上海30000J水泵叶轮储能焊机

主要特点及用途：

●焊邦机电：电容储能式点焊机的一般由主机架、电容柜、充电变压器、放电变压器、急充放电容、气动加压机构、控制器等构成。

●焊邦机电：电容储能式点焊机的主机架和普通固定式交流点焊机的机架相同，因为其独特的工艺（大电流、大压力、短时间），对机架的刚性有更高的要求；

●焊邦机电：电容柜一般应用于大功率（6000J以上）的电容储能式点焊机上，用于安装电容、充电变压器、控制器等，要求具有良好的通风散热性。小功率的一般采用（和主机架共用的）一体式，其优点是连接部分少、安装调试方便。

●焊邦机电：充电变压器的功率按电容储能式点焊机储能量的大小配置，一般在60KVA以下，因此对电网的冲击较小。

●焊邦机电：放电变压器的功率也是按电容储能式点焊机储能量的大小来配置，必须保证电容的蓄能能在瞬间能被释放到工件。

●焊邦机电：急充放电容是电容储能式点焊机的核心元件，关系到放电特性、设备的稳定性和寿命。一般采用内阻小的进口电容。急充放电容是消耗品，其性能在饱和充放电200万次后开始衰减。

●焊邦机电：电容储能式点焊机对气动加压机构的随动性要求较高，满足工件放电瞬间的电极的快速跟进，避免产生飞溅。

●焊邦机电：控制器是电容储能式点焊机的又一核心元件。现已采用PLC组合的控制单元，大大提高了设备的稳定性。

 广泛应用于工业中的各种多凸点式焊接。如汽车滤清器螺纹盖板，汽车刹车片，汽车座椅调角器，汽车启动马达转子，不锈钢水泵叶轮，螺旋式整流二极管等产品的高质量焊接。

 

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不锈钢冲压焊接离心泵水力设计

2．1冲压焊接离心泵水力设计方法

不锈钢冲压焊接离心泵是20世纪70年始研制的新产品，国内自20世纪80

年代中期开始进行此方面的研究。此类泵一般为低比转速离心泵，***初的水力设计

通常是按照现有的低比转速离心泵设计方法来进行，尤其是加大流量设计和无过载

设计应用更多。但是，冲压焊接离心泵有其自身的特点13^5，6】：①叶片为不锈钢板，厚

度比铸造泵叶片薄70％以上，叶片的排挤系数很小；0叶片表面十分光滑，介质的

边界层小得多，使得过流通道相对增大。所以采用低比转速离心泵的设计方法来设

计冲压焊接离心泵时，泵在实际运行中偏工况现象十分严重。

在分析了国内外理论研究和工程实践的基础上，国内的一些专家和学者认为产

生偏工况运行的主要原因是：目前应用的设计方法没有考虑流体的粘性效应。为了

解决冲压焊接离心泵的这些问题，国内的专家和学者提出把“理想流体”作为参照

量，把粘性边界层作为动边界条件的粘性流水力设计方法13，4'5,61。此方法针对冲压焊

接离心泵内粘性流的不同特点，分别建立泵吸入口、叶轮和压水室三组不同的粘性

流方程组，分别求解粘性流过流通道及速度场的畸变值，按畸变值设计泵的叶型和

流道，以此应用于低比转速冲压焊接离心泵的设计，解决低比转速冲压焊接离心泵

存在的“偏工况”运行问题，提高泵的运行效率，改善泵的汽蚀性能。

2．2采用扭曲叶片的冲压焊接叶轮的设计

冲压焊接离心泵多为低比转速离心泵，叶片通常采用圆柱形，从所能查阅到的

资料来看，采用粘性设计方法设计的叶轮叶片也都采用了双圆弧直叶片。对于一些

采用空间扭曲叶片的低比转速冲压焊接离心泵的设计，未见有相关研究，所以并无

现成的设计方法可遵循。而且，不锈钢冲压焊接离心泵叶轮是分为几个部分进行冲

压，然后进行组合焊接，这一点与传统的铸造方法有很大差别，所以在进行不锈钢

冲压焊接泵的设计时要充分考虑到结构特点，在保证水力性能指标要求的前提下，

尽可能地使结构设计满足冲压焊接工艺地要求。

本研究在国内研制冲压焊接离心泵经验的基础上，根据现有的离心泵设计方法，

并结合冲压焊接离心泵自身特点及成形工艺来进行采用空间扭曲叶片叶轮的设计，

然后对叶轮内部流场进行数值模拟，并将模拟结果与试验结果进行比较，来检验设

计方法及叶轮结构合理与否。

以上数据是按照普通离心泵设计方法得出。冲压焊接离心泵多为低比转速泵，

为改善泵功率特性，避免出现电机超载，通常选取较小的压，这将降低泵的扬程和

效率。为此，在进行冲压焊接离心泵的设计时，D2取值适当增大。本设计将叶轮直

径增大5％，即D2--094-199)x(1+5％)=204～209mm，取D2=208mm。J|gog；Cw,

焊接离心泵材料为不锈钢，光洁度较高，D2增大时摩擦损失增加不明显，但为兼顾

泵的性能要求，D'只能适当增大。

(3)叶轮出口宽度幻

62喝：摆

对于通常的离心泵kb2=(。．64～。．7)(斋：。，则62----7．6-8．3咖。取如=

7．5mm。

(4)叶片包角口

包角的取值范围一般在150。～200。之间。包角的值比较大主要有两个方面的原

因：①低比转速不锈钢冲压焊接离心泵的比转速低，流道较长，包角也比较大⑦为

避免H—Q曲线出现驼峰，选取了较小的叶片出口角，所以叶片包角也会大。本设计

取一=1650。

(5)叶片数Z

对于低比转速冲压焊接离心泵来说，叶片数不能过少。因为不锈钢冲压焊接离

心泵叶片很薄(1～1．5ram)，且表面光滑。叶片过少的话，设计时工况点不容易确定，

江苏大学硕士论文

同时扬程下降。而且，叶片过少时，对流体产生的约束不够。但是，叶片数也不能

过多，过多叶片往往产生以下问题：①加大进口排挤系数，造成叶片进口阻塞⑦容

易形成扬程曲线的驼峰。根据以往的研究，叶片数z取5～6片较为合适，本研究取

Z=6。

(6)叶片形状和进口边位置

传统的低比转速叶轮，为有利于铸造工艺的进行，通常将叶片设计成直叶片，

而很少采用扭曲叶片。为减小叶轮进口处的冲击损失及提高泵的抗汽蚀性能，本研

究将叶片设计为进口处部分扭曲的扭曲叶片。扭曲的叶片刚好紧贴于前盖板进口根

部的圆上，与之形成良好的吻合，以减少叶轮进口处的水利损失，并提高泵的抗汽

蚀性能。不锈钢冲压焊接叶轮的叶片很薄，与通常的低比转速离心泵相比，叶片前

伸对进口段的排挤影响不大。而且薄叶片前伸不但可以增加扬程曲线的稳定性，泵

的效率也能略有提高【引。本设计中将叶片前伸，在轴面图上与轴心线的夹角约为300。

(7)叶片轴面图的确定

确定上面一些几何参数后，就可以确定叶片轴面图形了。在绘制轴面图形时，

可以根据以往的模型，初步确定其形状，再检查其过流断面面积的变化，和通常的

离心泵设计一样，总的要求是流道面积变化均匀。

图2-l叶片轴面图

(8)各流线进出El安放角的确定

叶片进口位置确定后，叶片进El角可以根据下列公式计算：

‰=瓦Q而

r，万DI玎

ul2百

(2-3)

属’=一鲁

协4，

根据上面式子可以求出各流线的屈’。对冲压焊接离心泵来说，叶片光滑，流道

相对扩大，为使液体能量转换充分进行，提高泵效率，可以适当加大进口角度，扩

大进口有效过流面积。为此，在届’的基础上附加正冲角△∥，比转速越低，附加的正

冲角也越大。本设计中，进口各流线的安放角分别为：前盖板流线届。=15。，中间流

线风=19。，后盖板流线属，=24。。

叶片出口安放角反对性能曲线有很大影响，采用较小的历时，扬程特性曲线陡

降，有利于防止过载的发生，但厦太小使得冲压焊接离心泵的扬程与效率降低；随

着岛的增大，泵的扬程增大，理论扬程曲线变得平坦，直到扬程曲线出现驼峰，所

以在设计过程中应综合考虑各参数之间的匹配关系。研究表呼81，一般无过载离心泵

尼<20。，当屐<30。时扬程曲线一般无驼峰。本研究取履=18。。

(9)叶片绘型

离心泵自身的特点，来进行的冲压焊接离心泵叶轮的设计。为利于冲压及焊接工艺

的进行，需要结合工艺对叶轮结构进行部分改进。

2．3基于冲压焊接工艺的结构改进

1．叶轮前盖板

目前，国内绝大多数冲压焊接叶轮前盖板都做成平面，而很少采用锥面。这是

因为其叶片几乎都为直叶片，冲裁后的平面叶片经弯曲后与锥面前盖板的吻合情况

不够理想。焊接后存在一定的缝隙，使得叶轮流道间产生串流，同时对叶片与前盖

板焊接处的强度产生不良影响。采用扭曲叶片后，即可突破这种。将前盖板做

成带有一定锥度的形状，对叶轮前盖板与叶片组合焊接时的定位十分有利。

2．叶片形状改进

由于工艺水平的，目前国内冲压焊接叶轮的叶片大部分为直叶片。叶片与

前盖板、后盖板相互接触的边缘上分布有数个凸点，如图2—3所示，以便与盖板进

行焊接。

以上是在通常低比转速离心泵设计方法及粘性设计方法基础上，根据冲压焊接离心泵自身的特点，来进行的冲压焊接离心泵叶轮的设计。为利于冲压及焊接工艺

的进行，需要结合工艺对叶轮结构进行部分改进。
基于冲压焊接工艺的结构改进

1．叶轮前盖板

目前，国内绝大多数冲压焊接叶轮前盖板都做成平面，而很少采用锥面。这是

因为其叶片几乎都为直叶片，冲裁后的平面叶片经弯曲后与锥面前盖板的吻合情况

不够理想。焊接后存在一定的缝隙，使得叶轮流道间产生串流，同时对叶片与前盖

板焊接处的强度产生不良影响。采用扭曲叶片后，即可突破这种。将前盖板做

成带有一定锥度的形状，对叶轮前盖板与叶片组合焊接时的定位十分有利。

2．叶片形状改进

由于工艺水平的，目前国内冲压焊接叶轮的叶片大部分为直叶片。叶片与

前盖板、后盖板相互接触的边缘上分布有数个凸点，如图2—3所示，以便与盖板进

行焊接。

这种直叶片虽然形状简单、容易制作，但是叶片与前、后盖板接触轨迹都是一

条空间曲线，不利于焊接定位。而且，焊接后叶轮前、后盖板与叶片耦合不好，使

叶轮产生流道间串流。本文采用了扭曲叶片，基于焊接工艺的考虑，将叶片与后盖

板接触部分改为平面，也就是将叶片部分向内折叠到后盖板。叶片形状如图2_4所

示，折叠与后盖板的叶片平面形状如图2—5所示。

叶片结构改进后，需要考虑叶片形状对水力性能的影响。新叶片形状与原叶片

形状不同之处在于：新叶片附带了折叠于后盖板的平面部分。从理论上分析，折叠

于后盖板的平面部分将对叶轮内流动产生正反两个方面的影响。一方面：增加了叶

轮内流动损失。这主要是因为增加了叶片平面部分后，相当于减小了流道过流面积，

流速相对来说增大，流动损失也将增大。另一方面，折叠于后盖板的两叶片之间的

部分相当于偏置的短叶片，这种等同于短叶片偏置的结构有如下作用：①相当于增

大了有限叶片数修正系数，这样既可提高泵的扬程，也减小了叶轮内流体因惯性作

用而引起的功率缩减(滑移)；0这种结构可改善叶轮内的速度分布，减少叶轮内的

水力损失，提高泵的性能。综上所述，增加叶片平面部分后，对泵水力性能的总体

影响很小。

目前，国内在泵类产品生产制造过程中，主要采用铸造和机械加工相结合的方法。

采用传统的铸造工艺进行水泵生产时，工人劳动强度大；材料利用率低，耗电量大：

排放出有毒气体，严重污染空气，影响人体健康，破坏生态平衡。而且，采用铸造

工艺时，泵零部件通过砂型铸造出来，所以泵的过流部件表面质量差，流道粗糙，

泵产品性能往往得不到保证。尤其对小型低比转速离心泵，由于此类泵流道狭长，

出口宽度小，用传统铸造工艺更是难以成型。随着科技的不断发展及生产、生活水

平的不断提高，用户对泵的性能要求越来越细化，铸造工艺在某些方面已经不能满

足要求。因此，改进泵的制造工艺以提高泵的性能显得相当重要。

根据泵类产品的结构特点，20世纪70年代以来，在泵的制造中开始采用冲压焊

接成型技术【”。冲压工艺就是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生

分离或者变形，从而获得所需要的零件。冲压生产工艺通常以金属板材为原材料，

根据小型离心泵和低比转速离心泵工作性质及工作环境的要求，采用不锈钢板材为

原材料。泵的各零部件冲压成型后，根据焊接工艺的要求选择合适的焊接方法，将

各零部件组合焊接起来。采用冲压焊接成型的离心泵在性能等各个方面都较铸造泵

有很大提高，与铸造离心泵相比有诸多方面的优点。

冲压焊接泵与传统的铸造泵相比有以下几个方面的优点I啦】：

***、节能。由于冲压焊接泵的各零部件是通过冲模完成，所以零部件的形状

和尺寸精度容易保证。另外，冲压焊接泵过流部件表面光滑，粗糙度低，摩擦力小，

所以泵性能稳定，其效率比铸造泵高3％～5％。

第二、节材。不锈钢冲压焊接泵材料综合利用率很高，一般达到70％～80％。

采用冲压焊接工艺时，可节省材料70％以上，与铸造泵相比，冲光滑美观，而且重量轻、刚度好。

第三、劳动强度小，生产效率高。冲压焊接工艺过程中无需进行翻砂、清砂和

金属加工等繁重的体力劳动，可以大大减轻工人的劳动强度。而且，冲压焊接工艺

较易实现机械化与自动化，适合批量生产，尤其对无法铸造和难以铸造的窄流道叶

轮，优越性更加明显。

第四、污染少，使用寿命长。不锈钢冲压焊接泵所用材料为不锈钢板材，生产

过程机械化，无废气、废水、废渣的排放，有利于环境保护。另外，医药卫生、化

工、食品、净水及居民用水都要求所使用的泵对介质无污染，传统铸造泵的二次污

染无法满足这一要求，而冲压焊接泵由于其材料为不锈钢，所以符合此要求。冲压

焊接泵的零部件精度高，互换性好，且抗腐蚀性能好，因而使用寿命更长。

国内从20世纪80年代后期开始冲压焊接离心泵的研究，并取得了不少成果。

例如国内的一些专家和学者在低比转速冲压焊接离心泵的水力设计中引入“粘性流”

设计方法，来解决低比转速冲压焊接离心泵运行中的偏工况等问题，取得了良好效

果。但与国外相比，国内对冲压焊接离心泵的研究起步较晚，水力设计和制造工艺

方面，都需要在现有基础上进一步研究。如，国内低比转速冲压焊接离心泵叶片几

乎都采用直叶片，而对扭曲叶片叶轮的水力设计并无系统的研究与总结。另外，受

工艺水平的，国内冲压焊接离心泵在制造工艺方面还有许多问题亟待解决。本

文正是在此现状基础上，针对不锈钢冲压焊接离心泵设计方法及制造工艺进行了研

究，为冲压焊接离心泵的水力设计及制造工艺提供一些参考，以提高我国泵产品在

国际上的竞争能力。

主要特点及用途：

●焊邦机电：电容储能式点焊机的一般由主机架、电容柜、充电变压器、放电变压器、急充放电容、气动加压机构、控制器等构成。

●焊邦机电：电容储能式点焊机的主机架和普通固定式交流点焊机的机架相同，因为其独特的工艺（大电流、大压力、短时间），对机架的刚性有更高的要求；

●焊邦机电：电容柜一般应用于大功率（6000J以上）的电容储能式点焊机上，用于安装电容、充电变压器、控制器等，要求具有良好的通风散热性。小功率的一般采用（和主机架共用的）一体式，其优点是连接部分少、安装调试方便。

●焊邦机电：充电变压器的功率按电容储能式点焊机储能量的大小配置，一般在60KVA以下，因此对电网的冲击较小。

●焊邦机电：放电变压器的功率也是按电容储能式点焊机储能量的大小来配置，必须保证电容的蓄能能在瞬间能被释放到工件。

●焊邦机电：急充放电容是电容储能式点焊机的核心元件，关系到放电特性、设备的稳定性和寿命。一般采用内阻小的进口电容。急充放电容是消耗品，其性能在饱和充放电200万次后开始衰减。

●焊邦机电：电容储能式点焊机对气动加压机构的随动性要求较高，满足工件放电瞬间的电极的快速跟进，避免产生飞溅。

●焊邦机电：控制器是电容储能式点焊机的又一核心元件。现已采用PLC组合的控制单元，大大提高了设备的稳定性。

 广泛应用于工业中的各种多凸点式焊接。如汽车滤清器螺纹盖板，汽车刹车片，汽车座椅调角器，汽车启动马达转子，不锈钢水泵叶轮，螺旋式整流二极管等产品的高质量焊接。