CN100365289C - 一种叶轮自身平衡轴向力的多级离心泵 - Google Patents

一种叶轮自身平衡轴向力的多级离心泵 Download PDF

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Abstract

本发明是一种叶轮自身平衡轴向力的多级离心泵。众所周知，多级离心泵存在严重的轴向力问题，常用的四种轴向力平衡方法中三种方法都有剩余轴向力，而能够完全平衡轴向力的平衡盘装置的设计和制造难度很大，不仅成本高，而且也容易损坏。本发明在叶轮进口采用端面密封的结构基础上，创造了叶轮前盖板的面积大于叶轮后盖板的面积、叶轮前盖板外径与导流壳的配合为间隙配合、叶轮进口的端面密封副做成能够承受微小轴向力的推力轴承副等方法实现了依靠叶轮自身完全平衡轴向力的效果，彻底解决了多级离心泵的轴向力破坏问题，并且还可以降低多级离心泵的生产成本。

Description

一种叶轮自身平衡轴向力的多级离心泵
所属技术领域
本发明是一种用来提高液体压力的流体机械，尤其是一种需要克服轴向力的多级离心泵。
背景技术
目前，公知的多级离心泵都存在严重的轴向力问题，因为在叶轮工作时，会在叶轮上产生轴向力，多级离心泵的叶轮多了，其轴向力问题也就严重了。一般单级离心泵在叶轮上采用径向密封环加平衡孔或者背叶片这两种方法来平衡部分轴向力，剩余轴向力由轴承承担，而多级离心泵一般采用平衡鼓或者平衡盘装置这两种方法来平衡轴向力。这四种方法中，只有平衡盘装置这种方法可以完全自动平衡轴向力，其他三种方法都有剩余轴向力，对多级离心泵来说，剩余轴向力有时会很大，因此仍有造成损坏的可能。而平衡盘装置的设计和制造难度很大，由于多级离心泵需要平衡的轴向力在启动瞬间变化很大，所以平衡盘装置在设计和制造中稍有差错，就会在泵的启动过程中发生强力的转子串动和平衡盘摩擦，也会造成多级离心泵的损坏。
发明内容
为了克服现有多级离心泵的不足，本发明提供一种新型多级离心泵，它可以依靠叶轮自身完全平衡轴向力，提高多级离心泵的使用可靠性并且还可以降低多级离心泵的生产成本。
本发明的技术方案是：
在两级以上叶轮和导流壳连同一个进水段和一个出水段串联而成的多级离心泵中，采用具有前、后盖板的反导叶导流壳和具有前、后盖板的闭式叶轮，叶轮后盖板的外径小于叶轮前盖板的外径，叶轮进口采用端面密封，叶轮轴孔与泵轴的配合是间隙配合，其创新在于：叶轮前盖板的面积大于叶轮后盖板的面积，叶轮前盖板外径与导流壳的配合是间隙配合，叶轮进口的端面密封副做成能够承受微小轴向力的推力轴承副。
其平衡轴向力的原理是，当叶轮进口的端面密封副紧密接触或者间隙极小时，叶轮进口的端面密封将起到极好的密封作用，此时叶轮前盖板上单位面积的压力(即压强)将不小于叶轮后盖板上单位面积的压力，又因为叶轮前盖板的面积大于叶轮后盖板的面积，所以叶轮前盖板上所受的作用力将大子叶轮后盖板上所受的作用力，叶轮就会沿泵轴朝叶轮后盖板的方向移动，使叶轮进口端面密封副的间隙加大，使叶轮前盖板处的液体流向叶轮进口，而使作用于叶轮前盖板上的压力减小，直到叶轮上的轴向力完全平衡为止。如果叶轮进口端面密封副的间隙很大，使叶轮前盖板上单位面积的压力(即压强)远远小于叶轮后盖板上单位面积的压力，导致叶轮前盖板上所受的作用力小于叶轮后盖板上所受的作用力，叶轮就会沿泵轴朝叶轮前盖板的方向移动，使叶轮进口端面密封副的间隙减小，直到叶轮上的轴向力完全平衡为止。
叶轮前盖板外径与导流壳的配合采用间隙配合，是为了增加叶轮自身平衡轴向力的能力和提高水泵效率。由于这个间隙会阻碍叶轮出口的液体快速流到叶轮前盖板的位置，所以只要叶轮进口端面密封副有很小间隙，就可以使作用于叶轮前盖板上的压力大大减小而达到完全平衡轴向力的目的。并且减小叶轮进口端面密封的泄漏就是提高水泵的容积效率。
叶轮进口的端面密封副做成能够承受微小轴向力的推力轴承副，是因为在泵的启动过程中，难免叶轮进口的端面密封副会紧密接触并摩擦，但是其轴向力只是一个叶轮的压力差和惯性力，所以只需要采用能够承受微小轴向力的材料就可以了。
本发明的有益效果是本发明可以依靠叶轮自身完全平衡轴向力，彻底解决了多级离心泵的轴向力破坏问题，并且其生产制造成本比其他的轴向力平衡方法都要低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的一个实施例。
图中：1.进水段，2.泵轴，3.叶轮轴孔，4.导流壳前盖板，5.导流壳，6.导流壳后盖板，7.叶轮前盖板，8.叶轮后盖板，9.叶轮前盖板外径与导流壳的配合，10.叶轮进口端面密封的静环，11.叶轮进口端面密封副的间隙，12.叶轮进口端面密封的动环，13.叶轮，14.导流壳导叶，15.出水段。
具体实施方式
图1所示实施例是一台深井离心泵，也是一台立式多级离心泵，它由三级叶轮(13)和导流壳(5)连同一个进水段(1)和一个出水段(15)串联而成，导流壳中的导叶(14)是反导叶，其进水一面有导流壳前盖板(4)，出水一面有导流壳后盖板(6)，叶轮是具有叶轮前盖板(7)和叶轮后盖板(8)的闭式叶轮，叶轮后盖板的外径小于叶轮前盖板的外径，且叶轮前盖板的面积大于叶轮后盖板的面积，叶轮前盖板外径与导流壳的配合(9)是间隙配合，叶轮进口采用端面密封，由叶轮进口端面密封的动环(12)和叶轮进口端面密封的静环(10)组成的叶轮进口端面密封副，其材料与结构设计保证了它同时也是能够承受微小轴向力的推力轴承副，叶轮轴孔(3)与泵轴(2)的配合是间隙配合，叶轮在泵轴上可以沿轴向自由活动，叶轮进口端面密封副的间隙(11)随叶轮的活动而改变大小。
在本实施例工作启动时，叶轮会在泵轴上沿轴向串动，当叶轮进口端面密封的动环和叶轮进口端面密封的静环碰到一起时，由于这对端面密封副也是推力轴承副，所以不会有所损坏。当本实施例进入正常工作状态时，叶轮进口端面密封副的间隙会适应工况，自动调整到合适大小，使叶轮上所受的轴向力等于零。因为当叶轮进口的端面密封副紧密接触或者间隙极小时，叶轮进口的端面密封将起到极好的密封作用，此时叶轮前盖板上单位面积的压力(即压强)将不小于叶轮后盖板上单位面积的压力，又因为叶轮前盖板的面积大于叶轮后盖板的面积，所以叶轮前盖板上所受的作用力将大于叶轮后盖板上所受的作用力，叶轮就会沿泵轴朝叶轮后盖板的方向移动，使叶轮进口端面密封副的间隙加大，使叶轮前盖板处的液体流向叶轮进口，而使作用于叶轮前盖板上的压力减小，直到叶轮上的轴向力完全平衡为止。如果叶轮进口端面密封副的间隙很大，使叶轮前盖板上单位面积的压力(即压强)远远小于叶轮后盖板上单位面积的压力，导致叶轮前盖板上所受的作用力小于叶轮后盖板上所受的作用力，叶轮就会沿泵轴朝叶轮前盖板的方向移动，使叶轮进口端面密封副的间隙减小，直到叶轮上的轴向力完全平衡为止。叶轮前盖板外径与导流壳的配合采用间隙配合，是为了增加叶轮自身平衡轴向力的能力和提高水泵效率。由于这个间隙会阻碍叶轮出口的压力水快速流到叶轮前盖板的位置，所以只要叶轮进口端面密封副有很小间隙，就可以使作用于叶轮前盖板上的压力大大减小而达到完全平衡轴向力的目的。并且减小叶轮进口端面密封的泄漏就是提高水泵的容积效率。

Claims (1)

1.一种叶轮自身平衡轴向力的多级离心泵，由两级以上叶轮和导流壳连同一个进水段和一个出水段串联而成，导流壳中的导叶是具有前、后盖板的反导叶，叶轮是具有前、后盖板的闭式叶轮，叶轮后盖板的外径小于叶轮前盖板的外径，叶轮进口采用端面密封，叶轮轴孔与泵轴的配合是间隙配合，其特征是：叶轮前盖板的面积大于叶轮后盖板的面积，叶轮前盖板外径与导流壳的配合是间隙配合，叶轮进口的端面密封副做成能够承受微小轴向力的推力轴承副。
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