CN102734174A - 一种双级双排出石墨泵 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够防止叶轮破坏的双级双排出石墨泵。泵内所有与介质接触的过流部件均由石墨制成，电机通过联轴器、长轴和短轴将动力传递给叶轮，该泵包括泵盖、泵体、叶轮、托架和转轴等，该泵采用双级叶轮，分别为一级叶轮和二级叶轮，一级、二级叶轮依次限位安装在同一转轴上，两级叶轮间安装有正、反导叶，二级叶轮所在压水室采用对称双排出结构。采用双级叶轮后，在达到同样扬程和流量的情况下，某一级叶轮所受的扭矩和离心力比采用单级叶轮时小，采用双排出对称结构的压水室后，叶轮所受流体引起的径向力可以相互抵消，这些均可防止叶轮的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨泵，具体为一种双级双排出石墨泵，该泵主要用于输送腐蚀性介质。
背景技术
石墨泵是耐腐蚀泵的一种，泵内所有与介质接触的过流部件均由石墨制成。石墨泵广泛应用于腐蚀性介质的输送，从工业生产领域来看，包括化工、农药、冶金、化纤、医药、轻工和环保等领域。使用的温度大多在40～50℃，由于石墨具有良好的耐热冲击性能，骤冷骤热均不会开裂，特殊的可达220℃。石墨泵的流量为3～200m3/h，扬程为10～65m。化工用石墨泵一般为离心泵，泵的叶轮、蜗室、轴封腔以及吸液管、排液管口等都用不透性石墨制成，适于输送盐酸、氟氢酸、稀硫酸（50%）等。
目前使用的石墨泵大多是单级单排出泵，从使用情况看，叶轮在与轴连接处容易损坏，而铸铁制造的叶轮通常不会发生这种情况，这与浸渍石墨的力学性能远差于铸铁有关，其力学性能如表1所列。但是要提高浸渍石墨的力学性能难度很大。从运行过程中叶轮的受力情况看，主要受到扭矩、径向力和轴向力等载荷的作用，在不改变材料力学性能的情况下，可以从改变石墨泵的结构出发，使运行过程中的叶轮所受到的载荷减小，从而降低叶轮破坏的可能。
表1 浸渍石墨和HT200的主要力学性能参数
| 性能 材料 | 浸渍石墨 | HT200 |
| 抗拉强度MPa | 14左右 | 200 |
| 抗弯强度MPa | 55~67 | 400 |
| 抗压强度MPa | 180~220 | 750 |
| 硬度HB | 23~25 | 160 |
发明内容
为了克服现有石墨泵运行过程中叶轮容易损坏的不足，本发明提供一种双级双排出石墨泵，该石墨泵不仅能满足水力性能的要求，而且能避免泵运行过程中叶轮损坏。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种双级双排出石墨泵，泵内与介质接触的过流部件均采用石墨制成，该泵包括泵盖、泵体、叶轮、托架和转轴，其特征是：该泵采用双级叶轮，分别为一级叶轮和二级叶轮，一级、二级叶轮依次限位安装在同一转轴上，两级叶轮间安装有正、反导叶，二级叶轮所在压水室采用对称双排出结构。
本发明的进一步设计在于，所述对称双排出结构的压水室，为螺旋形对称分布，两蜗舌的方向相差180°，两泵出口的方向也相差180°。
本发明的进一步设计还在于，所述一级、二级叶轮均采用闭式叶轮，其叶片均采用后弯式叶片，两级叶轮叶片数相等，一般采用5~7个叶片。
所述转轴包括长轴和短轴，两轴定位连接，所述一级、二级叶轮均安装在短轴上，长轴经联轴器与电机相连。
所述一级、二级叶轮采用左旋螺纹与短轴连接，一级叶轮后部连接短轴，二级叶轮穿套在短轴上，两级叶轮间采用短轴套进行限位。
所述短轴前部安装所述短轴套，短轴后部安装长轴套，该长轴套与泵体之间密封配合；长轴通过两个支撑的轴承安装在托架上，并设有密封圈。
所述泵体分为前泵体、中间泵和后泵体三部分，三部分安装在泵盖和托架之间并密封配合。
所述正导叶固定在前泵体上，正导叶叶片数与一级叶轮叶片数量不相等或不互为倍数；反导叶固定在中间泵体上，反导叶叶片数与正导叶叶片数相等。
一级叶轮进口与前泵体间安装一级叶轮前口环；二级叶轮进口与中间泵体间安装二级叶轮前口环；二级叶轮与后泵体间安装二级叶轮后口环。
两级叶轮的外径、叶片进出口宽度、叶片厚度和叶片型线结构相同。
本发明的具体设计原理如下：
（1）本发明采用双级叶轮降低单个叶轮所受的扭矩和离心力。这种结构叶轮的泵内流体的流动情况为：流体经一级叶轮升压后流入正导叶，再经反导叶流入二级叶轮，经二级叶轮再次升压后流入双排出压水室，从泵出口流出。由多级泵内各级扬程分布规律可知，双级泵某一级叶轮所贡献的扬程为总扬程的1/2。因此，某一级叶轮的扭矩计算公式为
式中：
Q——泵的流量，
；
H——泵的扬程，m；
η——泵的效率；
g——重力加速度，
。
由式（1）可知，采用双级叶轮后，在达到同样扬程和流量的情况下，某一级叶轮承受的扭矩是采用单级叶轮情况下的1/2倍，降低了叶轮破坏的可能。
另外，由泵的相似理论可知，叶轮直径与扬程的关系为
式中：
H 1、H 2——双级泵某一级的扬程、单级泵的扬程，m；
D 1、D 2——双级泵某一级叶轮的直径、单级泵叶轮的直径，m。
由式（2）可知，本发明采用双级泵后，在总扬程相同的情况下，某一级叶轮的直径为采用单级叶轮情况时的
倍。叶轮直径减小了，所受到的离心力显然也会减小，降低了叶轮破坏的可能。
（2）本发明采用双排出压水室的结构降低叶轮所受的径向力。这种压水室结构对称布置，具有两个蜗舌、两个泵出口，蜗舌的方向相差180°。
一般螺旋形压水室是按设计流量设计的，液体在叶轮周围压水室中的速度和压力是均匀的、轴对称的，故作用于叶轮上的合力为零，理论上无径向力作用。但是，当压水室和叶轮相互协调的条件——设计流量，被破坏时，两者出现了尖锐的矛盾，从而破坏了压力沿叶轮轴对称分布的条件，因而产生了径向力。产生径向力的另一个原因是，从叶轮流出液体的动反力对叶轮的作用。叶轮周围压水室中的压力对液体流出叶轮起阻碍作用。由于压水室的压力不轴对称，液体流出叶轮的速度也是不轴对称的，压力大的地方流速小，压力小的地方流速大，方向与叶轮出口绝对速度方向相反，近似与圆周相切，故动反力引起的径向力的方向大致为压力引起的径向力反旋转方向旋转90°。另外，在运转中由于叶轮叶片与蜗舌的动静干涉，会产生作用于叶轮上交变的径向力，使轴受到交变应力。
本发明为了降低叶轮所受的径向力，采用双排出对称结构的压水室，这样压水室内的压力和流出液体的动反力产生的叶轮径向力，以及蜗舌与叶片间的动静干涉产生的交变径向力可以相互抵消，降低了叶轮破坏的可能。
本发明的有益效果是，可以在满足石墨泵水力性能的同时，避免叶轮的损坏，保证泵的安全可靠长周期运行。
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是本发明的总装图。
图2是一级叶轮的结构图。
图3是二级叶轮的结构图。
图4是图1中正导叶和前泵体的A-A剖视图。
图5是图1中反导叶和中间泵体的B-B剖视图。
图6是图1中后泵体双排出压水室的C-C剖视图。
图中：1.正导叶，2.反导叶，3.二级叶轮前口环，4.中间泵体，5.后泵体，6.圆柱头螺钉，7.冷却室套，8.机械密封，9.圆头普通平键，10.密封圈，11.油塞，12.长轴，13.轴承，14.轴承端盖，15.联轴器，16.单头普通平键，17.电机，18.底座，19.螺栓，20.托架，21.油封，22.长轴套，23.二级叶轮后口环，24.二级叶轮，25.双头螺栓，26.螺母，27.垫圈，28.一级叶轮，29.一级叶轮前口环，30.短轴套，31.短轴，32.泵入口，33.接管，34.前泵体，35.泵盖，36.泵出口，37.蜗舌。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
在图1中，本发明的双级双排出石墨泵包括泵盖（35）、泵体、叶轮、托架（20）和转轴。泵体分为前泵体（34）、中间泵体（4）和后泵体（5）。转轴由长轴（12）和短轴（31）连接而成。该泵采用双级叶轮，分别为一级叶轮（28）和二级叶轮（24），一级、二级叶轮依次串联安装在短轴（31）上，两级叶轮间安装有正、反导叶，二级叶轮（24）所在压水室采用对称双排出结构，该压水室呈螺旋形对称分布。泵内与介质接触的过流部件均采用石墨制成。
电机（17）和托架（20）安装在底座（18）上，利用单头普通平键（16）和联轴器（15）将电机轴与长轴（12）联接；长轴（12）由两个轴承（13）支撑，两端加轴承端盖（14），安装在托架（20）上，并采用密封圈（10）进行密封，防止润滑油漏出；打开油塞（11）可往托架（20）内注油，润滑轴承，维修时，拧开螺栓（19）可排放托架（20）内的润滑油；长轴（12）左端用圆头普通平键（9）与短轴（31）联接。短轴（31）上安装长轴套（22），防止液体腐蚀；采用机械密封（8）作为轴密封，防止泵内液体流出，机械密封的静环通过圆柱头螺钉（6）固定在后泵体（5）上，机械密封（8）外安装冷却室套（7），运行中可进行冷却，并采用油封（21）防止冷却液泄漏。采用双级叶轮结构，可以在达到同样扬程和流量的情况下，减小单级叶轮承受的扭矩和离心力，降低叶轮破坏的可能；两级叶轮间用短轴套（30）进行限位，同时起到防止腐蚀短轴（31）的作用。
一级叶轮（28）进口与前泵体（34）间安装一级叶轮前口环（29），阻止叶轮出口流体回流到一级叶轮进口；二级叶轮（24）进口与中间泵体（4）间安装二级叶轮前口环（3），阻止叶轮出口流体回流到二级叶轮进口；二级叶轮（24）与后泵体（5）间安装二级叶轮后口环（23），阻止叶轮出口流体从二级叶轮后侧轴向流出。
前泵体（34）、中间泵体（4）和后泵体（5）安装在泵盖（35）和托架（20）间，通过双头螺栓（25）、螺母（26）和垫圈（27）拧紧固定；一级叶轮（28）位于前泵体（34）和中间泵体（4）之间，二级叶轮（24）位于中间泵体（4）和后泵体（5）之间；流体在泵内的流动情况为，流体从泵入口（32）流入，经接管（33）流进一级叶轮（28），经一级叶轮升压后进入正导叶（1），再经反导叶（2）流入二级叶轮（24），经二级叶轮再次升压后进入中间泵体（4）和后泵体（5）构成的双排出压水室，最后从两个泵出口（36）流出。
在图2中，一级叶轮（28）采用闭式叶轮，叶片采用后弯式叶片，叶片数一般取6个，短轴不穿透叶轮，螺纹采用左旋形式，以避免叶轮运行过程中因受扭矩从轴上脱落。
在图3中，二级叶轮（24）也采用闭式叶轮后弯式叶片，叶片数目与一级叶轮（28）的叶片数相同，短轴穿透叶轮，螺纹采用左旋形式，以避免叶轮运行过程中因受扭矩从轴上脱落；叶轮外径、叶片进出口宽度、叶片厚度和叶片型线等结构参数与一级叶轮相同。
在图4中，正导叶（1）固定在前泵体（34）上，起到压水室的作用（降低速度，消除液体旋转分量），正导叶叶片数不与叶轮叶片数相等或互为倍数，以避免共振，一般取7个叶片。
在图5中，反导叶（2）固定在中间泵体（4）上，除起到压水室的作用外，还起着把液体引入下一级叶轮的吸水室的作用，反导叶叶片数与正导叶叶片数相等，均采用7个叶片。正反导叶的结构同目前工业上常用的多级泵中的正反导叶结构相同，正反导叶与叶轮的安装方式与现有的也相同。。
在图6中，两泵出口（36）的方向相差180°，两蜗舌（37）的方向也相差180°，二级叶轮出口至泵出口（36）间由中间泵体（4）和后泵体（5）构成的空腔为压水室，该压水室对称分布，采用这种结构可以减小叶轮所受的径向力，降低叶轮破坏的可能。
Claims (10)
1.一种双级双排出石墨泵，泵内与介质接触的过流部件均采用石墨制成，该泵包括泵盖、泵体、叶轮、托架和转轴，其特征是：该泵采用双级叶轮，分别为一级叶轮和二级叶轮，一级、二级叶轮依次限位安装在同一转轴上，两级叶轮间安装有正、反导叶，二级叶轮所在压水室采用对称双排出结构。
2.根据权利要求1所述的双级双排出石墨泵，其特征是：所述对称双排出结构的压水室，为螺旋形对称分布，两蜗舌的方向相差180°，两泵出口的方向也相差180°。
3.根据权利要求1或2所述的双级双排出石墨泵，其特征是：所述一级、二级叶轮均采用闭式叶轮，其叶片均采用后弯式叶片，两级叶轮叶片数相等，一般采用5~7个叶片。
4.根据权利要求3所述的双级双排出石墨泵，其特征是：所述转轴包括长轴和短轴，两轴定位连接，所述一级、二级叶轮均安装在短轴上，长轴经联轴器与电机相连。
5.根据权利要求4所述的双级双排出石墨泵，其特征是：所述一级、二级叶轮采用左旋螺纹与短轴连接，一级叶轮后部连接短轴，二级叶轮穿套在短轴上，两级叶轮间采用短轴套进行限位。
6.根据权利要求5所述的双级双排出石墨泵，其特征是：所述短轴前部安装所述短轴套，短轴后部安装长轴套，该长轴套与泵体之间密封配合；长轴通过两个支撑的轴承安装在托架上，并设有密封圈。
7.根据权利要求1所述的双级双排出石墨泵，其特征是：所述泵体分为前泵体、中间泵和后泵体三部分，三部分安装在泵盖和托架之间并密封配合。
8.根据权利要求7所述的双级双排出石墨泵，其特征是：所述正导叶固定在前泵体上，正导叶叶片数与一级叶轮叶片数量不相等或不互为倍数；反导叶固定在中间泵体上，反导叶叶片数与正导叶叶片数相等。
9.根据权利要求8所述的双级双排出石墨泵，其特征是：一级叶轮进口与前泵体间安装一级叶轮前口环；二级叶轮进口与中间泵体间安装二级叶轮前口环；二级叶轮与后泵体间安装二级叶轮后口环。
10.根据权利要求1所述的双级双排出石墨泵，其特征是：两级叶轮的外径、叶片进出口宽度、叶片厚度和叶片型线结构相同。
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20121017 |