CN102305219B - 有间隙支撑转子的多级离心泵 - Google Patents

Abstract

有间隙支撑转子的多级离心泵，应用于多级离心泵加工制造技术领域。在泵壳体内有左泵腔和右泵腔，第一介质入口和第一介质出口分别位于左泵腔的左右两端，在左泵腔内有五个左叶轮；在右泵腔内有五个右叶轮；第一介质出口通过外接管路与第二介质入口相连通，平衡孔与泵轴的外表面相通；平衡孔通过外接管路与第一介质入口相连通；位于左泵腔和右泵腔之间的泵轴外表面与泵壳体内表面之间的间隙形成了第一环形间隙密封流道。位于右泵腔与平衡孔之间的泵轴外表面与泵壳体内表面之间的间隙形成了第二环形间隙密封流道。效果是：明显增加转子的低阶临界转速，改善了其振动性能，提高了多级离心泵机组运行时的可靠性。

Description

有间隙支撑转子的多级离心泵

技术领域

本发明涉及多级离心泵技术领域，特别涉及多级离心泵转子系统减震装置，一种有间隙支撑转子的多级离心泵。

背景技术

在石油、化工、电力和钢铁等行业，广泛应用高压多级离心泵，高压多级离心泵是生产装置的重要辅机。随着生产装置的大型化，离心泵机组单机容量的不断增大，导致其叶轮级数增加，泵轴加长，这使得多级离心泵内转子系统运行的稳定性与可靠性显得格外重要。在离心泵的转子动力学设计过程中，要求其转子系统的一阶临界转速高于工作转速，即保证泵轴为刚性转子。通常在单级或两级离心泵中，这一要求较易实现，但随着离心泵性能参数要求的提高，其级数与泵轴长度均明显增加，导致转子系统低阶临界转速大幅降低，甚至有可能低于工作转速，很难满足刚性转子的设计要求。

目前，国内对大型高压多级离心泵转子系统设计方面开展了研究，在涉及到多级泵轴的转子设计时，通常依据之前单级或两级离心泵的设计经验进行，这种方法一般可满足泵轴本身的强度要求，但由于低估了泵轴加长，级数增加后转子系统低阶临界转速的下降幅度，导致高压多级离心泵振动性能达不到要求，造成了大型超高压离心泵机组产生振动，影响机组运行安全。因此，为提高多级离心泵机组运行的可靠性，有必要根据多级离心泵本身的结构特点，在满足其高性能参数的同时，进一步改进多级离心泵转子系统的支撑结构，提高转子系统的低阶临界转速，最终达到多级离心泵转子系统刚性设计的要求。

发明内容

本发明的目的是：提供一种有间隙支撑转子的多级离心泵，能在显著增加转子系统低阶临界转速，提高转子系统运行稳定性的同时，降低泵轴自身尺寸和重量，进一步提高多级离心泵的效率，降低其成本。

本发明采用的技术方案是：有间隙支撑转子的多级离心泵，包括带有导流部件的泵壳体，在泵壳体的两端外侧分别设置左轴承和右轴承；泵轴1贯穿该泵壳体；泵轴两端固定在左轴承和右轴承上；在泵壳体的两端有左迷宫密封和右迷宫密封，泵轴与泵壳体之间通过左迷宫密封和右迷宫密封进行密封；其特征在于：在泵壳体内有左泵腔和右泵腔，左泵腔和右泵腔中间有隔墙，泵轴穿过隔墙的轴孔；在泵壳体上从左至右分别设有第一介质入口、第一介质出口、第二介质出口、第二介质入口和平衡孔。

第一介质入口在左泵腔的左端，第一介质出口在左泵腔的右端，并且第一介质入口和第一介质出口分别与左泵腔相连通。在左泵腔内有五个左叶轮，五个左叶轮固定在泵轴上，五个左叶轮的安装方向相同；五个左叶轮位于第一介质入口和第一介质出口之间，从第一介质入口流入的介质依次经五个左叶轮增压后，然后从第一介质出口流出。

第二介质入口在右泵腔的右端，第二介质出口在右泵腔的左端，并且第二介质入口和第二介质出口分别与右泵腔相连通。在右泵腔内有五个右叶轮，五个右叶轮固定在泵轴上，五个右叶轮的安装方向相同；五个右叶轮位于第二介质入口和第二介质出口之间，从第二介质入口流入的介质依次经五个右叶轮增压后，然后从第二介质出口流出。

所述的平衡孔的位置在右泵腔的右侧并且平衡孔的中心线与第二介质入口中心线之间的垂直距离在100～150mm之间；

第一介质出口与第二介质入口之间连接有外接管路，第一介质出口与第二介质入口之间通过外接管路相连通；平衡孔与第一介质入口之间连接有外接管线，平衡孔与第一介质入口之间通过外接管线相连通。

左泵腔和右泵腔之间隔墙的轴孔内壁与泵轴外表面之间有0.25～0.50mm的第一环形间隙密封流道；在右泵腔与平衡孔之间的泵轴外表面与泵壳体轴孔内表面之间有0.25～0.50mm的第二环形间隙密封流道。第一环形间隙密封流道位于第一介质出口和第二介质出口之间，第二环形间隙密封流道位于第二介质入口和平衡孔之间。

第二环形间隙密封流道和第一环形间隙密封流道在0.25～0.75mm范围内，具有良好的间隙密封效果。

简述有间隙支撑转子的多级离心泵的工作原理。参阅图1。介质经第一介质入口31输入后，首先进入第一左叶轮8，经过五个左叶轮8的增压后由第一介质出口33流出再进入第二介质入口36内；然后介质进入第一右叶轮6，经过五个右叶轮6的进一步增压后由第二介质出口34输出。

第一、由于左叶轮8的入口面向左侧，而右叶轮6的入口面向右侧，因此左叶轮8和右叶轮6上所受流体力有一部分被平衡掉，减少了泵轴1所承受的轴向力，从而降低了对左轴承2和右轴承4的轴向载荷要求，有助于增加转子系统本身的稳定性。

第二、第一介质出口33和与之相通第二介质入口36处的介质压力为经五级叶轮增压后的压力，第二介质出口34处的介质压力为经十级叶轮增压后的压力；平衡孔37由于与第一介质入口31相连，因此为介质增压前的初始压力。这样，位于第一介质出口33和第二介质出口34之间的第一环形间隙密封流道7的两端，以及位于第二介质入口36与平衡孔37之间的第二环形间隙密封流道5的两端将存在五级叶轮增压形成的压差，由此压差引起的介质流动及泵轴1的转动导致的洛马金效应可对泵轴1产生支撑作用，也即在环形间隙密封I7和环形间隙密封II5的位置将对泵轴1产生除左轴承2和右轴承4支撑外的额外支撑。

简述有间隙支撑转子的多级离心泵的安装与使用。参阅图2。电机9通过联轴器10带动泵轴1转动，介质由第一介质入口31进入，经泵壳体3内的左叶轮8和右叶轮6的增压后，最终第二介质出口34输出。用于有间隙支撑转子的多级离心泵结构，为了提高对转子系统的支撑作用，减少泵轴所受轴向力，在实际使用时，使主轴的左端通过联轴器与动力机构相连，各级叶轮装于泵轴上，泵轴本身通过两端的轴承支撑，输送的介质通过一端入口进入叶轮流道，然后介质通过一定数量叶轮增压后，在增压到一定压力后将介质通过靠近泵体中间位置的出口输出，并经流道输送到另一端的叶轮入口，最后在泵体靠近中心的位置经叶轮出口输出。

本发明的有益效果：本发明有间隙支撑转子的多级离心泵，

第一，本发明将位于泵体左侧的叶轮和右侧的叶轮等量对称布置，作用在叶轮上的部分轴向流体推力能自动抵消掉，从而实现了尽量降低泵轴承受轴向力的目的，间接降低了轴承支撑所受的轴向载荷，提高轴承支撑的稳定性。

第二，在第一个介质出口和第二个介质出口之间设置了第一环形间隙密封流道，并将第一个介质入口与在第二个介质入口附近设置的平衡孔相连，这样在第二个介质入口与平衡孔间形成了一个第二环形间隙密封流道。上述两个间隙流道产生的流体力将对转子系统产生明显的支撑作用，尤其是第一个环形间隙密封流道由于位于转子系统的中间位置，支撑作用显著，可明显降低转子系统低阶临界转速。

综上所述，本发明在多级离心泵本身结构特点的基础上，提出了一种新的转子系统支撑结构，可以明显增加转子的低阶临界转速，改善了其振动性能，提高了多级离心泵机组运行时的可靠性。

附图说明

图1是本发明有间隙支撑转子的多级离心泵结构剖面示意图。

图2是本发明有间隙支撑转子的多级离心泵外形示意图。

图中，1-泵轴，2-左轴承，3-泵壳体，4-右轴承，5-环形间隙密封II，6-右叶轮，7-环形间隙密封I，8-左叶轮，9-电机，10-联轴器，31第一介质入口、32左泵腔、33第一介质出口、34第二介质出口、35右泵腔、36第二介质入口、37平衡孔、41左迷宫密封、42右迷宫密封。

具体实施方式

实施例1：以一个有间隙支撑转子的多级离心泵为例，对本发明作进一步详细说明。

参阅图1。本发明有间隙支撑转子的多级离心泵，包括带有导流部件的泵壳体3，在泵壳体3的两端外侧分别设置一个左轴承2和一个右轴承4。泵轴1贯穿该泵壳体3，泵轴1两端固定在左轴承2和右轴承4上。在泵壳体3的两端有左迷宫密封41和右迷宫密封42，泵轴1与泵壳体3之间通过左迷宫密封41和右迷宫密封42进行密封。

在泵壳体2内有左泵腔32和右泵腔35，左泵腔32和右泵腔35的内径均为250mm，长度均为550mm。左泵腔32和右泵腔35中间有125mm厚的隔墙，泵轴1穿过隔墙的轴孔；在泵壳体3上从左至右分别设有一个第一介质入口31、一个第一介质出口33、一个第二介质出口34、一个第二介质入口36和一个平衡孔37。

第一介质入口31在左泵腔32的左端外壁上，第一介质出口33在左泵腔32的右端，并且第一介质入口31和第一介质出口33分别与左泵腔32相连通。在左泵腔32内有五个左叶轮8，五个左叶轮8固定在泵轴1上，五个左叶轮8的安装方向相同；五个左叶轮8位于第一介质入口31和第一介质出口33之间，从第一介质入口31流入的介质依次经五个左叶轮8增压后，然后从第一介质出口33流出。

第二介质入口36在右泵腔35的右端外壁上，第二介质出口34在右泵腔35的左端，并且第二介质入口36和第二介质出口34分别与右泵腔35相连通。在右泵腔35内有五个右叶轮6，五个右叶轮6固定在泵轴1上，五个右叶轮6的安装方向相同；五个右叶轮6位于第二介质入口36和第二介质出口34之间，从第二介质入口36流入的介质依次经五个右叶轮6增压后，然后从第二介质出口34流出。

所述的平衡孔37在泵壳体3外壁上，平衡孔37的位置在右泵腔35的右侧并且平衡孔37的中心线与第二介质入口36中心线之间的垂直距离为150mm；

第一介质出口33与第二介质入口36之间连接有外接管路90，第一介质出口33与第二介质入口36之间通过外接管路90相连通；平衡孔37与第一介质入口31之间连接有外接管线91，平衡孔37与第一介质入口31之间通过外接管线91相连通。

左泵腔32和右泵腔35之间隔墙的轴孔内壁与泵轴1外表面之间有0.25mm的第一环形间隙密封流道7；在右泵腔35与平衡孔37之间的泵轴1外表面与泵壳体3轴孔内表面之间有0.25mm的第二环形间隙密封流道5。第一环形间隙密封流道7位于第一介质出口33和第二介质出口34之间，第二环形间隙密封流道5位于第二介质入口36和平衡孔37之间。

Claims (1)

1.一种有间隙支撑转子的多级离心泵，包括带有导流部件的泵壳体(3)，在泵壳体(3)的两端外侧分别设置左轴承(2)和右轴承(4)；泵轴(1)贯穿该泵壳体(3)；泵轴(1)两端固定在左轴承(2)和右轴承(4)上；在泵壳体(3)的两端有左迷宫密封(41)和右迷宫密封(42)，泵轴（1）与泵壳体(3)之间通过左迷宫密封(41)和右迷宫密封(42)进行密封；其特征在于：在泵壳体(2)内有左泵腔(32)和右泵腔(35)，左泵腔(32)和右泵腔(35)的内径均为250mm，长度均为550mm；左泵腔(32)和右泵腔(35)中间有125mm厚的隔墙，泵轴(1)穿过隔墙的轴孔；在泵壳体(3)上从左至右分别设有一个第一介质入口(31)、一个第一介质出口(33)、一个第二介质出口(34)、一个第二介质入口(36)和一个平衡孔(37)；

第一介质入口(31)在左泵腔(32)的左端外壁上，第一介质出口(33)在左泵腔(32)的右端，并且第一介质入口(31)和第一介质出口(33)分别与左泵腔(32)相连通；在左泵腔(32)内有五个左叶轮(8)，五个左叶轮(8)固定在泵轴(1)上，五个左叶轮(8)的安装方向相同；五个左叶轮(8)位于第一介质入口(31)和第一介质出口(33)之间，从第一介质入口(31)流入的介质依次经五个左叶轮(8)增压后，然后从第一介质出口(33)流出；

第二介质入口(36)在右泵腔(35)的右端外壁上，第二介质出口(34)在右泵腔(35)的左端，并且第二介质入口(36)和第二介质出口(34)分别与右泵腔(35)相连通；在右泵腔(35)内有五个右叶轮(6)，五个右叶轮(6)固定在泵轴(1)上，五个右叶轮(6)的安装方向相同；五个右叶轮(6)位于第二介质入口(36)和第二介质出口(34)之间，从第二介质入口(36)流入的介质依次经五个右叶轮(6)增压后，然后从第二介质出口(34)流出；

所述的平衡孔(37)在泵壳体(3)外壁上，平衡孔(37)的位置在右泵 腔(35)的右侧并且平衡孔(37)的中心线与第二介质入口(36)中心线之间的垂直距离为150mm；

第一介质出口(33)与第二介质入口(36)之间连接有外接管路(90)，第一介质出口(33)与第二介质入口(36)之间通过外接管路(90)相连通；平衡孔(37)与第一介质入口(31)之间连接有外接管线(91)，平衡孔(37)与第一介质入口(31)之间通过外接管线(91)相连通；

左泵腔(32)和右泵腔(35)之间隔墙的轴孔内壁与泵轴(1)外表面之间有0.25mm的第一环形间隙密封流道(7)；在右泵腔(35)与平衡孔(37)之间的泵轴(1)外表面与泵壳体(3)轴孔内表面之间有0.25mm的第二环形间隙密封流道(5)；第一环形间隙密封流道(7)位于第一介质出口(33)和第二介质出口(34)之间，第二环形间隙密封流道(5)位于第二介质入口(36)和平衡孔(37)之间。 

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