CN104295506A - 降噪低振级立式离心泵组 - Google Patents

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吴尉
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Abstract

本发明公开了一种降噪低振级立式离心泵组，它包括泵体、叶轮、托架、电机、轴封。所述泵体为立式结构，泵体内腔流道中安放叶轮，托架底端面下联泵体朝上的敞口，托架上端面定位连接电机，电机朝下伸出轴贯穿托架后定位连接轴封和叶轮。电机输出轴座侧面设有进水口，另一端轴座侧面设有出水口，进水口和出水口在电机内相联通构成内水冷结构。本发明针对载人深潜装置在特殊工况条件下运行的配套要求进行设计，在确保泵组水力性能的前提条件下，通过对泵体、叶轮、托架和电机结构优化设计，从源头上减弱泵组的机械和水力振动源，从而实现减振降噪目的。

Description

降噪低振级立式离心泵组
技术领域
本发明涉及一种水力机械，具体地讲，本发明涉及一种用电机驱动的立式单级单吸离心泵，特别是一种降噪低振级立式离心泵组。
背景技术
随着国家海洋战略计划的推进，有关深海技术研究课题已陆续列入国家级科研项目计划。众所周知，海底蕴藏丰富的资源，人类若索取海底资源少不了作勘探性技术研究，海底作业必须借助载人深潜装置将研究人员送至目标水域。载人深潜装置属于一种拥有高度集成科研设备的微型密封载体，其内部空间十分狭窄，人机间距很小，故对配套设备性能有着相当高的技术要求。离心泵是载人深潜装备必备设备之一，因受条件限制，除对水力性能有严格要求，对噪声、振动等技术指标也有严格要求。离心泵是一种旋转式流体机械，运行时产生的振动和噪声既有机械方面原因，也有流体力学方面的原因。引起泵振动和噪声的流体力学方面主要是泵内不规则的压力脉动和回流。产生压力脉动和回流的主要因素有泵吸入口流速、吸入口压力、泵轴转速、叶轮叶片数及其安放位置、蜗壳的几何形状、叶轮出口与蜗壳进口直径的间距和泵组安装方式。引起泵振动和噪声的机械方面主要因素有泵组的结构及刚性、转子同轴度及零件之间的振动波传递等。市售船用立式离心泵组属于按常压条件设计的产品。对其振动、噪声尽管有考核指标，但等级不高，所以市售的船用立式离心泵组不可以用于载入深潜装置配套。
发明内容
本发明主要针对载人深潜装置对配载离心泵振动和噪声有限制的问题，提出一种降噪低振级立式离心泵组，该泵组经结构优化设计，增强零部件刚性，改善泵流道结构，以达到减振降噪目的。
本发明通过下述技术方案实现技术目标。
降噪低振级立式离心泵组，它包括泵体、叶轮、托架、电机、轴封。所述泵体为单级单吸立式结构，泵吸入口位于底部且朝下，位于侧面的泵出口与泵吸入口相垂直，泵体内腔平置的流道中安放叶轮。其改进之处在于：所述托架为框架构件，上下两端面相互平行的托架介于泵体与电机之间，其中的底端面下联泵体朝上的敞口，两者配合构成对叶轮的轴向限位结构。托架上端面定位连接电机，电机朝下伸出轴贯穿托架后定位连接叶轮，在电机朝下伸出轴与托架结合段设有轴封。所述电机外壁上设有进水口和出水口，进水口位于电机输出轴座侧面，出水口位于电机尾部轴座侧面，进水口和出水口在电机内相联通构成内水冷结构。
作为进一步改进方案，泵体内腔的流道平置，流道由隔板分隔成内外层双蜗壳结构。
作为进一步改进方案，泵体流道的隔舌与叶轮出口的径向间距是常规设计间距的1.15～1.18倍。
作为进一步改进方案，叶轮为叶片出口宽度加宽结构，叶片出口宽度是常规设计宽度的1.11～1.13倍。
作为进一步改进方案，叶轮为叶片密排结构，叶片数比常规设计数增加1～2片。
作为进一步改进方案，叶轮的进口设有α=40～60斜度，构成叶轮的进口为倒锥形结构。
作为进一步改进方案，电机的伸出轴为短粗结构，其直径是常规设计直径的1.3～1.5倍，长度是常规长度的0.7～0.9倍。
作为进一步改进方案，轴封为同轴双密封结构，近叶轮一侧配置机械密封，近电机一侧配置填料密封结构。
本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：
1、通过泵体双蜗壳设计，加粗电机伸出轴和托架的结构改进，进一步强化泵组刚性，显著减少振动源；
2、内置水冷结构的电机外接循环水，冷却效果好，省去风扇冷却结构即可避免风扇与叶轮同频率旋转，既减少振动源，又没有风速噪音；
3、采用了加宽叶轮的叶片和增加叶片数量的技术措施，可减少单个叶片上的负荷，也降低了作用在叶片单位面积上的压力脉冲幅值；
4、增加叶轮出口与蜗室隔舌之间的径向间隙，可显著降低泵内压力脉冲幅值；
5、将叶轮进口设计成倒锥形，可改善前盖板进口处的流态，使流速均匀变化，防止出现脱流现象，同时也减弱了此处的涡流强度。
附图说明
图1是本发明结构剖面示意图。
图2是图1中泵体流道的平面剖视图，图中展示泵体流道的隔舌与叶轮出口的径向间距，同时也展示泵体流道由隔板分隔成内外层双蜗壳结构。
具体实施方式
下面根据附图并结合实施例，对本发明作进一步说明。
图1所示的实施例是一种Q=300m3/h，H=30m的降噪低振级立式离心泵组，该实施例配套在载人深潜装置中，它包括泵体1、叶轮2、托架3、电机4、轴封5。所述泵体1为单级单吸立式结构，泵吸入口1.2位于底部且朝下，位于侧面的泵出口1.3与泵吸入口1.2相垂直。泵体1内腔的流道平置，流道由隔板1.1分隔成如图1或图2所示的内外层双蜗壳结构，在内层蜗壳中安放叶轮2。为了降低泵内压力脉冲幅值，本发明技术改进措施之一是加大叶轮2出口与蜗室隔舌之间径向间隙δ'，本实施例中δ'=13.5mm，该值比常规设计间距δ大1.17倍。所述托架3介于泵体1与电机4之间，它是一种集现有技术配置的泵盖、托架和电机前盖功能于一体的框架构件，它既可简化连接结构，又能减少配合安装的累积误差。由于连接长度缩短，有利于增加泵组的刚性，减少振源。托架3上下端面相互平行，其中的底端面下联泵体1朝上的敞口，两者配合构成对叶轮2的轴向限位结构。托架3上端面作为电机4的前盖而连接，电机4朝下伸出轴4.3贯穿托架3后定位连接叶轮2，构成电机4联动叶轮2的传动结构。在电机4朝下伸出轴4.3与托架3结合段设有轴封5。本实施例中的轴封5为同轴双密封结构，靠近叶轮2一侧配置机械密封，靠近电机4一侧配置填料密封结构。电机4是泵组中的动力装置，也是产生振源和噪声的载体。提高电机4的刚性，改善冷却环境能够起到减振降噪效果。本发明中电机4弃用风扇，采用内水冷结构。具体做法是在电机4两轴座侧设置水冷通道，其中的进水口4.1设在电机4输出轴座侧面，出水口4.2设在电机4尾部轴座侧面，进水口4.1和出水口4.2在电机4内相联通构成内水冷结构。内水冷除冷却效果好，最重要的是没有风速噪声，没有风扇与叶轮2同频率旋转的可能，由此产生的减振降噪效果十分明显。电机4伸出轴4.3是传递扭矩的构件，其强度和刚性对泵组运行质量有重大影响，决定电机4伸出轴4.3强度和刚性的结构因素主要有长度L'和直径D'，本发明采用缩短长度和加粗直径策略来提高电机4伸出轴4.3的强度和刚性。现有技术相同规格的电机4伸出轴4.3长度L=170mm，直径D=40mm，本实施例中电机4伸出轴4.3长度L'=150mm，直径D'=55mm，分别是常规设计长度L的0.88倍，直径D的1.38倍。通过上述改进设计的电机4伸出轴4.3为短而粗结构，显著增加强度和刚性，从而满足载人深潜装置低振级要求。叶轮2是泵组的核心部件，其水力性能决定泵组性能。本发明在确保叶轮2水力性能不改变的前提下，通过微量加宽叶轮2出口宽度b2'和叶片数z'，来减小单个叶片上的负荷，降低叶片单位面积上的压力脉冲幅值。现有技术相同规格的叶轮2出口宽度b2=19mm，叶片数z=6片，本实施例中加宽叶轮2出口宽度b2'=21.5mm，叶片数z'=7片，b2'比b2宽1.13倍。叶轮2的进口位于泵体1的吸入口，为了改善叶轮2进口处的介质流态，让流速均匀变化，以防脱流现象，本发明在叶轮2进口处设斜角，斜角α=40～60 ，本实施例α=60，通过改进设计的叶轮2进口为倒锥形结构，可实现减弱叶轮2进口处的涡流和降低振动、噪声的目的。
本发明针对载人深潜装置在特殊工况条件下运行的配套要求进行设计，在确保泵组水力性能的前提条件下，通过上述一系列技术措施来优化结构，从源头上减弱泵组的机械和水力振动源，从而实现减振降噪目的。本实施例泵组机脚实测总振级110 dB，噪声62dB，这两项指标分别比同规格常规设计的泵组机脚总振级低12dB，噪声低10dB。

Claims (8)

1.一种降噪低振级立式离心泵组，它包括泵体（1）、叶轮（2）、托架（3）、电机（4）、轴封（5）；所述泵体（1）为单级单吸立式结构，泵吸入口（1.2）位于底部且朝下，位于侧面的泵出口（1.3）与泵吸入口（1.2）相垂直，泵体（1）内腔平置的流道中安放叶轮（2）；其特征在于：所述托架（3）为框架构件，上下两端面相互平行的托架（3）介于泵体（1）与电机（4）之间，其中的底端面下联泵体（1）朝上的敞口，两者配合构成对叶轮（2）的轴向限位结构；托架（3）上端面定位连接电机（4），电机（4）朝下伸出轴（4.3）贯穿托架（3）后定位连接叶轮（2），在电机（4）朝下伸出轴（4.3）与托架（3）结合段设有轴封（5）；所述电机（4）外壁上设有进水口（4.1）和出水口（4.2），进水口（4.1）位于电机（4）输出轴座侧面，出水口（4.2）位于电机（4）尾部轴座侧面，进水口（4.1）和出水口（4.2）在电机（4）内相联通构成内水冷结构。
2.根据权利要求1所述的降噪低振级立式离心泵组，其特征在于：所述泵体（1）内腔的流道平置，流道由隔板（1.1）分隔成内外层双蜗壳结构。
3.根据权利要求1所述的降噪低振级立式离心泵组，其特征在于：所述泵体（1）流道的隔舌与叶轮（2）出口的径向间距δ'是常规设计间距δ的1.15～1.18倍。
4.根据权利要求1所述的降噪低振级立式离心泵组，其特征在于：所述叶轮（2）为叶片出口宽度加宽结构，叶片出口宽度b2'是常规设计宽度b2的1.11～1.13倍。
5.根据权利要求1所述的降噪低振级立式离心泵组，其特征在于：所述叶轮（2）为叶片密排结构，叶片数z'比常规设计数z增加1～2片。
6.根据权利要求1所述的降噪低振级立式离心泵组，其特征在于：所述叶轮（2）的进口设有α=40～60斜度，构成叶轮（2）的进口为倒锥形结构。
7.根据权利要求1所述的降噪低振级立式离心泵组，其特征在于：所述电机（4）的伸出轴（4.3）为短粗结构，其直径D'是常规设计直径D的1.3～1.5倍，长度L'是常规长度L的0.7～0.9倍。
8.根据权利要求1所述的降噪低振级立式离心泵组，其特征在于：所述轴封（5）为同轴双密封结构，近叶轮（2）一侧配置机械密封，近电机（4）一侧配置填料密封结构。
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