CN102996503A - 一种能够自平衡轴向力的多级分段式离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够自平衡轴向力的多级分段式离心泵，泵轴上设置有至少两级叶轮，每一级叶轮的前轮毂半径小于其后轮毂半径，前一级叶轮的后轮毂半径等于后一级叶轮的前轮毂半径，末级叶轮的后轮毂半径等于轴端密封处半径。根据每一级叶轮的叶轮前轮毂半径、叶轮前轮毂口环半径、叶轮出口半径的大小和叶轮两侧的液体压强分布规律，可以确定出叶轮后轮毂半径的大小，使得叶轮两侧的液体压力趋于相等，实现各级叶轮趋于无轴向力，从而实现多级分段式离心泵整个轴系转子轴向力的大大减小，同时使得多级叶轮同方向布置，并且无需另外加设轴向力平衡装置，结构简单紧凑，具有叶轮轴系转子无轴向窜动、叶轮级间的液体泄漏小等优点。

Description

一种能够自平衡轴向力的多级分段式离心泵

技术领域

本发明涉及一种多级分段式离心泵，具体的说，是涉及一种能够自平衡轴向力的多级分段式离心泵。

背景技术

多级分段式离心泵结构简单、应用广泛，但在使用中由于其叶轮两侧液体压力分布不均，即轮盖侧液体压力较低，轮盘侧液体压力较高，因此会产生一个与泵轴轴线平行的轴向力，其方向指向叶轮入口。

目前多级离心泵轴向力平衡的方法主要有以下几种：①对称布置叶轮法，但这种方法要求叶轮的数量必须是偶数，且离心泵流道复杂，泵体结构复杂；②在末级叶轮轮盘侧采用平衡鼓结构，但平衡鼓两侧压差较大，造成平衡鼓间隙处存在较大的液体泄漏，使得离心泵的容积效率较低；同时在各级叶轮轴向力的作用下，传动轴处于压杆状态下运行，口环处磨损严重，使用寿命低。③在末级叶轮轮盘侧采用自动平衡盘结构，但采用平衡盘结构的离心泵轴系转子必须存在一定的轴向窜动量，轴系转子的轴向窜动不利于轴端密封，使得轴端密封易失效；同时轴系转子的轴向窜动容易造成转子部件与静子部件之间的磨损；另外轴系转子的轴向窜动使得离心泵在启动、停止或流量扬程有变化的时候，会产生冲击和碰撞，增加零件摩擦磨损，导致平衡盘容易损坏，需要经常更换，降低离心泵的使用寿命，增加离心泵的维修费用。

发明内容

本发明要解决的是现有多级离心泵存在较大轴向力的技术问题，提供一种能够自平衡轴向力的多级分段式离心泵，能够大幅度减小整个离心泵泵轴轴系的轴向力，改善多级分段式离心泵泵轴的受力状态，提高轴系泵轴的寿命。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种能够自平衡轴向力的多级分段式离心泵，包括泵轴，所述泵轴上设置有至少两级叶轮，其特征在于，每一级所述叶轮的前轮毂半径小于其后轮毂半径，前一级所述叶轮的后轮毂半径等于后一级所述叶轮的前轮毂半径，末级所述叶轮的后轮毂半径等于轴端密封处半径。

每一级所述叶轮的后轮毂半径R4根据下述公式计算得出：

(R₁ ²-R₂ ²)p₁₂+(R₂ ²-R₃ ²)p₃=(R₁ ²-R₄ ²)p₁₄

式中，R₁为叶轮出口处半径；R₂为叶轮前轮毂口环处半径；R₃为叶轮前轮毂半径；p₃为叶轮入口处压强，Pa；p₁₂为叶轮前盖板上从叶轮出口到叶轮前轮毂口环处的平均压强，Pa；p₁₄为叶轮后盖板上从叶轮出口到叶轮后轮毂处的平均压强，Pa；

其中，p₁₂为0.6至0.8倍的p₁；p₁₄为0.7至0.9倍的p₁；p₁为叶轮出口处压强。

本发明的有益效果是：

本发明多级分段式离心泵上的多级叶轮同方向布置，并且无需另外加设轴向力平衡装置，结构简单紧凑，通过增加各级叶轮的后轮毂直径，使得各级叶轮的后轮毂直径大于其前轮毂直径，减小叶轮轮盘侧液体压强的作用面积，进而减小轮盘侧液体的压力，使得各级叶轮轮盘侧和轮盖侧液体的作用压力趋于相等，实现各级叶轮趋于无轴向力，进而实现多级分段式离心泵的整个泵轴轴系轴向力的大大减小。

另外，本发明的结构与在末级叶轮轮盘侧采用平衡鼓或自动平衡盘的结构相比较，叶轮轴系转子无轴向窜动，有利于轴端密封，并能够减小摩擦磨损，提高离心泵的使用寿命；同时各级叶轮级间的液体泄漏小，可以提高离心泵的容积效率。

附图说明

图1是本发明所提供的多级分段式离心泵级间结构示意图；

图2是本发明所提供的多级分段式离心泵叶轮结构示意图；

图3是本发明所提供的多级分段式离心泵叶轮两侧液体压力分布示意图。

图中：1-泵轴；2-吸入段壳体；3-首级叶轮；4-首级导叶；5-中间段壳体；6-末级叶轮；7-末级导叶；8-排出段壳体；9-轴端密封；10-轮盖侧；11-轮盘侧。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，本实施例公开了一种能够自平衡轴向力的两级分段式离心泵，由泵轴1、吸入段壳体2、首级叶轮3、首级导叶4、中间段壳体5、末级叶轮6、末级导叶7、排出段壳体8、轴端密封9组成。首级叶轮3安装在泵轴1上，位于吸入段壳体2和首级导叶4之间；末级叶轮6安装在泵轴1上，位于中间段壳体2和末级导叶7之间；轴端密封9位于末级叶轮7后，安装在泵轴1上；液体由吸入段壳体2进入首级叶轮3，经增压后，通过首级导叶4进入末级叶轮6，再次经增压后，通过末级导叶7，由排出段壳体8排出泵外。

本实施例的泵轴1为阶梯轴，与末级叶轮6配合的泵轴1直径大于与首级叶轮3配合泵轴1直径。当泵轴1上设置有两级以上叶轮时，与后一级配合的泵轴1直径大于与前一级叶轮配合的泵轴1直径，与末级叶轮轮盘侧11轴端密封配合的轴径最大。

首级叶轮3的前轮毂半径小于其后轮毂半径，末级叶轮6的前轮毂半径也小于其后轮毂半径，如图2所示。首级叶轮3的后轮毂半径等于末级叶轮6的前轮毂半径，末级叶轮6的后轮毂半径等于轴端密封9处半径。同时，首级叶轮3的轴孔半径、口环处半径分别对应地小于末级叶轮6相应的轴孔半径、口环处半径。

如图3所示，不论对于首级叶轮3还是末级叶轮6，叶轮在轮盖侧10的液体压强包括叶轮轮盖侧10的液体压强和叶轮吸入口处的液体压强；叶轮轮盖侧10的液体压强最大值为叶轮外径处压强p₁，最小值为叶轮口环处压强p₂，叶轮轮盖侧10所受的液体压力由叶轮外径处压强p₁逐渐减小至叶轮口环处压强p₂；叶轮入口处压强为p₃。

叶轮在轮盘侧11所受的液体压强最大值为叶轮外径处压强p₁，最小值为叶轮后轮毂半径处压强p₄，叶轮轮盘侧11所受的液体压力由叶轮外径处压强p₁逐渐减小至叶轮后轮毂半径处压强p₄。

根据每一级叶轮的叶轮前轮毂半径R₃、叶轮前轮毂口环半径R₂、叶轮出口处半径R₁的大小和叶轮两侧的液体压强分布规律，可以确定出叶轮后轮毂半径R₄的大小，使得叶轮两侧的液体压力趋于相等，实现各级叶轮趋于无轴向力，从而实现多级分段式离心泵整个轴系转子轴向力大大减小。

因此，不论对于首级叶轮3还是末级叶轮6，叶轮的后轮毂半径R₄可以根据下述公式计算得出：

(R₁ ²-R₂ ²)p₁₂+(R₂ ²-R₃ ²)p₃=(R₁ ²-R₄ ²)p₁₄

式中，R₁为叶轮出口处半径；R₂为叶轮前轮毂口环处半径；R₃为叶轮前轮毂半径；p₃为叶轮入口处压强，Pa；p₁₂为叶轮前盖板上从叶轮出口到叶轮前轮毂口环处的平均压强，Pa；p₁₄为叶轮后盖板上从叶轮出口到叶轮后轮毂处的平均压强，Pa；

其中，p₁₂为0.6至0.8倍的p₁；p₁₄为0.7至0.9倍的p₁；p₁为叶轮出口处压强。

本实施例的两级分段式离心泵具有叶轮同向布置、无轴向力、结构简单、叶轮轴系转子无轴向窜动、叶轮级间的液体泄漏小等优点。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种能够自平衡轴向力的多级分段式离心泵，包括泵轴，所述泵轴上设置有至少两级叶轮，其特征在于，每一级所述叶轮的前轮毂半径小于其后轮毂半径，前一级所述叶轮的后轮毂半径等于后一级所述叶轮的前轮毂半径，末级所述叶轮的后轮毂半径等于轴端密封处半径。

2.根据权利要求1所述的一种能够自平衡轴向力的多级分段式离心泵，其特征在于，每一级所述叶轮的后轮毂半径R₄根据下述公式计算得出：

(R₁ ²-R₂ ²)p₁₂+(R₂ ²-R₃ ²)p₃=(R₁ ²-R₄ ²)p₁₄

式中，R₁为叶轮出口处半径；R₂为叶轮前轮毂口环处半径；R₃为叶轮前轮毂半径；p₃为叶轮入口处压强，Pa；p₁₂为叶轮前盖板上从叶轮出口到叶轮前轮毂口环处的平均压强，Pa；p₁₄为叶轮后盖板上从叶轮出口到叶轮后轮毂处的平均压强，Pa；

其中，p₁₂为0.6至0.8倍的p₁；p₁₄为0.7至0.9倍的p₁；p₁为叶轮出口处压强。

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