分析软件辅助设计，根据软件辅助分析的结果可提前预估设计结果并加以优化改进，提高设计可靠性和时效性。

依据初始参数（如额定流量扬程、效率、转速等），对泵各零件设计计算并校核，计算过程及具体数据此处不再一一列出。

三、三维建模

设计过程中，理论计算和三维建模同步进行，不仅能直观的展示各零件，还可以借助三维模型检查及检验理论设计值，优化和修正设计结果，提高计算效率和设计成品率。

以下展示部分零件和装配体三维图：

（1）首级双吸叶轮

（2）次级叶轮

（3）导叶

（4）装配体

四、抗汽蚀设计和材料选择

泵设计时应考虑磨蚀量、易铸造且不易变形、抗汽蚀等因素，叶轮前、后盖板及叶片出口处的厚度均应作加厚设计，在抽送含细微颗粒的水时，泵的有效汽蚀余量会相应降低，颗粒浓度越大汽蚀余量下降越迅速，汽蚀涉及到化学腐蚀、电化学效应和热力学效应等，对叶轮、导叶甚至对壳体的破坏都非常严重。因此在设计时选用汽蚀性能好的模型泵换算或汽蚀比转速尽量取大值，在选则材料时选用高抗汽蚀的材料，并适当对中段、出水段壁厚作加厚处理。

本次创新采用了首级双吸叶轮结构，对泵的汽蚀性能有利，且有助于提高泵进口的流量；主要过流部件如进水段、中段、出水段、叶轮、导叶、首尾盖等均采用耐磨球铁QT500-7，衬套、密封环、导叶套等采用20Cr13、40Cr或高合金耐磨铸铁MTG-1等抗磨蚀材料。采用平衡盘装置，在运转时处于一种动态平衡状态，可完全平衡转子的轴向力，使泵运行更平稳。泵两端支撑采用径向轴瓦结构，承载力大，稀油润滑效果优良。轴承座采用灰铁铸造，易铸造加工，不易变形且缓震性好。

五、结语

通过对煤矿用首级双吸耐磨多级离心泵设计、研究及运用计算机CFD模拟计算，结合矿井下排水管路淤积前和淤积后涌水量变化较大的特点及矿井水对离心泵叶轮、导叶、壳体磨损特征，总结如下：

1）井下排水关乎矿井安全，必须保证泵运行稳定、性能可靠、耐磨蚀且高抗汽蚀。较大流量的多级节段式离心泵首级叶轮宜采用双吸结构，不仅能提高泵的进水流量，同时能有效的改善泵汽蚀性能。

2）设计矿用耐磨离心泵时，必须选用汽蚀性能优良的水力模型。在叶轮设计时，适当的增大叶片包角、减小出口角、减少叶片数以及增大出口宽度，可减少磨蚀，增加叶轮寿命。过流主要零、部件采用高耐磨材质，在各级间隙处设置耐磨环、衬套、轴套等较小的磨损件，以减少主要零件的磨损。

3）宜在泵两端填料处设置填料环和密封冲洗管路，从首级中段取水冲洗两端填料，以防填料被颗粒物侵蚀、缠绕导致过热甚至烧毁。