新型不锈钢切割泵的设计
摘要：抗堵性和可靠性是衡量切割泵性能优劣的重要因素；细长纤维物是造成污水泵堵塞的主要原因，因此将纤维物或编织物切碎排出，是解决切割泵堵塞的重要途径，为此设计开发新型防缠绕、抗堵塞切割泵被提上了议事日程，通常采用连续切割手套的方式来直观地衡量切割污水泵的抗赌性。
关键词：切割副、设计、方法
为解决现有切割泵易缠绕卡滞且不能适用高扬程的弊端，在设计新型切割泵时，拟采取两项措施：防缠绕叶轮的设计和新型独立切割副的设计
一、防缠绕叶轮的设计：采用专用的叶轮设计方法，叶轮采用获得国家发明专利的一种泵用开式叶轮的设计方法（专利号：ZL 2009 1 0207206.0）设计，该设计方法设计的叶轮将开式叶片叶轮设计成进口边呈包络状连接在一起，使得每相邻的两叶片之间的开口是封闭的，这样能够防止由于细长纤状物缠绕叶轮而破坏叶轮流道的形状，同时也能避免堵塞叶轮流道，有效解决切割泵缠绕和堵塞的问题；
二、新型独立切割副的设计：该切割副由两部分组成，动切割副和静切割副；
a、动切割副的设计：将动切割副与叶轮的设计一起考虑，把叶轮的进口设计和动切割副的结构及直径大小统筹兼顾，该设计方法中，动切割副既是切割部件，同时又是过流部件；动切割副如下图所示：
动切割副的圆柱形基体211为叶轮的起始边位置，也是叶轮叶片的包络体，基体211直径的大小与叶轮进口直径Dj一致，基体21部分的截面形状为纺锤形，且从底部至基体211其纺锤形逐渐增大，且呈流线型过渡，便于介质流入泵体内部，纺锤形尺寸的大小由泵的设计流量来确定，切割刃基体22沿纺锤形的尖部倾斜布置，其上的切割刃23与基准轴面的夹角β既要考虑切割刃的锋利度又要考虑切割刃的强度，通常设计为β=15°～25°，切割刃与纺锤形的基体21之间为圆弧过渡，便于形成刃口，同时也能形成排泄切割物的通道；为保持切割过程中载荷的均衡性，切割刃一般采用均匀分布的方式，切割刃的数目由泵的流量确定，通常切割刃数z=2～5个，且泵的流量大时，切割刃个数取大值；动切割副上还设计有便于安装和拆卸的卡爪20，通过卡爪与叶轮联接，动切割副随着叶轮一起旋转，继而完成切割运动。基体211的长度及动切割刃23的长度均由泵的流量、扬程确定，其长度为叶轮进口直径Dj的0.8～1.5倍；流量大、高扬程的水泵取大值。
b、静切割副的设计：静切割副如下图所示：
静切割副设计有能通过动切割副的孔12，孔的大小由动切割副的直径确定，其与动切割副的间隙设计为0.15mm，在静切割副的基体13的外侧，设计有与动切割副切割刃数量相等的静切割刃17，静切割刃17依附于突起的基体11上，在静切割副的内侧布置有与切割刃17等数量的静切割刃18，其形成于基体15上；静切割刃17和18的方向按照叶轮的旋转方向确定，其与基准轴面的夹角α，考虑到切削性能和强度的要求，通常设计为α=15°～20°；在基体11和基体15附近设计有排屑槽，以利于被切割物和介质的通过；为便于静切割副的安装和拆卸，在基体13上设计有限位鳍条16，为提高安全系数限位鳍条数为3～4条均布，其作用是防止静切割盘打转且能确保快速地拆卸静切割副；静切割刃17和18的总长等于动切割刃23的总长，为确保动、静切割刃的有效配合，动切割刃的长度通常比静切割刃长1～2mm。
动、静切割副装配后形成切割副，其中动切割副与转子同步旋转，静切割副固定在切割泵底座上；通过动、静切割副上的切割刃的作用完成对被切割物的切割破碎。动、静切割副的独特设计，使得切割时的有效切割长度比现有切割泵长1.5～2倍，且是连续切割，非常有利于将纤维状的物体切碎，且静切割刃为内、外布局，外部静割刃与动切割刃对纤状物进行第一次切割，在被切割的纤状物进入叶轮前，内部的静切割刃与动切割刃对纤状物进行二次切割，使切割更彻底、更充分，能完全解决现有的切割泵切不断和切割过程中水泵被卡死的问题；动、静切割副工作时，在动切割副纺锤形外腔和静切割副之间形成进水流道，进水流道的断面面积由设计流量确定，这种设计方法中进水流道的外侧边缘就是叶轮的进口边的位置，整个进水流道完全符合经典的水泵设计要求，其全部处于叶轮和涡室的高压区的内测，避免了传统切割泵的切割装置的输送孔在叶轮和涡室的高压区，造成进入涡室的介质大量泄漏的弊端,从而为设计各种流量、扬程的切割泵奠定了基础；
利用上述设计方法设计制造的CUT1500型切割泵，对整体编织物手套进行了切割试验，不间断切割10付新手套，水泵无卡滞、堵塞、缠绕现象发生，这一结果是市场上现有切割泵都不能做到的，切割性能非常好；最高扬程达到23.67m，远超过市场上有独立切割装置的切割泵最高扬程只能到达14m的限制，而且这虽只是一次尝试，但完全有理由相信利用新型切割泵的特有的设计方法能设计出满足需要的各种流量、扬程的切割泵。
该设计方法是对现有切割污水泵设计的一次突破，现有切割泵中无独立切割装置的切割泵虽然可以生产制造各种流量、扬程的泵，但无法满足能切碎、不堵塞、不缠绕的要求，这种切割泵经常失去切割功能，造成水泵卡滞而烧机；市场上销售的有独立切割装置的切割泵虽然有稍好一点的切割性能，但是由于切割装置中输送孔的泄露，造成无法设计各种流量、扬程的切割泵，特别是不能满足市场对高扬程切割泵的要求。新型不锈钢切割泵独特的设计方法使水泵实现了良好的切割性能，解决了堵塞、缠绕的问题，完全能满足切割泵对切割指标的固有要求，再加上巧妙的新型切割副的设计，将切割功能与进水流道设计集于一身，彻底解决了现有切割泵泄露严重，无法设计大流量、高扬程切割泵的缺陷，实现了切割泵设计上的突破，打开了切割泵的设计空间，利用切割泵新的设计方法能设计生产各种流量、扬程的切割泵，特别是高扬程切割泵的设计将变为现实，从而更好地满足市场的需要；随着利用新型切割泵设计方法设计的新型切割泵型号的不断推出和产品性能的完善，以及人们环保意识的提高和国家对治污工程投入的不断加大，相信新型不锈钢切割泵必将具有广阔的市场前景和发展空间，定会为我国的污水处理事业作出贡献，产生显著的经济效益和社会效益。
参考文献：
1、江苏大学 关醒凡著《现代泵技术手册》，宇航出版社出版发行，1995第一版
2、张也影著 《流体力学》，高等教育出版社出版，1986第一版
3、发明专利《一种泵用开式叶轮》，发明人
郝技宇，国家知识产权局2012年6月授权，专利号：ZL 2009 1 0207206.0
4、关醒凡编著《泵的理论与设计》，机械工业出版社，1987年第一版
5、关醒凡 姚兆生编译《泵零件强度计算》，
机械工业出版社 1981年 第1版
