CN103291645A - 一种热水循环泵轴向力自动动态平衡结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热水循环泵轴向力自动动态平衡结构，通过叶轮在主轴上的游动，增加或减小直角平衡盘与平衡盘套之间的间隙，以调整叶轮后盖板空腔内平均压力和平衡盘泄漏通道内平均压力的大小，从而改变作用在叶轮后盖板的作用力，使叶轮的前后盖板上作用力相等，因而无论叶轮前后盖板上作用力如何变化，产生的轴向力都可以进行平衡，达到叶轮轴向力自动动态平衡的目的。采用本发明的技术方案能够完全平衡叶轮产生的轴向力，且结构简单、可靠，大大提高轴承的使用寿命，对研究安全、可靠、长寿命热水循环泵具有重要意义。

Description

一种热水循环泵轴向力自动动态平衡结构

技术领域

本发明涉及泵的技术领域，尤其是指一种热水循环泵轴向力自动动态平衡结构。

背景技术

在冶金、电力、轻纺、石油、化工、化肥、制药、造纸、环保、橡胶、采暖、余热利用和核能等行业中，都会要用到输送热介质的热水循环泵。由于热水循环泵输送的是高温介质，介质温度一般高于220℃，高温介质就会把热量传递给泵，引起泵的整体温度升高至220℃以上，这样也就影响了泵的各部件工作环境，对泵的安全运行造成一定的影响。尤其对泵的轴封和轴承的可靠运行影响较大。

热水循环泵的主轴支承方式是一端采用1组金属滚子轴承，另一端采用导轴承，常规金属滚子轴承的工作温度最高不能高于75℃，过高的工作温度会缩短轴承的使命，甚至会损坏轴承。轴承温升产生的主要原因是环境温度和轴承运转产生的热量，轴承运转产生的热量与加在轴承上的力成正比，因此，减轻作用在轴承上的力就能够减轻轴承发热量，降低轴承工作产生的温度。

普通热水循环泵叶轮在旋转过程中产生的较大轴向力是由轴承来承受的，会造成轴承发热量加大，升高轴承的温度，再加上热水循环泵输送的介质温度高，又造成轴承的环境温度较高，这样，容易使轴承的工作温度超过许用值，影响轴承的使用寿命，从而影响热水循环泵的可靠性，为了提高热水循环泵的可靠性，降低轴承的温度是必须，对目前热水循环泵轴向力平衡方法进行改进，使之完全不作用在轴承上，大大减轻轴承上的作用力，从而降低轴承的温度，提高轴承的使用寿命。

发明内容

本发明的技术方案是一种热水循环泵轴向力自动动态平衡结构，其目的旨在克服目前热水循环泵轴向力平衡的不足，提出轴向力通过叶轮自身在主轴上游动达到自动动态平衡的方法，解决较大轴向力加在轴承上引起轴承温度升高的技术问题，能够提高热水循环泵轴承的使用寿命。

本发明的技术原理：通过叶轮在主轴上的游动，增加或减小直角平衡盘与平衡盘套之间的间隙，以调整叶轮后盖板空腔内平均压力P ₂ 和平衡盘泄漏通道内平均压力P ₃ 的大小，从而改变作用在叶轮后盖板的作用力，使叶轮的前后盖板上作用力相等，因而无论叶轮前后盖板上作用力如何变化，产生的轴向力都可以进行平衡，达到叶轮轴向力自动动态平衡的目的。

本发明具体的技术方案：工作时，主轴通过键带动叶轮旋转，旋转的叶轮将能量传递给输送的介质，介质到叶轮出口就具有较高的压力，因叶轮出口与叶轮前后盖板空腔连通，该压力就会作用在叶轮前后盖板产生作用力，因产生的作用力也不相等，它们之间的差值就是叶轮产生的轴向力。

本发明的技术方案是在所述泵叶轮的叶轮后口环上设有直角平衡盘；连接座上设有平衡盘套。叶轮前口环与前密封环之间形成前密封环泄露通道、叶轮后口环与后密封环之间形成后密封环泄露通道、直角平衡盘与平衡盘套之间设有平衡盘泄露通道、直角平衡盘与平衡盘套之间的间隙；叶轮前盖板空腔通过前密封环泄露通道与叶轮进口连通，叶轮进口通过回流孔与回流室连通，回流室通过直角平衡盘与平衡盘套之间的间隙与后密封环泄露通道相连通，后密封环泄露通道与叶轮出口相连通。

回流室通过回流孔、泄露通道、间隙等实现叶轮的前盖板空腔与叶轮后盖板空腔的连通。

轴向力平衡方法为：第一种情况，叶轮前盖板上的作用力大于后盖板上的作用力，由于叶轮套在主轴上，轴向没有固定，处于浮动状态，这样就会推动叶轮向右侧方向移动，使直角平衡盘与平衡盘套之间的间隙减小，导致间隙的泄漏量也减少，泄漏量减少提高了叶轮后盖板空腔内的平均压力和平衡盘泄漏通道内的平均压力，这样又会提高后盖板上的作用力，叶轮继续向右侧方向移动，叶轮后盖板空腔内的平均压力和平衡盘泄漏通道内的平均压力进一步提高，导致叶轮后盖板上作用力增加，直到叶轮前后盖板上作用力相等，这时，叶轮又达到新的平衡。

第二种情况，叶轮前盖板上的作用力小于后盖板上的作用力，推动叶轮向左侧方向移动，使直角平衡盘与平衡盘套之间的间隙增大，间隙增加导致泄漏量也加大，泄漏量增加使叶轮后盖板空腔内的平均压力和平衡盘泄漏通道内的平均压力减少，这样减小了后盖板上的作用力，叶轮继续向左侧方向移动，叶轮后盖板空腔内的平均压P ₂ 和平衡盘泄漏通道内的平均压P ₃ 进一步减少，导致叶轮后盖板上作用力减小，直到叶轮的前后盖板上作用力相等，这时，叶轮又达到新的平衡，无论叶轮前后盖板上作用力如何变化，产生的轴向力都可以通过叶轮在主轴上的游动进行平衡，达到轴向力自动动态平衡的目的。

本发明的优点是：能够完全平衡叶轮产生的轴向力，且结构简单、可靠，大大提高轴承的使用寿命，对研究安全、可靠、长寿命热水循环泵具有重要意义。

附图说明

附图1是热水循环泵的导轴承结构的纵剖面构造图。

图中1是螺钉、2是叶轮螺母、3是轴伸螺纹、4是叶轮进口、5是回流孔、6是叶轮前口环、7是前密封环泄漏通道、8是前密封环、9是回流室、10是叶轮前盖板空腔、11是叶轮后口环、12是叶轮前盖板、13是叶轮、14是叶轮出口、15是泵体、16是叶轮后盖板、17是叶轮后盖板空腔、18是后泵盖、19是后密封环、20是后密封环泄漏通道、21是直角平衡盘、22是A螺钉、23是后密封室、24是平衡盘套、25是平衡盘泄漏通道、26是B螺钉、27是迷宫通道、28是圆环面积、29是直角平衡盘与平衡盘套之间的间隙、30是连接座、31是键、32是主轴、33是轴承座、34是轴承、35是短轴套、36是锁紧圆螺母。

具体实施方式

下面结合图1对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

如图1所示，连接座30与轴承座33联接，轴承34安装在轴承座33内，后泵盖18与连接座30联接，主轴32穿过连接座30套设在轴承34内，短轴套35套在主轴32上，锁紧圆螺母36旋在主轴32上通过短轴套35顶住轴承34，将主轴32轴向固定在轴承34上，平衡盘套24通过B螺钉26固定在连接座30上，后密封环19安装在后泵盖18内，键31安装在主轴32上，叶轮13套在主轴32上，叶轮13与主轴32之间装有键31进行周向固定。直角平衡盘21通过A螺钉22固定在叶轮13上的叶轮后口环11上，叶轮13轴向不固定，叶轮后口环11与后密封环19形成后密封环泄漏通道20，直角平衡盘21与平衡盘套24之间形成平衡盘泄漏通道25，直角平衡盘21与平衡盘套24的直角边之间设有迷宫通道27，叶轮螺母2旋在主轴32的轴伸螺纹3上，旋紧螺钉1将叶轮螺母2固定在轴伸螺纹3上，前密封环8安装在泵体15上，将泵体15与后泵盖18连接固定，叶轮13上的叶轮前口环6与前密封环8之间形成前密封环泄漏通道7。

工作时，主轴32通过键31带动叶轮13旋转，叶轮13旋转将能量传递给输送的介质，介质在叶轮出口14就具有较高的压力，而叶轮进口4处为低压区，在叶轮出口14与叶轮进口4之间形成压差，在压差的作用下，在叶轮前盖板12位置处就会产生从叶轮出口14通过叶轮前盖板空腔10、前密封环泄漏通道7到叶轮进口4的泄漏，前密封环泄漏通道7的间隙很小，起节流防泄漏作用；回流室9通过回流孔5与叶轮进口4联通，回流室9内的压力与叶轮进口4内的压力相等，同样在压差的作用下，在叶轮后盖板16位置处就会产生从叶轮出口14通过叶轮后盖板空腔17、后密封环泄漏通道20、平衡盘泄漏通道25、迷宫通道27到回流室9的泄漏，后密封环泄漏通道20、平衡盘泄漏通道25和迷宫通道27的的间隙很小，起节流防泄漏作用。

叶轮出口14与叶轮前盖板空腔10和叶轮后盖板空腔17连通，该压力就会作用在叶轮前盖板12和叶轮后盖板16上产生作用力，由于叶轮前盖板12和叶轮后盖板16的面积不等，因而产生的作用力也不等，它们之间的差值就是叶轮13产生的轴向力，这产生的轴向力不能加到轴承上，否则会引起轴承温度的升高。

轴向力平衡方法为：记叶轮前盖板12的面积为A ₁ ，叶轮前盖板空腔10内的平均压力为P ₁ ，叶轮后盖板16的面积为A ₂ ，叶轮后盖板空腔17内的平均压力为P ₂ ，平衡盘泄漏通道25内的圆环面积28为A ₃ ，平衡盘泄漏通道25内的平均压力为P ₃ ，压力作用在叶轮前盖板12上产生的作用力为A ₁ ×P ₁ ，压力作用在叶轮后盖板16上产生的作用力为A ₂ ×P ₂ ＋A ₃ ×P ₃ ，在设计工况，叶轮13的前后盖板上作用力相等，有A ₁ ×P ₁ ＝A ₂ ×P ₂ ＋A ₃ ×P ₃ ，这时，叶轮13静止不移动，这种情况很难维持，多数情况泵处于非设计工况下运行，这样，叶轮13的前后盖板上作用力就不相等产生轴向力。分为两种情况：第一种情况，叶轮13的前盖板12上作用力大于后盖板16上作用力，有：A ₁ ×P ₁ ＞A ₂ ×P ₂ ＋A ₃ ×P ₃ ，由于叶轮13套在主轴32上，轴向没有固定，处于浮动状态，这样就会推动叶轮13向图1中的右侧方向移动，使直角平衡盘与平衡盘套之间的间隙29减小，间隙减小导致泄漏量也减少，泄漏量减少提高了叶轮后盖板空腔17内的平均压力P ₂ 和平衡盘泄漏通道25内的平均压力P ₃ ，这样又会提高后盖板上作用力A ₂ ×P ₂ ＋A ₃ ×P ₃ ，叶轮13继续向右侧方向移动，叶轮后盖板空腔17内的平均压力P ₂ 和平衡盘泄漏通道25内的平均压力P ₃ 进一步提高，导致叶轮后盖板16上作用力也进一步增加，直到叶轮13的前后盖板上作用力相等，即：A ₁ ×P ₁ ＝A ₂ ×P ₂ ＋A ₃ ×P ₃ ，这时，叶轮13又达到新的平衡。

第二种情况，叶轮13的前盖板12上作用力小于后盖板16上作用力，有：A ₁ ×P ₁ ＜A ₂ ×P ₂ ＋A ₃ ×P ₃ ，推动叶轮13向图1中的左侧方向移动，使直角平衡盘与平衡盘套之间的间隙29增大，间隙增加导致泄漏量也加大，泄漏量增加使叶轮后盖板空腔17内的平均压力P ₂ 和平衡盘泄漏通道25内的平均压力P ₃ 减少，这样减小了后盖板上的作用力A ₂ ×P ₂ ＋A ₃ ×P ₃ ，叶轮13继续向左侧方向移动，叶轮后盖板空腔17内的平均压力P ₂ 和平衡盘泄漏通道25内的平均压力P ₃ 进一步减少，导致叶轮后盖板16上作用力也进一步减少，直到叶轮13的前后盖板上作用力相等，即：A ₁ ×P ₁ ＝A ₂ ×P ₂ ＋A ₃ ×P ₃ ，这时，叶轮13又达到新的平衡。由此分析知道，无论叶轮13的前后盖板上作用力如何变化，产生的轴向力都可以通过叶轮13在主轴32上的游动进行平衡，从而达到热水循环泵轴向力自动动态平衡的目的。

Claims (5)

1.热水循环泵轴向力自动动态平衡结构，所述泵设有直角平衡盘（21）、平衡盘套（24）其特征是，叶轮前口环（6）与前密封环（8）之间形成前密封环泄露通道（7）、叶轮后口环（11）与后密封环（19）之间形成后密封环泄露通道（20）、直角平衡盘（21）与平衡盘套（24）之间设有平衡盘泄露通道（25）、直角平衡盘与平衡盘套之间的间隙（29）；叶轮前盖板空腔（10）通过前密封环泄露通道（7）与叶轮进口（4）连通，叶轮进口（4）通过回流孔（5）与回流室（9）连通，回流室（9）通过直角平衡盘与平衡盘套之间的间隙（29）与后密封环泄露通道（20）相连通，后密封环泄露通道（20）与叶轮出口（14）相连通。

2.根据权利要求1所述的热水循环泵轴向力自动动态平衡结构，其特征是，直角平衡盘（21）通过A螺钉（22）固定在叶轮（13）上的叶轮后口环（11）上。

3.根据权利要求1所述的热水循环泵轴向力自动动态平衡结构，其特征是，平衡盘套（24）通过B螺钉（26）固定在连接座（30）上。

4.根据权利要求1所述的热水循环泵轴向力自动动态平衡结构，其特征是，直角平衡盘（21）与平衡盘套（24）的直角边之间设有迷宫通道（27）。

5.根据权利要求1所述的热水循环泵轴向力自动动态平衡结构，其特征是：叶轮（13）套设在主轴（32）上，叶轮（13）与主轴（32）之间通过键（31）进行周向固定。