摘 要：对井用潜水泵锥套联接固定叶轮机理和工作特点进行了简单分析，提出了锥套设计中需要注意的问题。
关键词：潜水泵 锥套 设计
中图分类号：TG801 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）12-0303-01
井用潜水泵单级传递功率一般都不大，经常采用锥套联接并固定叶轮，在实际应用中总结出锥形套设计方法，有实用效果。
一、锥套联接固定方法的优点
1.结构简单，加工方便，装拆便捷。
2.轴上无沟槽，无应力集中的缺陷，轴的强度和刚性不受影响。
3.能保证叶轮有较好的对中性。
二、锥套受力分析
锥套联接即弹性锥套联接是过盈配合的一种形式，主要靠和轮毂的相对位移来压紧的，即叶轮轮毂和与轴之间用1：30锥度制造的中间套，借用专用工具打入到叶轮内孔之中，使之变形压紧，在水泵工作时，靠此力来传递扭矩并承受叶轮的轴向水推力，保证水泵正常工作而不产生松脱。
三、锥套的设计
井用潜水泵GB2816标准要求，叶轮用锥套固定时，其锥度为1：30，锥孔和锥套的有效接触面积应不小于配合面积的60%。锥套内孔为圆柱形，与泵轴相配。为消除锥套与泵轴之间配合间隙，锥套在加工成形后，应沿轴向剖开一个宽度为2mm的缺口。
1.水泵轴径的确定
潜水泵行业普遍采用下表提供尺寸轴径
2.单级叶轮传递的最大转矩
单级叶轮所需的转矩
………………………………（1）
式中 PD--配带电机功率，kW；
i--泵的级数；
n--泵的转速，r/min
3.叶轮所承受的轴向水推力
F=K·，N……………………………（2）
式中 d-水泵轴直径，m；
K-系数，通常K=0.6～0.8
γ-液体的重度，N/m3；
Hi-泵的单级扬程，m；
Dm-叶轮密封环直径，m。
4.最小配合过盈量的确定
锥套最小配合过盈量 =K×Smin…………………………（3）
K-锥套的锥度
Smin-锥套的最小轴向位移量1.0～1.5mm，
=1.2（Rz1+Rz2+Rz′+Rz″），mm…………（4）
Rz1-叶轮轴表面不平度的平均高度
Rz2-叶轮内孔的不平度平均高度
Rz′-锥套内表面不平度的平均高度
Rz″-锥套外表面不平度的平均高度
5.锥套和叶轮的配合长度的计算
式中 F-叶轮所承受的轴向水推力，N；
T-单级叶轮所需的转矩，N·m；
d1-锥套的平均外径，m；
d2-叶轮后轮毂外径，m；
L-锥套与叶轮的配合长度，m；
f-正常工作状态的钢对灰铁摩擦系数f=0.05～0.15，取f=0.08；
E-碳钢的弹性模数2.0～2.1×1011Pa，取E=2.1×1011Pa。
四、锥套推荐的适用范围
根据井泵行业生产中长期应用锥套连接的实践经验，推荐锥套的适用范围见下表，尺寸见附图。在实际使用中若超出推荐的使用范围时，必须要通过计算，慎重确定。
五、锥套连接强度计算举例
以250QJ140-150/10-90kW潜水泵为例。
1.计算条件
该潜水泵配套功率为90kW。计算尺寸Dm=110mm，d=32mm，d1=35.5mm，d2=53mm。
2.锥套计算
2.1单级叶轮转矩的计算，由公式（1）得：
T=9550×=29.9 N.m
2.2轴向推力E的计算，由公式（2）得：
F=0.8×3.14/4×（0.112-0.0322）×9800×15=1023N
3.计算所需最小过盈量由公式（3）、（4）得
=K×Smin=1/30×1.3=0.043333mm
式中 K为锥套锥度1/30；Smin为锥套最小轴向位移量，取1.3mm
=0.043333-1.2（0.0063+0.01+0.01+0.0063）=0.00417mm
式中 叶轮轴表面，Rz1=0.0063
叶轮内孔表面，Rz2=0.01
锥套内表面，Rz′=0.01
锥套外表面，Rz″=0.0063
4.锥套和叶轮的配合长度的计算由公式（5）得
因此250QJ140-150/10潜水泵，当锥套设计配合长度不小于47.8mm，锥套的设计长度为50mm，这样镶入叶轮锥孔后，用拆装筒打紧，保证其位移量不小于1.3mm时即可安全工作。
六、结论
1.从计算过程中可以看出叶轮锥孔及锥套的表面粗糙度对叶轮的固定影响非常大，因此在制作和检验零件时应特别注意。
2.本文提出的锥套设计计算公式是一种近似简化的公式有很多问题还待更进一步探讨，敬请各位指正。
3.锥套联接这种结构可以省去轴肩、螺纹等轴向固定部位，大大减少轴的尺寸和阶梯。它联接紧凑可靠，装拆方便，节省成本，值得推广，行业内应制定一定的标准，以标准件型式定型最好。
参考文献
[1]关醒凡主编.现代泵技术手册.北京.宇航出版社.1995
[2] 濮良贵主编.机械设计.北京.高等教育出版社.1989
作者简介：费智勤，（1967-），男，工程师，山西天海泵业有限公司总工程师，从事井用潜水电泵的研究。
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