一种防止轴头断裂的叶轮与轴新型连结方式结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种防止轴头断裂的叶轮与轴新型连结方式结构，包括叶轮与轴头，所述轴头的螺牙高为5毫米，螺牙大径为85毫米。本实用新型专利技术采用大螺距的连接方式，即改变叶轮与轴头的普通平键的连接形式。大螺距比粗牙螺纹在螺纹方面的强度大，不容易滑牙、乱牙；另外螺纹连接完全分散了叶轮与轴连接间的应力集中，使设备一直处于正常运行状态，经济效果明显。

A New Connecting Structure of Impeller and Shaft to Prevent Shaft Head Fracture

【技术实现步骤摘要】
一种防止轴头断裂的叶轮与轴新型连结方式结构
本技术属于抗断裂
，特别涉及一种防止轴头断裂的叶轮与轴新型连结方式结构。
技术介绍
置换液泵用于浆粕生产中蒸煮锅蒸煮木片时置换黑液，泵工作时蒸煮锅内处于高温、高压、碱性大的环境。基本设计：置换液泵原设计选用安德里兹泵SP250-600.4(SP系列离心泵，泵的出口法兰直径DN250，叶轮直径604毫米)，流量860米3/时，扬程90米，电机功率400千瓦，1500转/分，泵与电机用膜片联轴器直联，叶轮与轴采用普通平键的连接方式。叶轮直径604毫米，轴头直径90毫米。叶轮侧轴承NU322一个，联轴器侧轴承7322两个，与介质接触部分使用1.4460双相钢。机械密封选用约翰克朗JCS2-100双端面机械密封。存在的问题：在正常的24小时连续生产中，平均5至6个月发生轴头断裂的事故，设备方面前衬及叶轮磨损大，机械密封坏，均无法再次使用，直接经济损失大并间接造成无法连续生产。
技术实现思路
本技术提供一种防止轴头断裂的叶轮与轴新型连结方式结构，以解决轴头断裂等问题。为解决以上技术问题，本技术提供以下技术方案：一种防止轴头断裂的叶轮与轴新型连结方式结构，包括叶轮与轴头，其特征在于，改变叶轮与轴头的普通平键的连接形式，采用大螺距的连接方式，所述轴头的螺牙高为5毫米，螺牙大径为85毫米。优选地，所述的叶轮为半开式结构，所述的叶轮包括后盖板、叶片、平衡孔、螺纹。更优选地，所述的后盖板直径为604毫米，厚为10毫米。更优选地，所述的后盖板为1个。更优选地，所述的叶片为4个。本技术具有下述效果：(1)本技术采用大螺距的连接方式，即改变叶轮与轴头的普通平键的连接形式。大螺距比粗牙螺纹在螺纹方面的强度大，不容易滑牙、乱牙；另外螺纹连接完全分散了叶轮与轴连接间的应力集中，使设备一直处于正常运行状态，经济效果明显。(2)本技术轴头与叶轮的螺纹成对加工以保证连接配合公差的可靠性，锁紧螺杆M42不采用止退垫的锁止方式，防止了叶轮间断启动工作可能造成止退垫的失效，而是与叶轮焊接连接，利用其与轴头螺距的不同形成自锁，不致造成叶轮的松脱。【附图说明】图1是泵的剖面图；图2是叶轮的基本尺寸图；图3是轴承组合架剖面图；图4是轴头设计图；图5是轴头的立体图。【具体实施方式】本技术中，泵的结构剖面图如图1所示，具体标号部件名称如下表所示。序号部件名称序号部件名称1蜗壳5轴承组合架2前衬6密封室挡板3叶轮7支脚4机械密封部分泵为单级离心泵，叶轮为半开式结构，叶轮包括后盖板、叶片、平衡孔、螺纹，如图2所示。所述的后盖板直径为604毫米，厚为10毫米；所述的后盖板为1个；所述的叶片为4个。叶片与离心泵前衬的配合面为符合流体力学的曲面设计。图3为轴承组合架剖面图，具体标号部件名称如下表所示。轴为钢棒总体机加工，规格φ125x950，φ125为轴的最大直径，950为轴的总长。图4为轴头设计图，图5为轴头的立体图。下面采用更具体的实施方式进行描述。1.保留轴头尺寸90毫米，形成1个小的直口与叶轮配合，保证叶轮安装后的对中性；2.螺牙尺寸的确定，原键规格B25，在实际的运行中剪切强度可以满足使用要求，因此螺牙选用25毫米。原叶轮键槽深9毫米，最小受力直径72毫米，轴径尺寸的校核：保留原轴锁紧螺纹M42,已知轴的转速n＝1500r/min,传递功率400kw，材料2Cr13的扭转许用切应力为[τ]＝40MPa(范围40-52，为校核最大轴径，取最小值40)，试选择实心轴直径d及内外径比为0.56(假定轴上螺牙小径75，42÷75＝0.56)的空心轴的外径D。解：(1)外力偶矩计算(2)扭矩计算T＝M0＝2546N·m(3)求实心圆轴直径d，由强度条件(4)空心轴外径D对空心轴所以强度条件为由上述计算得知，空径比为0.56的空心轴的最小直径为70.8毫米，因此轴的螺牙小径取整数75毫米，叶轮的锁紧螺杆仍为M42；原叶轮毂槽深5.4毫米，在实际运行中可以满足工况要求，因此定下牙高5毫米，螺牙大径85毫米。由3D视图可简单看出，叶轮保证了至少1个螺距的配合。泵在运行时，轴的受力由原先的径向分布改变为垂直于螺牙的受力方向，且螺纹与轴形成一体，强度及受力明显优于平健连接的方式。3.轴头与叶轮的螺纹应成对加工以保证连接配合公差的可靠性。保留锁紧螺杆M42x4.5，但不采用止退垫的锁止方式，防止叶轮间断启动工作可能造成止退垫的失效，而是与叶轮焊接连接，即在将叶轮螺紧轴头后，再上紧锁螺杆，最后把锁紧螺杆与叶轮接合面焊接，主要的作用是利用其与轴头螺距的不同形成自锁，不致造成叶轮的松脱。4.实施改进设计的方案后，每台改造成本约2万元，3台置换液泵每年节约维修费用18万元，同时也避免了计划外检修造成的不能连续生产的隐患，经济效益十分明显。技术原理：针对存在问题的，主要是解决轴头断裂的故障。对轴头的断裂面的多次分析，认为断裂是从键槽边开始的，微小裂纹逐步扩大后造成突然的断裂，故障属于应力集中疲劳断裂。首先的考虑是叶轮与轴的配合过松形成交变应力而造成，但是在采用过盈配合后没有达到预期的效果，故障仍然存在。通过对叶轮外形结构的观察，发现在叶轮上有4个均布的平衡孔，直径20毫米，平衡孔的主要作用是泵在带载运行时保持叶轮前后的平衡力，分析认为可能是孔径太小也会造成叶轮前后力的不平衡而导致轴断裂，因此把4个平衡孔径扩大到30毫米，但是实际运行后并没有效果。再次考虑重新选型，选用轴径增大的方案，但存在新型泵尺寸大，现场安装困难且一次性投入大(每台需50多万元，共3台，总价约160万元)的实际情况，方案可行性不大。新的技术方案是采用大螺距的连接方式，即改变叶轮与轴头的普通平键的连接形式。大螺距比粗牙螺纹在螺纹方面的强度大，不容易滑牙、乱牙，最重要的是螺纹连接完全分散了叶轮与轴连接间的应力集中。此项技术在2016年11月在3#置换液泵中安装使用，至2018年6月没有发生过故障，设备一直处于正常运行状态，经济效果明显。以上内容是对本技术所作的进一步详细说明，不能认定本技术的只局限于这些说明。对于本技术所属
的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本技术由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防止轴头断裂的叶轮与轴新型连结方式结构，包括叶轮与轴头，其特征在于，改变叶轮与轴头的普通平键的连接形式，采用大螺距的连接方式，所述轴头的螺牙高为5毫米，螺牙大径为85毫米。

【技术特征摘要】
1.一种防止轴头断裂的叶轮与轴新型连结方式结构，包括叶轮与轴头，其特征在于，改变叶轮与轴头的普通平键的连接形式，采用大螺距的连接方式，所述轴头的螺牙高为5毫米，螺牙大径为85毫米。2.根据权利要求1所述的防止轴头断裂的叶轮与轴新型连结方式结构，其特征在于，所述的叶轮为半开式结构，所述的叶轮包括后盖板、叶片、平衡孔、...

【专利技术属性】
技术研发人员：方志强，黄海龙，
申请(专利权)人：福建省青山纸业股份有限公司，
类型：新型
国别省市：福建,35