CN100455816C - 动态调控多级离心泵轴向力的调控装置 - Google Patents
动态调控多级离心泵轴向力的调控装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明主要涉及调控多级离心泵在运行过程中轴向力变化的调控的装置。一种动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，包括有两个连通管(3-3、3-6)，其两端设有与泵体相联接的进口端管接头(3-4)和出口端管接头(3-5)，其主要特点是还包括在两个连通管(3-3、3-6)上设有节流机构(3-1)。将其与多级泵的高压腔与低压腔连通后，通过调节节流机构内径的大小，可以调控轴向力的大小及方向。本发明结构简单，设计合理。适用于蜗壳式或是导叶式，卧式或立式等结构形式的多级离心泵。
Description
技术领域：
本发明主要涉及调控多级离心泵在运行过程中轴向力变化的调控装置。
背景技术：
轴向力是影响离心泵平均寿命的主要因素之一。在现有技术中，对于单级单吸离心泵，平衡轴向力的方法是在叶轮后盖板上设密封环(称后密封环)并使该密封环范围以内的泵腔与吸入口相连通，使得叶轮前、后盖板上所承受的压力基本抵消，残余轴向力由推力轴承来承担。连通方法有两种：一种是在后密封环范围以内叶轮后盖板上开平衡孔，另一种是用卸荷管(回水管)将该范围内的泵腔与吸入口相连通。其卸荷管直径一般在10mm左右，出厂以后卸荷管直径不再变化。多级离心泵叶轮数至少在两个以上，多则十几个甚至更多。平衡轴向力的方法有，A.蜗壳式多级离心泵，有螺旋形压水室，壳体通常是水平中开的，采用叶轮对称布置方法来平衡轴向力，残余轴向力由推力轴承来承担；B.山西阳泉市水泵厂ZL96217016.X名称为“节段对置蜗壳式多级渣浆泵”的实用新型专利公开的是节段蜗壳式多级渣浆泵；C.传统节段式离心泵全部叶轮同方向安装在一根泵轴上，各级压水室为径向导叶式，定子用拉紧螺栓沿轴向拉紧为一体。这种泵长期以来一直采用末级叶轮后的平衡盘或平衡鼓(又称卸荷盘)来平衡轴向力；D.本发明人在ZL02114680.2名称为“叶轮对称布置的分段式多级离心泵”的发明专利公开了一种单吸多级节段式离心泵，叶轮分布呈近似对称状态，残余轴向力由推力轴承来承担。上述各种结构形式的多级离心泵无论是蜗壳式的还是径向导叶式的，其平衡轴向力的方法一般分两类：一类是用对称布置的方法使整台泵轴向力基本平衡，由推力轴承来承担残余轴向力；另一类是全部叶轮同方向安装，用平衡盘使整台泵的轴向力达到动态平衡，或者使用平衡鼓(卸荷盘)的平衡力与整台泵的轴向力达到基本平衡，而残余轴向力仍然由推力轴承来承担。上述泵的轴向力在出厂前已调整好，在运行过程中不再进行调控轴向力的工作。
但是，泵在运行期间，由于多级离心泵多数情况使用在矿井下或野外农田灌溉中，运行环境条件较差，被泵送的液体中常含有一定量的固体颗粒，泵内磨损的速度随含杂量和颗粒度的加大而急剧加快，导致大量的泵远远达不到行业标准规定的首次大修期(8000小时以上)就已损坏，有的泵甚至只能使用数百小时。对此]在该行业解决的方法往往是解体检修，甚至另换新泵。非计划性停机现象屡屡发生，严重影响了正常生产。
本发明人根据多年的观察和研究，发现随着泵运行时间的延长，单吸叶轮前后密封间隙都会因磨损而逐渐加大，前密封间隙的加大使得叶轮前盖板所承受压力分布较低，后密封间隙的加大使得叶轮后盖板所承受压力分布升高，二者都引起轴向力沿着指定单吸叶轮进水口侧的方向增大以致引起推力轴承的损坏。传统单吸单级离心泵对上述泵运行过程中轴向力增大没有具体应对措施，只是这种轴向力变化增量较小，变化速度较慢，表现出的危害不十分的严重。而在多级泵的实际运行过程中，所有的密封间隙都会因磨损而逐渐增大，各个密封间隙的磨损都会导致每级叶轮两个盖板外的压力分布发生变化，每级叶轮承受的轴向力随着运行出现增量，多级离心泵中多数叶轮这种轴向心力增量比单级泵情况还要大得多。多级泵全部叶轮所承受的轴向力的增量迭加在一起，表现为整台多级泵运行过程中出现的轴向力增量。这个增量与单级泵情况相比有三个显著的特点：一是量值大，二是变化快，三是方向和大小会随对称布置与否和对称布置的具体方式而有所不同。这往往会导致整台多级泵的实际轴向力值超出设计规定的轴向力变化范围，而导致多级离心泵的损坏，也是工程实践中多级离心泵故障率远较单级离心泵故障率高得多的最根本、最主要的原因。事实是现有技术中，多级离心泵比单级离心泵因轴向力过大而造成的故障率高得多。总之，运行过程中出现的轴向力增量是多级离心泵因轴向力过大而造成各种故障的根源。
发明内容：
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种动态调控多级离心泵轴向力的调控装置。当多级泵在运行过程中由于各种密封间隙的磨损而出现轴向力增量时，通过调整调控装置中的节流机构调节流量使其进、出口两端的压力差达到预定值，从而控制多级泵中两个特定腔体内的压力分布平均值之差达到预定值，对泵运行过程中因密封间隙磨损而出现轴向力增量进行及时恰当的反方向抵偿，从而延长多级泵的平均无故障工作时间(MTBF)，提高泵的平均使用寿命。
本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现：一种动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，包括有两个连通管(3-3、3-6)，其两端设有与泵体相联接的进口端管接头(3-4)和出口端管接头(3-5)，两个连通管(3-3、3-6)上设有作为动态调控多级离心泵轴向力的执行机构的节流机构(3-1)；第一连通管(3-3)上设有压力表(3-2)或者在两个连通管(3-3、3-6)之间设有作为动态调控多级离心泵轴向力的监测机构或辅助监测机构的压差计(3-2’)，将其与多级泵的高压腔与低压腔连通后，通过调整节流机构(3-1)孔内径的大小，可以调控轴向力的大小及方向。
根据发明人多年的研究和试验，当将调控装置与多级泵的高压腔与低压腔连通后，监测机构压力表(3-2)或压差计(3-2’)反映的高压腔的压力与多级离心泵轴向力存在函数对应的关系，通过压力表或压差计可以间接监测轴向力的大小及方向。
本发明所述的动态调控多级离心泵轴向力的调控装置还包括有两个连通管(3-3、3-6)的管径为多级泵泵口径的1/4-3/4。
节流机构(3-1)还可为在两个连通管(3-3、3-6)上设有法兰盘(3-7、3-8)，两盘之间至少设有两个不同孔径的节流环(3-9)。
节流机构(3-1)还为在第二连通管(3-6)出口端管接头(3-5)或在第一连通管(3-3)进口端管接头(3-4)上至少设有两个不同孔径的节流环(3-9)。
节流机构(3-1)还可以为两端设有螺纹，并至少设有两个不同孔径的节流管(3-10)。
节流机构(3-1)还可为节流阀或为电动节流阀门。节流阀或电动节流阀门为开度能连续调节而且任一开度均能可靠保持。
本发明所述的监测机构压力表(3-2)可设于与进口端管接头(3-4)相联接的泵体的高压泵腔Qg上。
所述的监测机构压差计(3-2’)可设于两个连通管(3-3、3-6)和出口端管接头(3-5)相联接的泵体的低压泵腔Qd之间。
监测机构压差计(3-2’)还可设于两个连通管(3-3、3-6)与进口端管接头(3-4)相联接的泵体的高压泵腔Qg之间。
本发明的有益效果是，
1.结构简单，设计合理。
2.在泵运行的过程中由用户根据调控装置上设置的测试部件数值的变化来调整多级离心泵轴向力，使多级泵的轴向力始终处于设计规定的范围以内，从而使多级离心泵的平均无故障工作时间(MTBF)及平均使用寿命大为延长。同时，由于可对多级离心泵叶轮总数i和叶轮的布置方式及其它过流部件作出比较灵活和适当的调整等，可使多级离心泵的效率有所提高。
3.调控装置安装在泵体的外部非常显明和方便的位置，便于对其节流作用进行适时的调整。
4.适用于蜗壳式或是导叶式，卧式或立式等结构形式的多级离心泵。
附图说明：
以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述：
图1为本发明实施例1的主视图。
图2为本发明实施例2的主视图。
图3为本发明实施例3的主视图。
图4为本发明实施例4的主视图。
图5为本发明实施例5的主视图。
图6为本发明在叶轮对称布置的多级离心泵上的应用的主视图。
具体实施方式：
实施例1：见图1，动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，有两个连通管3-3、3-6，其两端设有与泵体相联接的进口端管接头3-4和出口端管接头3-5，在两个连通管3-3、3-6上设有节流机构3-1，在两个连通管3-3、3-6上还设有监测机构压力表3-2或设有压差计3-2’。两个连通管3-3、3-6的管径为多级泵泵口径的1/2。节流机构3-1为在两个连通管3-3、3-6上设有法兰盘3-7、3-8，两盘之间设有六个不同中孔孔径的节流环3-9。
实施例2：动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，节流机构3-1为在第二连通管3-6出口端管接头3-5上至少设有两个不同中孔孔径的节流环3-9。其监测机构压差计3-2’设于两个连通管3-3、3-6和与出口端管接头3-5相联接的多级泵的泵体的低压泵腔Qd之间。其它结构与实施例1相同。
实施例3：动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，节流机构3-1为两端设有螺纹，并至少设有两个不同中孔孔径的节流管3-10。其它结构与实施例1相同。
实施例4：动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，节流机构3-1为节流阀或为电动节流阀门。
实施例5：动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，节流机构3-1为在两个连通管3-3、3-6进口端管接头3-4上至少设有两个不同中孔孔径的节流环3-9。监测机构压力表3-2设于与进口端管接头3-4相联接的泵体的高压泵腔Qg上。其监测机构压差计3-2’设于两个连通管3-3、3-6与进口端管接头3-4相联接的泵体的泵体的高压泵腔Qg之间。
应用例：见图6，本发明在叶轮对称布置的多级离心泵上的应用的主视图。
为型号MDZ85-67X6的叶轮对称布置的单吸六级离心泵，整台泵分为前部和后部两组，前部叶轮和后部叶轮进口方向相反。多级泵的总级数为偶数，前、后部叶轮总数相等。以上总体布置方式可使前、后两组叶轮所承受的轴向力大部互相抵消。在分前、后两部对称布置的或近似对称布置的多级离心泵，其前部叶轮进水口指向驱动端，后部指向非驱动端，在前部末叶轮1-3上设有后密封环1-9，在后密封环1-9范围以内的腔体1-4上开调控孔1-6，用调控装置将调控孔1-6与前部前数级叶轮的吸入腔1-2或前部吸入段的吸入室1-1通过回流孔1-7、1-8相连通。调控孔1-6与调控装置的进口管接头3-4连接，调控装置的出口管接头3-5与前部中段1-2或前部吸入段的吸入室1-1相连通。输送液体的主液流从前部吐出段压出后，通过与泵进、出口等直径的管路与后部吸入段的吸水室2-2相连通，最后从后部吐出段压出。后部轴承体2-3上安装配对角接触球轴承2-4。
整台泵出厂前，通过实测给出调控轴向力的监测值：
安装调控装置节流孔的孔径最小的节流片3-9，使整台多级泵的残余轴向力达到监测机构压力的初始值，如泵出口压力为3.98MPa，流量为85m3/h，其监测机构压力的初始值为1.34MPa，随着多级泵运行过程中密封间隙的磨损轴向力将发生变化，但是由于此种结构形式的多级泵在运行中前、后部绝大多数叶轮有关密封间隙对称磨损的原因，运行中的实际轴向力与腔体1-4内的压力或者与腔体1-4与前部末级叶轮之前叶轮的吸入室或前部吸入室之间的压力差存在有比较确切的一一对应关系，随着前、后部吐出段间轴套部位泄漏间隙及前部末级叶轮后密封环密封间隙的磨损引起对应的泄漏量逐步加大，使得前部末级叶轮后密封环范围的腔体1-4内压力升高，从而压力表3-2或压差计3-2’的显示值变大，整台多级泵的残余轴向力由-fm开始逐渐地由负变零进而变为正向。残余轴向力的正向最大允许值fm与开始时的负向轴向力-fm绝对值相等，亦等于设计时选用双向推力轴承所允许的轴向力的最大值，当残余轴向力达到监测机构压力达到调控值2.08MPa。再由用户将节流片3-9更换为孔径较大的节流片3-9，使轴向力的变化重复上述“-fm-零值-fm”的变化过程，对应的压力表3-2显示值重复上述1.56MPa-2.08MPa或压差计3-2’重复上述“ΔPmin-ΔPmax”的变化过程。每经历一个变化过程，就将节流片3-9更换为孔径更大的节流片3-9，直至将所有备用5个节流片3-9全部用完，再对泵进行检修。更换一个节流片3-9的周期与所泵送液体的清洁程度(含杂量及其颗粒度)、各种密封间隙所使用材质及其它一些具体设计参数有关。
只要压力表3-2或压差计3-2’的显示值处于规定的范围内，则残余轴向力也就处于-fm、fm之间。残余轴向力是随泵的流量变化的，因此这种泵出厂时要给出“调控装置压力表读数极小值Pmin、极大值Pmax-进、出口压力(流量)”曲线或者给出“压差计读数极小值ΔPmin、极大值ΔPmax一进、出口压力(流量)”曲线，该曲线还应按安装后泵的实际吸入真空度进行调整，以便在运行中随时间接监测轴向力的变化情况。
Claims (9)
1.一种动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，包括有两个连通管(3-3、3-6)，其两端设有与泵体相联接的进口端管接头(3-4)和出口端管接头(3-5)，其特征是还包括在两个连通管(3-3、3-6)上设有作为动态调控多级离心泵轴向力的执行机构的节流机构(3-1)；在第一连通管(3-3)上设有压力表(3-2)或者在两个连通管(3-3、3-6)之间设有作为动态调控多级离心泵轴向力的监测机构或辅助监测机构的压差计(3-2’)。
2.如权利要求1所述的动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，其特征是还包括有所述的两个连通管(3-3、3-6)的管径为多级泵泵口径的1/4-3/4。
3.如权利要求1所述的动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，其特征是还包括所述的节流机构(3-1)为在两个连通管(3-3、3-6)上设有法兰盘(3-7、3-8)，两盘之间至少设有两个不同孔径的节流环(3-9)。
4.如权利要求1所述的动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，其特征是还包括所述的节流机构(3-1)为在第二连通管(3-6)出口端管接头(3-5)或在第一连通管(3-3)进口端管接头(3-4)上至少设有两个不同孔径的节流环(3-9)。
5.如权利要求1所述的动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，其特征是还包括所述的节流机构(3-1)为两端设有螺纹，并至少设有两个不同孔径的节流管(3-10)。
6.如权利要求1所述的动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，其特征是还包括所述的节流机构(3-1)可为节流阀或为电动节流阀门。
7.如权利要求1所述的动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，其特征是还包括所述的监测机构压力表(3-2)可设于与进口端管接头(3-4)相联接的泵体的高压泵腔Qg上。
8.如权利要求1所述的动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，其特征是还包括所述的监测机构压差计(3-2’)可设于两个连通管(3-3、3-6)和出口端管接头(3-5)相联接的泵体的低压泵腔Qd之间。
9.如权利要求1所述的动态调控多级离心泵轴向力的调控装置，其特征是还包括所述的监测机构压差计(3-2’)可设于两个连通管(3-3、3-6)与进口端管接头(3-4)相联接的泵体的高压泵腔Qg之间。
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