CN102192195A - 一种带有轴向力平衡装置的泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有轴向力平衡装置的泵，包括泵轴、泵体，泵轴穿过泵体，泵轴左端套装有叶轮，叶轮外壁、泵体的左端面固定有密封压盖，泵体的空腔内设有筒体，筒体右端与泵体内壁铸造成一体，叶轮末端深入到筒体内，筒体内壁套装有密封环，密封环与叶轮环壁之间设有径向间隙，筒体底部固定有平衡盘，平衡盘左端面固定有石墨环，叶轮右端面与平衡盘正对位置固定有金属环，平衡盘、石墨环、金属环与泵轴之间形成平衡腔；石墨环与金属环之间设有轴向间隙，轴向间隙与径向间隙、平衡腔相连通。本发明巧妙地利用了轴向间隙液流在旋转过程中所受的离心力引起的压力差阻碍间隙泄漏，而平衡腔又与大气相通，有效地平衡了轴向力。
Description
技术领域：
本发明涉及水泵领域，尤其涉及一种带有轴向力平衡装置的泵。
背景技术：
在当今社会的诸多行业中，泵的应用非常广泛，其运行的稳定性是一个不可忽视的问题，而轴向力的大小则是影响泵运行过程中稳定性的重要因素之一。泵的轴向力问题很早就引起国内外学者的注意，工程技术人员一直在致力于该问题的研究。
早在1915年，Dautherty在《Centrifugal Pump》一书中讨论了离心泵轴向力产生的原因，Stepanoff在1985年出版的专著中，更加系统地介绍了单级和多级离心泵轴向力产生的原因:
1．水泵叶轮的前后盖板受液体压力作用的面积大小不相等，前后泵腔中液体压强的分布也不尽相同，因此，作用在前盖板上的液体压力以及作用在吸入口的压力在轴向上不能与作用在后盖板上的液体压力相平衡，从而造成一个轴向的力，这个力时轴向力的主要部分。
2. 液体从叶轮吸入口流入又叶轮出口从流出，其速度大小和方向均不相同，液体动量的轴向分量发生了变化，因此，根据动量定理，在轴向方向作用了一个冲力，成为动反力。这个作用在叶轮上的力也时轴向力的组成部分。
3. 对于立式泵，转子的重量也时轴向力的组成部分；对于卧式泵，这个轴向力的组成部分则不存在。
在泵的运行过程中，如果存在着过大的轴向力，将会使得泵无法正常工作，造成故障停车，影响安全生产。导致巨大的经济损失。所以，研究一种新型的轴向力平衡装置，具有重大的理论意义和实际意义。
多年以来，轴向力问题一直时泵研究领域重要的课题之一。许多科学工作者为此付出了很大的心血，提出了各种轴向力的平衡方法，从大量的文献资料可以看出，国内外研究人员提出了各种不同的轴向力平衡装置。通过对其比较分析，可以看出这些平衡装置都是基于对背叶片、平衡盘和平衡鼓的改进设计。而且，针对某中类型的泵，这些装置也的确起到了良好的平衡作用。目前大多数泵任沿用传统法的轴向力平衡方法来平衡轴向力,这些方法在工农业生产中各个行业中发挥了巨大的作用，而且为新型的轴向力平衡奠定了基础。
发明内容：
本发明的目的是提供一种带有轴向力平衡装置的泵，巧妙地利用了轴向间隙液流在旋转过程中所受的离心力所引起的压力差，该压力差起到了阻碍间隙泄漏的作用，而平衡腔又与大气相通，有效地平衡了轴向力。
本发明的技术方案如下：
带有轴向力平衡装置的泵，包括泵轴、泵体，泵轴穿过泵体，泵轴左端套装有叶轮，叶轮外壁、泵体的左端面固定有密封压盖，其特征在于：泵体的空腔内设有筒体，筒体右端与泵体内壁铸造成一体，叶轮末端深入到筒体内，筒体内壁套装有密封环，密封环与叶轮环壁之间设有径向间隙，所述的筒体底部固定有平衡盘，平衡盘左端面固定有石墨环，叶轮右端面与平衡盘正对位置固定有金属环，所述的平衡盘、石墨环、金属环与泵轴之间形成平衡腔；所述的石墨环与金属环之间设有轴向间隙，轴向间隙与所述的径向间隙、平衡腔相连通。
所述的带有轴向力平衡装置的泵，其特征在于：所述的叶轮设有曲线流道，曲线流道进水口位于叶轮左端面，出水口位于泵轴与泵体之间的空腔内。
所述的带有轴向力平衡装置的泵，其特征在于：所述的平衡盘、石墨环、金属环套装在泵轴上进行轴向固定。
所述的带有轴向力平衡装置的泵，其特征在于：所述的平衡腔为环形空腔。
本发明与其它平衡装置相比，新型轴向力平衡装置的优点在于：
1．巧妙地利用了轴向间隙液流与旋转过程中受到离心力所引起的压力差，该压力差起到了阻碍间隙泄漏量的作用。而平衡腔又与大气相通，所以该装置能有效地平衡轴向力。
2．平衡装置由于泄漏量的存在，势必会影响泵的容积效率，导致泵的效率下降。而新型轴向力平衡装置能有效地降低泵的泄漏量，从而提高泵的效率。
3．与未安装轴向力的平衡装置时相比，新型轴向力平衡装置可平衡掉大部分轴向力，其平衡轴向力的能力达到91%。而且，平衡轴向力的能力优于叶轮开平衡孔平衡轴向力的方法。
4．通过对该新型轴向平衡装置的理论验证，轴向力的大小与平衡装置径向间隙和轴向间隙以及石墨盘的各尺寸参数有关，如果设计合理，可以完全平衡掉轴向力，甚至可以实现水泵的负轴向力下工作。
轴向力平衡装置与平衡盘平衡鼓向比较均安装在末级叶轮后面，随转子一起旋转；平衡盘和平衡鼓仅仅时利用了间隙泄漏产生的压差，而新型轴向力平衡装置巧妙地利用了轴向间隙流在旋转过程中受到离心力所引起的压力差，该压力差可有效地抑制泄漏，提高泵的容积效率。同时，该平衡装置的平衡腔与大气相通，以实现平衡轴向力。新型轴向力平衡装置与背叶片平衡轴向力的方法比较，背叶片平衡轴向力是通过改变背叶片的有关尺寸(背叶片宽度t,背叶片外部半径R和叶轮后盖板至壳体壁的间隙S)来实现，功耗较大。该新型平衡轴向力的平衡装置，其动件与不动件时金属材料和非金属材料构成的磨擦副，摩擦力小，功耗低。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式：
参见附图：
带有轴向力平衡装置的泵，包括泵轴1、泵体2，泵轴1穿过泵体2，泵轴1左端套装有叶轮3，叶轮3外壁、泵体2的左端面固定有密封压盖4，泵体2的空腔内设有筒体5，筒体5右端与泵体2内壁铸造成一体，叶轮3末端深入到筒体5内，筒体5内壁套装有密封环6，密封环6与叶轮3环壁之间设有径向间隙7，筒体5底部固定有平衡盘8，平衡盘8左端面固定有石墨环9，叶轮3右端面与平衡盘8正对位置固定有金属环10，平衡盘8、石墨环9、金属环10与泵轴1之间形成平衡腔11；石墨环9与金属环10之间设有轴向间隙12，轴向间隙12与径向间隙7、平衡腔11相连通，叶轮3设有曲线流道13，曲线流道进水口13-1位于叶轮3左端面，出水口13-2位于泵轴1与泵体2之间的空腔内，平衡盘8、石墨环9、金属环10套装在泵轴1上进行轴向固定。
平衡装置安装在末级叶轮后面，随着转子一起旋转。液体从叶轮的进水口12-1流入的压力为P1，出水口12-2流出的压力为P2，压力降为P1–P2；然后流经径向间隙7，径向间隙7进口压力为P3，出口压力为P4(也是轴向间隙进口的压力)，压力降为△P= P3 –P4。液体从径向间隙7流出，流出压力为P5，流经轴向间隙12压力降为△P= P4 –P5，平衡腔11与大气相通，则平衡腔11的相对压力为零。在水泵工作时：间隙泄漏液体流经径向间隙7和轴向间隙12，减压后到达平衡腔11，在压力差△P= P3 –P5的作用下，间隙内形成一定的泄漏量。因为平衡腔11与大气相通，在末级叶轮吸入口（进水口）产生了一个与吸入口方向相反的力，因该力与轴向力相反，达到了平衡轴向力的目的。
Claims (4)
1.一种带有轴向力平衡装置的泵，包括泵轴、泵体，泵轴穿过泵体，泵轴左端套装有叶轮，叶轮外壁、泵体的左端面固定有密封压盖，其特征在于：泵体的空腔内设有筒体，筒体右端与泵体内壁铸造成一体，叶轮末端深入到筒体内，筒体内壁套装有密封环，密封环与叶轮环壁之间设有径向间隙，所述的筒体底部固定有平衡盘，平衡盘左端面固定有石墨环，叶轮右端面与平衡盘正对位置固定有金属环，所述的平衡盘、石墨环、金属环与泵轴之间形成平衡腔；所述的石墨环与金属环之间设有轴向间隙，轴向间隙与所述的径向间隙、平衡腔相连通。
2.根据权利要求1所述的带有轴向力平衡装置的泵，其特征在于：所述的叶轮设有曲线流道，曲线流道进水口位于叶轮左端面，出水口位于泵轴与泵体之间的空腔内。
3.根据权利要求1所述的带有轴向力平衡装置的泵，其特征在于：所述的平衡盘、石墨环、金属环套装在泵轴上进行轴向固定。
4.根据权利要求1所述的带有轴向力平衡装置的泵，其特征在于：所述的平衡腔为环形空腔。
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