CN104895800A - 多级潜液泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于离心泵领域，具体涉及一种多级潜液泵系统，包括泵池和泵体，泵壳包括吸入段、中段、下端盖、电机壳和上端盖，上端盖采用一体铸造成型，上、下端盖通过至少4根出液管连通，上端盖中各流道以及出液通道的截面均为圆形且各流道与出液通道的连接处采用圆滑过渡，吸入段下部为喇叭管，沿喇叭管内圆周均布有2～6条第一导流片，喇叭管的吸入端安装吸入滤网，电机壳的上、下部分别开有排气孔，一级叶轮、末级叶轮以及轴套的间隙配合部位均开有三角形迷宫槽。本系统中，泵体吸入效率高，泵池绝热保温效果好，末级导叶的独特结构提高了整体系统的灵活性及经济性，轴向力平衡及轴承润滑结构能够平衡轴向力且保证了轴承润滑液体的压力及流量。

Description

多级潜液泵系统

技术领域

本发明涉及一种多级潜液泵系统，属于离心泵领域。

背景技术

液氮、液化天然气等低温液体具有低温(大气压下，液氮为-196℃、液化天然气为-161℃)、危险、易气化等特征，其输送时对泵的要求较高：泵需耐低温、轴封应无介质泄漏、系统冷损应尽量小等。现有的泵多为陆上泵形式(泵置于大气中)，系统冷损较大，而且泵轴封维护困难，易发生介质泄漏，可靠性不高。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种低温液体流动损失小、介质泄漏少且泵吸入效率高的多级潜液泵系统。

本发明所述的多级潜液泵系统，包括泵池和泵体，泵体安装在泵池中，泵体包括泵壳、电机转子、中心轴、诱导轮、一级叶轮、一级导叶、轴套、末级叶轮和末级导叶，泵壳包括自下而上顺次连接的吸入段、中段、下端盖、电机壳和上端盖，上端盖采用一体铸造成型，上、下端盖通过至少4根出液管连通，上端盖中的各流道以及出液通道的截面均为圆形且各流道与出液通道的连接处采用圆滑过渡，吸入段的下部为喇叭管，沿吸入段喇叭管的内圆周均布有2～6条第一导流片，喇叭管的吸入端安装吸入滤网，电机壳的上、下部分别开有排气孔，一级叶轮与吸入段的配合、末级叶轮与中段的配合以及一级导叶与轴套的配合均为间隙配合，一级叶轮、末级叶轮以及轴套的间隙配合部位均开有三角形迷宫槽。

在上述泵体中，上、下端盖通过至少4根出液管连通，使泵内低温液体流速更低、损失更小；上端盖的上述独特结构能够使低温液体平缓顺滑的流经上端盖，流动损失小、效率高；吸入段下部的喇叭管内均布的第一导流片，能够使液体进入时顺畅无涡流，提高了泵的吸入性能；电机壳的上、下部的排气孔，能够保证泵和电机内积存或因低温液体气化产生的气体可迅速排出；一级叶轮、末级叶轮以及轴套的间隙配合部位开有的三角形迷宫槽，能够减小介质的内部泄漏，提高泵的效率。

在本多级潜液泵系统中，泵与电机同轴组成，利用液氮、液化天然气等低温液体具有非导电性的特点(液体可以进入电机内部)，泵与电机之间无需设置轴封，低温液体从下端的吸入段吸入，并通过出液管进入上端盖，最终经上端盖各流道汇集入出液通道后向上吐出。使用时置于密闭泵池中，潜入液体内，可以确保无泄漏运行，安全性好，也避免了介质损失，同时便于快速启动。而且，密闭泵池便于采取保冷措施，系统冷损小。

优选地，诱导轮采用等螺距的螺旋型结构，汽蚀性能好，又能产生扬程，增加一级叶轮进口压力。

优选地，上、下端盖所用材料的热膨胀系数大于出液管所用材料，确保低温工况下零件连接的紧密性，避免液体泄漏；诱导轮、各叶轮所用材料的热膨胀系数大于中心轴所用材料，确保低温工况下零件配合更紧固，提高运行稳定性。

优选地，泵体中设置轴向力平衡及轴承润滑结构，该结构包括在末级叶轮的后盖板上设置的后口环和在中心轴的前轴承座中安装的节流轴套，后口环装配在末级导叶的内孔中，后口环外圆与末级导叶内孔之间存在第一滑动配合间隙，节流轴套位于前轴承座中前轴承的上方，节流轴套外圆与前轴承座内壁之间存在第二滑动配合间隙，后盖板与前轴承间的轴套与后口环之间形成的空腔为平衡室。

一方面，在泵体中，由于末级叶轮出口处的压力为泵出口压力，是泵压力最高处，节流轴套外侧处的压力为泵入口压力，是泵压力最低处，因此，在压差作用下，液体经后口环与末级导叶之间的第一滑动配合间隙，压力降低，并流入平衡室，而后向上流经并润滑前轴承，经节流轴套与前轴承之间的第二滑动配合间隙向外流出(流出的液体量即为润滑流量)。平衡室压力和润滑流量取决于各配合间隙的阻力系数，通过调整各配合间隙的尺寸，使其具有适当的阻力系数，可以获得所需的平衡室压力和润滑流量，从而明显提高泵的可靠性，并延长其使用寿命。另一方面，由于平衡室压力低于末级叶轮入口处的压力，使末级叶轮上作用的轴向力指向末级叶轮入口的相反侧，该力可与其他叶轮上作用的指向各自入口的轴向力自动抵消，从而达到平衡轴向力的目的，无需专门设置轴向力平衡装置，使泵结构简化且更紧凑，便于泵的维护。

优选地，对应第一滑动配合间隙在后口环外壁上开有三角形迷宫槽，对应第二滑动配合间隙在节流轴套外壁上开有三角形迷宫槽，以减小介质的内部泄漏，提高泵的效率。

优选地，末级导叶包括圆形导叶体，导叶体的中心开有中心轴安装孔，导叶体的后端面上开有环形槽，导叶体的圆周上均匀分布有数个螺旋线形的扩散流道，扩散流道入口位于导叶体的前端面上，对应扩散流道在环形槽的外壁上设置扩散流道出口，环形槽的内壁上均布有径向的竖直导流片。在应用时，本末级导叶的扩散流道设置于末级叶轮出口后方，从上述结构可知，导叶体上螺旋线形扩散流道中液体的流动方向为轴向-圆周方向，使得末级导叶外径D2大大缩小，D2/D1比值约为1.1～1.2，通过减小末级导叶的外形尺寸，能够使相应的密闭容器(即泵池)的容积及外形尺寸减小，从而大大提高多级潜液泵系统整体的灵活性和经济性。其中，所述竖直导流片设置7片。

优选地，泵池包括泵池体和泵池盖，泵池体和泵池盖通过紧固件连接，泵池体和泵池盖的接触位置安装密封垫，泵池盖顶部设置用来排空泵池的排液口和输出高压液体的出液口，泵池体内的排液管与排液口连接，泵池体下部设置有多个入口，泵池盖的上、下方分别设置有上真空室、下真空室，上、下真空室连通，下真空室底部设置泵体安装法兰，泵体安装法兰上有安装连接泵体用的螺纹盲孔，泵池体的外部套装套筒，套筒和泵池体之间为真空室，泵池体外壁上包裹有数层绝热保温材料层。通过在泵池盖的上、下方设置上下连通且空间充裕的上、下真空室，在泵池体的外周设置真空室，使泵池整体的绝热保温效果好，同时在泵池体外壁上包裹数层绝热保温材料层，进一步提高绝热效果，从而保证了泵体的正常工作。进一步地，多个入口均布在泵池体的圆周上，使泵池可分别与固定储罐及运输槽车连接，使泵体兼具加气和卸车功能，达到一泵多用、减化装置的目的。入口数量可以为2个或者4个，即各入口间夹角为90度或180度，该角度视泵体的具体应用来设计。

优选地，泵池体上部设置有回气口，可将泵池体内积存或因低温液体气化产生的气体迅速排出至储罐，保证泵体可靠运行。

优选地，泵池体的内底部设置有导流锥和第二导流片，第二导流片的端部修圆且均匀分布在导流锥的圆周上，通过导流锥和第二导流片能够减少泵池体内液体流动漩涡的发生，进而降低液体能量损失，有利于泵体的平稳运行。进一步地，第二导流片设置四片。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

本多级潜液泵系统中，泵体内低温液体流动损失小、介质泄漏少，泵体吸入效率高；泵池的绝热保温效果好，保证了泵体的正常工作；末级导叶外径小，提高了整体系统的灵活性及经济性；轴向力平衡及轴承润滑结构的设置，使泵体结构简单紧凑，既平衡了轴向力，又保证了轴承润滑液体的压力及流量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是泵体的结构示意图；

图3是图2的A-A剖面图；

图4是轴向力平衡及轴承润滑结构的示意图；

图5是末级导叶的结构示意图；

图6是图5的左视图；

图7是本发明中末级导叶与末级叶轮装配的结构示意图；

图8是传统径向导叶与末级叶轮装配的结构示意图。

图中：1、套筒；2、泵池体；3、绝热保温材料层；4、真空室；5、入口；6、回气口；7、排液管；8、紧固件；9、密封垫；10、泵池盖；11、排液口；12、出液口；13、上真空室；14、下真空室；15、泵体安装法兰；16、螺纹盲孔；17、泵体；18、第二导流片；19、导流锥；20、吸入滤网；21、喇叭管；22、吸入段；23、中段；24、下端盖；25、排气孔；26、电机壳；27、出液管；28、上端盖；29、流道；30、出液通道；31、中心轴；32、电机转子；33、末级导叶；34、末级叶轮；35、三角形迷宫槽；36、轴套；37、一级导叶；38、一级叶轮；39、诱导轮；40、轴端螺钉；41、第一导流片；42、后盖板；43、后口环；44、第一滑动配合间隙；45、前轴承座；46、前轴承；47、节流轴套；48、第二滑动配合间隙；49、后盖板与前轴承间的轴套；50、平衡室；51、末级叶轮出口；52、末级叶轮入口；53、扩散流道出口；54、扩散流道；55、扩散流道入口；56、导叶体；57、环形槽；58、中心轴安装孔；59、竖直导流片；60、后端面；61、前端面；62、径向导叶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1～3所示，本发明所述的多级潜液泵系统包括泵池和泵体17，泵体17安装在泵池中，泵体17包括泵壳、电机转子32、中心轴31和由轴端螺钉40紧固在中心轴31上的诱导轮39、一级叶轮38、一级导叶37、轴套36、末级叶轮34和末级导叶33，泵壳包括自下而上顺次连接的吸入段22、中段23、下端盖24、电机壳26和上端盖28，上端盖28采用一体铸造成型，上、下端盖通过至少4根出液管27连通，上端盖28中的各流道29以及出液通道30的截面均为圆形且各流道29与出液通道30的连接处采用圆滑过渡，吸入段22的下部为喇叭管21，沿吸入段喇叭管21的内圆周均布有2～6条第一导流片41，喇叭管21的吸入端安装吸入滤网20，电机壳26的上、下部分别开有排气孔25，一级叶轮38与吸入段22的配合、末级叶轮34与中段23的配合以及一级导叶37与轴套36的配合均为间隙配合，一级叶轮38、末级叶轮34以及轴套36的间隙配合部位均开有三角形迷宫槽35。

在上述泵体17中，上、下端盖通过至少4根出液管27连通，使泵内低温液体流速更低、损失更小；上端盖28的上述独特结构能够使低温液体平缓顺滑的流经上端盖28，流动损失小、效率高；吸入段22下部的喇叭管21内均布的第一导流片41，能够使液体进入时顺畅无涡流，提高了泵的吸入性能；电机壳26的上、下部的排气孔25，能够保证泵和电机内积存或因低温液体气化产生的气体可迅速排出；一级叶轮38、末级叶轮34以及轴套36的间隙配合部位开有的三角形迷宫槽35，能够减小介质的内部泄漏，提高泵的效率。

在本多级潜液泵系统中，泵与电机同轴组成，利用液氮、液化天然气等低温液体具有非导电性的特点(液体可以进入电机内部)，泵与电机之间无需设置轴封，低温液体从下端的吸入段22吸入，并通过出液管27进入上端盖28，最终经上端盖28各流道29汇集入出液通道30后向上吐出。使用时置于密闭泵池中，潜入液体内，可以确保无泄漏运行，安全性好，也避免了介质损失，同时便于快速启动。而且，密闭泵池便于采取保冷措施，系统冷损小。

优选地，诱导轮39采用等螺距的螺旋型结构，汽蚀性能好，又能产生扬程，增加一级叶轮38进口压力。

优选地，上、下端盖所用材料的热膨胀系数大于出液管27所用材料，确保低温工况下零件连接的紧密性，避免液体泄漏；诱导轮39、各叶轮所用材料的热膨胀系数大于中心轴31所用材料，确保低温工况下零件配合更紧固，提高运行稳定性。

优选地，泵体17中设置轴向力平衡及轴承润滑结构，该结构包括在末级叶轮34的后盖板42上设置的后口环43和在中心轴31的前轴承座45中安装的节流轴套47，后口环43装配在末级导叶33的内孔中，后口环43外圆与末级导叶33内孔之间存在第一滑动配合间隙44，节流轴套47位于前轴承座45中前轴承46的上方，节流轴套47外圆与前轴承座45内壁之间存在第二滑动配合间隙48，后盖板与前轴承间的轴套49与后口环43之间形成的空腔为平衡室50，如图4所示。

一方面，在泵体17中，由于末级叶轮出口51处的压力为泵出口压力，是泵压力最高处，节流轴套47外侧处的压力为泵入口压力，是泵压力最低处，因此，在压差作用下，液体经后口环43与末级导叶33之间的第一滑动配合间隙44，压力降低，并流入平衡室50，而后向上流经并润滑前轴承46，经节流轴套47与前轴承46之间的第二滑动配合间隙48向外流出(流出的液体量即为润滑流量)。平衡室压力和润滑流量取决于各配合间隙的阻力系数，通过调整各配合间隙的尺寸，使其具有适当的阻力系数，可以获得所需的平衡室压力和润滑流量，从而明显提高泵的可靠性，并延长其使用寿命。另一方面，由于平衡室50压力低于末级叶轮入口52处的压力，使末级叶轮34上作用的轴向力指向末级叶轮入口52的相反侧，该力可与其他叶轮上作用的指向各自入口的轴向力自动抵消，从而达到平衡轴向力的目的，无需专门设置轴向力平衡装置，使泵结构简化且更紧凑，便于泵的维护。

优选地，对应第一滑动配合间隙44在后口环43外壁上开有三角形迷宫槽，对应第二滑动配合间隙48在节流轴套47外壁上开有三角形迷宫槽，以减小介质的内部泄漏，提高泵的效率。

优选地，末级导叶33包括圆形导叶体56，导叶体56的中心开有中心轴安装孔58，导叶体56的后端面60上开有环形槽57，导叶体56的圆周上均匀分布有数个螺旋线形的扩散流道54，扩散流道入口55位于导叶体56的前端面61上，对应扩散流道54在环形槽57的外壁上设置扩散流道出口53，环形槽57的内壁上均布有径向的竖直导流片59，如图5、6所示。应用时，本末级导叶33的扩散流道54设置于末级叶轮出口51后方，图7是本发明中末级导叶33与末级叶轮34装配的结构示意图，图8是传统径向导叶62与末级叶轮34装配的结构示意图。从上述结构可知，导叶体56上螺旋线形扩散流道54中液体的流动方向为轴向-圆周方向(图中箭头所示)，使得末级导叶外径D2大大缩小，D2/D1比值约为1.1～1.2，通过减小末级导叶33的外形尺寸，能够使相应的密闭容器(即泵池)的容积及外形尺寸减小，从而大大提高多级潜液泵系统整体的灵活性和经济性。对比图7、8所示结构，可明显得出以下结论：在与相同外径D1的末级叶轮34配合时，本发明中末级导叶33的外径D2明显小于传统径向导叶62的外径D2’，即本实施例中的末级导叶33外径D2大大缩小。本实施例中，竖直导流片59设置7片。

优选地，泵池包括泵池体2和泵池盖10，泵池体2和泵池盖10通过紧固件8连接，泵池体2和泵池盖10的接触位置安装密封垫9，泵池盖10顶部设置用来排空泵池的排液口11和输出高压液体的出液口12，泵池体2内的排液管7与排液口11连接，泵池体2下部设置有多个入口5，泵池盖10的上、下方分别设置有上真空室13、下真空室14，上、下真空室连通，下真空室14底部设置泵体安装法兰15，泵体安装法兰15上有安装连接泵体17用的螺纹盲孔16，泵池体2的外部套装套筒1，套筒1和泵池体2之间为真空室4，泵池体2外壁上包裹有数层绝热保温材料层3。通过在泵池盖10的上、下方设置上下连通且空间充裕的上、下真空室，在泵池体2的外周设置真空室4，使泵池整体的绝热保温效果好，同时在泵池体2外壁上包裹数层绝热保温材料层3，进一步提高绝热效果，从而保证了泵体17的正常工作。进一步地，多个入口5均布在泵池体2的圆周上，使泵池可分别与固定储罐及运输槽车连接，使泵体17兼具加气和卸车功能，达到一泵多用、减化装置的目的。入口5数量可以为2个或者4个，即各入口间夹角为90度或180度，该角度视泵体的具体应用来设计。

优选地，泵池体2上部设置有回气口6，可将泵池体2内积存或因低温液体气化产生的气体迅速排出至储罐，保证泵体17可靠运行。

优选地，泵池体2的内底部设置有导流锥19和第二导流片18，第二导流片18的端部修圆且均匀分布在导流锥19的圆周上，通过导流锥19和第二导流片18能够减少泵池体2内液体流动漩涡的发生，进而降低液体能量损失，有利于泵体17的平稳运行。进一步地，第二导流片18设置四片。

Claims (10)

1.一种多级潜液泵系统，包括泵池和泵体(17)，泵体(17)安装在泵池中，泵体(17)包括泵壳、电机转子(32)、中心轴(31)、诱导轮(39)、一级叶轮(38)、一级导叶(37)、轴套(36)、末级叶轮(34)和末级导叶(33)，其特征在于：泵壳包括自下而上顺次连接的吸入段(22)、中段(23)、下端盖(24)、电机壳(26)和上端盖(28)，上端盖(28)采用一体铸造成型，上、下端盖通过至少4根出液管(27)连通，上端盖(28)中的各流道(29)以及出液通道(30)的截面均为圆形且各流道(29)与出液通道(30)的连接处采用圆滑过渡，吸入段(22)的下部为喇叭管(21)，沿吸入段(22)喇叭管(21)的内圆周均布有2～6条第一导流片(41)，喇叭管(21)的吸入端安装吸入滤网(20)，电机壳(26)的上、下部分别开有排气孔(25)，一级叶轮(38)与吸入段(22)的配合、末级叶轮(34)与中段(23)的配合以及一级导叶(37)与轴套(36)的配合均为间隙配合，一级叶轮(38)、末级叶轮(34)以及轴套(36)的间隙配合部位均开有三角形迷宫槽(35)。

2.根据权利要求1所述的多级潜液泵系统，其特征在于：所述的诱导轮(39)采用等螺距的螺旋型结构。

3.根据权利要求1所述的多级潜液泵系统，其特征在于：所述的上、下端盖所用材料的热膨胀系数大于出液管(27)所用材料；所述的诱导轮(39)、各叶轮所用材料的热膨胀系数大于中心轴(31)所用材料。

4.根据权利要求1所述的多级潜液泵系统，其特征在于：所述的泵体(17)中设置轴向力平衡及轴承润滑结构，该结构包括在末级叶轮(34)的后盖板(42)上设置的后口环(43)和在中心轴(31)的前轴承座(45)中安装的节流轴套(47)，后口环(43)装配在末级导叶(33)的内孔中，后口环(43)外圆与末级导叶(33)内孔之间存在第一滑动配合间隙(44)，节流轴套(47)位于前轴承座(45)中前轴承(46)的上方，节流轴套(47)外圆与前轴承座(45)内壁之间存在第二滑动配合间隙(48)，后盖板与前轴承间的轴套(36)与后口环(43)之间形成的空腔为平衡室(50)。

5.根据权利要求4所述的多级潜液泵系统，其特征在于：对应第一滑动配合间隙(44)，在后口环(43)外壁上开有三角形迷宫槽，对应第二滑动配合间隙(48)在节流轴套(47)外壁上开有三角形迷宫槽。

6.根据权利要求1～5任一所述的多级潜液泵系统，其特征在于：所述的末级导叶(33)包括圆形导叶体(56)，导叶体(56)的中心开有中心轴安装孔(58)，导叶体(56)的后端面(60)上开有环形槽(57)，导叶体(56)的圆周上均匀分布有数个螺旋线形的扩散流道(54)，扩散流道入口(55)位于导叶体(56)的前端面(61)上，对应扩散流道(54)在环形槽(57)的外壁上设置扩散流道出口(53)，环形槽(57)的内壁上均布有径向的竖直导流片(59)。

7.根据权利要求6所述的多级潜液泵系统，其特征在于：所述的竖直导流片(59)设置7片。

8.根据权利要求1所述的多级潜液泵系统，其特征在于：所述的泵池包括泵池体(2)和泵池盖(10)，泵池体(2)和泵池盖(10)通过紧固件(8)连接，泵池体(2)和泵池盖(10)的接触位置安装密封垫(9)，泵池盖(10)顶部设置用来排空泵池的排液口(11)和输出高压液体的出液口(12)，泵池体(2)内的排液管(7)与排液口(11)连接，泵池体(2)下部设置有多个入口(5)，泵池盖(10)的上、下方分别设置有上真空室(13)、下真空室(14)，上、下真空室连通，下真空室(14)底部设置泵体安装法兰(15)，泵体安装法兰(15)上有安装连接泵体(17)用的螺纹盲孔(16)，泵池体(2)的外部套装套筒(1)，套筒(1)和泵池体(2)之间为真空室(4)，泵池体(2)外壁上包裹有数层绝热保温材料层(3)。

9.根据权利要求8所述的多级潜液泵系统，其特征在于：所述的泵池体(2)上部设置有回气口(6)。

10.根据权利要求8或9所述的多级潜液泵系统，其特征在于：所述的泵池体(2)的内底部设置有导流锥(19)和第二导流片(18)，第二导流片(18)的端部修圆且均匀分布在导流锥(19)的圆周上。