CN105240279A - 反渗透海水淡化增压泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反渗透海水淡化增压泵，主要包括泵体、泵盖、泵轴、叶轮、叶轮螺母、前置密封环、机械密封、串联轴承和定位轴承、轴承箱和轴承箱盖，其特征在于所述泵盖相对于叶轮后端的端面上设有液力膜承载面，所述泵盖侧壁径向设有高压引流孔，所述液力膜承载面上圆周阵列有液力承压槽，所述液力承压槽端面沿轴向设有液力分配孔，所述液力分配孔一端与液力承压槽相连通，另一端与高压引流孔相连通，具有结构新颖、性能稳定、承载性能高、断面无接触、磨损量小、轴向力平衡等优点。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程泵技术领域，具体地说是一种反渗透海水淡化增压泵。
背景技术
目前，反渗透海水淡化装置是补充能量回收装置压力损失的设备。反渗透海水淡化装置主要通过增压泵对海水进行液体交换，海水淡化已成为新世纪解决淡水资源危机的战略选择，我国水资源相对短缺且分布不均，对海水淡化有着巨大的需求。反渗透技术具有工艺简单、操作方便、易于自动控制、无污染、运行成本低等优点，是当今先进、稳定、有效的海水淡化技术。作为反渗透海水淡化装置系统的关键设备的-增压泵，对反渗透海水淡化技术的应用有着非常重要的影响，由于，海水淡化增压泵背压高达6MPa，常规的单吸单级离心泵性能不能满足需要，目前国内反渗透海水淡化装置系统中所应用的海水淡化增压泵仍然为进口产品。
CN203627324公开了一种耐高温高压卧式单级悬臂泵的实用新型专利，其泵壳中心轴向依次设有进液孔和叶轮腔，侧壁设有排液孔，叶轮腔与进液孔相连通，侧面与排液孔相连通，进液孔内壁圆周均布设有分流板，压力泵壳的叶轮腔外端与泵盖固定连接，叶轮腔内端内壁设有压力泵壳耐磨环，叶轮腔内设有叶轮，泵轴一端与叶轮固定连接，另一端经轴承箱、轴承箱盖与动力源相连接，叶轮的进液端外缘设有叶轮耐磨环，压力泵壳耐磨环与叶轮耐磨环间隙配合，泵盖套在泵轴上，内端内腔经泄压衬套与叶轮密封连接，外端内腔经机械密封与泵轴相密封连接，由于其将进液孔设置在轴向，将出液孔设置在泵体径向。此项目专利虽然涉及了高压环境下轴向力的技术问题，轴向力仍未得到实质性解决。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构新颖、性能稳定、工艺简单、密封性能高、磨损量小、液力承载轴向力的反渗透海水淡化增压泵。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种反渗透海水淡化增压泵，主要包括泵体、泵盖、泵轴、叶轮、叶轮螺母、前置密封环、机械密封、串联轴承和定位轴承、轴承箱和轴承箱盖，其特征在于所述泵盖相对于叶轮后端的端面上设有液力膜承载面，所述泵盖侧壁径向设有高压引流孔，所述液力膜承载面上圆周阵列有液力承压槽，所述液力承压槽端面沿轴向设有液力分配孔，所述液力分配孔一端与液力承压槽相连通，另一端与高压引流孔相连通，以使高压腔内的高压液通过高压引流孔、液力分配孔和液力承压槽流到液力膜承载面上，不但有效保证了水泵支承部件长期安全地可靠运行，而且还达到通过流体动压效应提高的液力承载能力，在液力膜承载面端面产生由低到高压侧的粘性剪切流又能阻止有高压侧到低压侧的的压差流，使本发明无论在正常和非正常工况下均能实现轴向力最大程度的承载能力，保证了轴系轴向力合理平衡。
本发明可在所述叶轮的轮毂外壁套有后置密封环，所述后置密封环与泵盖固定连接，以利于对泵内的高压腔进行隔离，达到形成液力膜承载面外的低压环境，进一步提高液力膜承载面的压差，进而加强承载能力。
本发明可在所述泵轴中心沿轴向设有轴心低压回流孔，所述泵轴外周圆周阵列有低压径向孔，所述低压径向孔径向设置，所述叶轮螺母中心设有出液通孔，所述轴心低压回流孔一端与低压径向孔相连通，另一端与出液通孔相连通，以使液力承载面承载的液流均匀得到充分收集至轴心低压回流孔，低压回流孔由于位于叶轮中心，在叶轮的高速旋转之下，形成超低压力区，显著提高了液力承载面的压力差，加速液力承载面的承载液流充分流动，提高液力承载面液流承载能力，并突出的降低了机械密封腔的压力。
本发明所述叶轮中心与推力轴承组合间采用悬臂比1.2，大大提高了增压泵在运行过程中的刚度和强度。
本发明所述液力承压槽在液力承载面上呈螺旋状排列，并环轴心向外缘呈渐开线形延伸，所述液力承压槽圆周阵列至少8个，其螺旋角β=15-30°，槽深h=3-8μm，槽区宽比γ=0.3-0.8，槽径宽比δ=0.5-1.0，通过流体动压效应提高的液力承载能力，在液力承载面产生由低到高压侧的粘性剪切流又能阻止有高压侧到低压侧的的压差流，通过流体动压效应提高了端面的承载能力，正常和非正常工况下均能实现轴向力最大程度的承载能力，进一步保证了轴系轴向力合理平衡。
本发明所述泵体水平中心支承使得轴向力在泵轴上不产生附加的弯矩，保证水泵转子能够更加平稳的运行。
本发明所述串联轴承，在正常工况下承受液力面承载轴向力剩余负荷，定位轴承作为水泵过渡过程反向水泵转子定位，这组合而成的三推力轴承组保证了对残余轴向力最可靠的承载。
本发明在运行时，泵轴高速旋转，带动叶轮旋转，使液体经泵体的进口通过叶轮导流，从出口排出，在运行过程中，泵体内的高压腔内的高压液通过高压引流孔、液力分配孔和液力承压槽流到液力膜承载面上，不但有效保证了水泵支承部件长期安全地可靠运行，而且还达到通过流体动压效应提高的液力承载能力，在液力膜承载面端面产生由低到高压侧的粘性剪切流又能阻止有高压侧到低压侧的的压差流，使本发明无论在正常和非正常工况下均能实现轴向力最大程度的承载能力，保证了轴系轴向力合理平衡，同时，液力承载面承载的液流通过低压径向孔均匀并充分收集至轴心低压回流孔，并通过出液通孔排出，由于低压回流孔位于叶轮中心，在叶轮的高速旋转之下，形成超低压力区，显著提高了液力承载面的压力差，加速液力承载面的承载液流充分流动，提高液力承载面液流承载能力，并突出的降低了机械密封腔的压力。
本发明由于采用上述结构，具有结构新颖、性能稳定、工艺简单、断面无接触、液力承载轴向力等优点。
附图说明
图1本发明的结构示意图。
图2图1中方框部位放大图。
图3液力面承载结构平面图。
图4泵体水平中心支承平面图。
附图标记：1、透孔叶轮螺母2、前置密封环3、叶轮4、泵体5、泵盖6、高压引流孔7、机械密封8、机封内冲洗孔9、泵轴10、串联轴承11、定位轴承12、后置密封环13、液力分配孔14、低压径向孔15、轴心低压回流孔16、液力承压槽17、液力膜承载面18、泵体水平中心支承19、出液通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
如附图1所示，一种反渗透海水淡化增压泵，确切的说是用在反渗透工艺方式的海水淡化装置中，将通过能量转化装置的待处理高压海水提升增压后提供给反渗透膜组的水泵，其主要包括泵体4、泵盖5、泵轴9、叶轮3、叶轮螺母1、前置密封环2、机械密封7、串联轴承10和定位轴承11、轴承箱和轴承箱盖，所述泵体4、泵盖5、泵轴9、叶轮3、叶轮螺母1、前置密封环2、机械密封7、串联轴承10和定位轴承11、轴承箱和轴承箱盖的连接关系与现有技术相同，此不赘述，其特征在于所述泵盖5相对于叶轮3后端的端面上设有液力膜承载面17，所述泵盖5侧壁径向设有高压引流孔6，所述液力膜承载面17上圆周阵列有液力承压槽16，所述液力承压槽16端面沿轴向设有液力分配孔13，所述液力分配孔13一端与液力承压槽16相连通，另一端与高压引流孔6相连通，以使高压腔内的高压液通过高压引流孔6、液力分配孔13和液力承压槽16流到液力膜承载面17上，不但有效保证了水泵支承部件长期安全地可靠运行，而且还达到通过流体动压效应提高的液力承载能力，在液力膜承载面端面产生由低到高压侧的粘性剪切流又能阻止有高压侧到低压侧的的压差流，使本发明无论在正常和非正常工况下均能实现轴向力最大程度的承载能力，保证了轴系轴向力合理平衡。
本发明可在所述叶轮3的轮毂外壁套有后置密封环12，所述后置密封环12与泵盖5固定连接，以利于对泵内的高压腔进行隔离，达到形成液力膜承载面外的低压环境，进一步提高液力膜承载面的压差，进而加强承载能力。
本发明所述液力膜承载面17的承载能力，可应用CFX软件对密封断面进行数值模拟，β为密封面螺旋槽的螺旋角，h为密封面的槽深，z为槽数，γ为槽区宽比，δ为槽径宽比，d为端面内经，D为端面外径，di为动压槽径。优化是采用逐一优化的方法，即在研究一个参数时，假定其余参数不变，从而找出最佳值。液力面主要参数：螺旋角β=15-30°，槽深h=3-8μm，槽数z=8，槽区宽比γ=0.3-0.8，槽径宽比δ=0.5-1.0；型式试验运转时间为120h，每隔5h测量并记录测量推力轴承负荷量，试验介质：清水；介质温度：25℃；静压试验：压力7.5MPa，试验时间15min；运转试验：压力6MPa；试验时间120h；转速2950r/min。
试验结果表明：经过120h的运转液力面承载能力试验，在高压运行环境下，液力面承载能力达到负荷53%，大大减轻了推力轴承的载荷，有效保证了水泵支承部件长期安全可靠运行。
本发明可在所述泵轴9中心沿轴向设有轴心低压回流孔15，所述泵轴9外周圆周阵列有低压径向孔14，所述低压径向孔14径向设置，所述叶轮螺母1中心设有出液通孔19，所述轴心低压回流孔一端与低压径向孔相连通，另一端与出液通孔相连通，以使液力承载面承载的液流均匀得到充分收集至轴心低压回流孔15，低压回流孔15由于位于叶轮中心，在叶轮3的高速旋转之下，形成超低压力区，显著提高了液力承载面的压力差，加速液力承载面的承载液流充分流动，提高液力承载面液流承载能力，并突出的降低了机械密封腔的压力。
本发明所述叶轮3中心与推力轴承10组合间采用悬臂比1.2，大大提高了增压泵在运行过程中的刚度和强度。
本发明所述液力承压槽16在液力承载面上呈螺旋状排列，并环轴心向外缘呈渐开线形延伸，所述液力承压槽16圆周阵列至少8个，其螺旋角β=15-30°，槽深h=3-8μm，槽区宽比γ=0.3-0.8，槽径宽比δ=0.5-1.0，通过流体动压效应提高的液力承载能力，在液力承载面产生由低到高压侧的粘性剪切流又能阻止有高压侧到低压侧的的压差流，通过流体动压效应提高了端面的承载能力，正常和非正常工况下均能实现轴向力最大程度的承载能力，进一步保证了轴系轴向力合理平衡。
本发明所述泵体水平中心支承18使得轴向力在泵轴上不产生附加的弯矩，保证水泵转子能够更加平稳的运行。
本发明所述串联轴承10，在正常工况下承受液力面承载轴向力剩余负荷，定位轴承11作为水泵过渡过程反向水泵转子定位，这组合而成的三推力轴承组保证了对残余轴向力最可靠的承载。
本发明在运行时，泵轴高速旋转，带动叶轮旋转，使液体经泵体的进口通过叶轮导流，从出口排出，在运行过程中，泵体内的高压腔内的高压液通过高压引流孔6、液力分配孔13和液力承压槽16流到液力膜承载面17上，不但有效保证了水泵支承部件长期安全地可靠运行，而且还达到通过流体动压效应提高的液力承载能力，在液力膜承载面端面产生由低到高压侧的粘性剪切流又能阻止有高压侧到低压侧的的压差流，使本发明无论在正常和非正常工况下均能实现轴向力最大程度的承载能力，保证了轴系轴向力合理平衡，同时，液力承载面承载的液流通过低压径向孔均匀并充分收集至轴心低压回流孔15，并通过出液通孔19排出，由于低压回流孔15位于叶轮中心，在叶轮3的高速旋转之下，形成超低压力区，显著提高了液力承载面的压力差，加速液力承载面的承载液流充分流动，提高液力承载面液流承载能力，并突出的降低了机械密封腔的压力。
本发明由于采用上述结构，具有结构新颖、性能稳定、工艺简单、断面无接触、液力承载轴向力等优点。
Claims (6)
1.一种反渗透海水淡化增压泵，主要包括泵体、泵盖、泵轴、叶轮、叶轮螺母、前置密封环、机械密封、串联轴承和定位轴承、轴承箱和轴承箱盖，其特征在于所述泵盖相对于叶轮后端的端面上设有液力膜承载面，所述泵盖侧壁径向设有高压引流孔，所述液力膜承载面上圆周阵列有液力承压槽，所述液力承压槽端面沿轴向设有液力分配孔，所述液力分配孔一端与液力承压槽相连通，另一端与高压引流孔相连通。
2.根据权利要求1所述的一种反渗透海水淡化增压泵，其特征在于所述叶轮的轮毂外壁套有后置密封环，所述后置密封环与泵盖固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种反渗透海水淡化增压泵，其特征在于所述泵轴中心沿轴向设有轴心低压回流孔，所述泵轴外周圆周阵列有低压径向孔，所述低压径向孔径向设置，所述叶轮螺母中心设有出液通孔，所述轴心低压回流孔一端与低压径向孔相连通，另一端与出液通孔相连通。
4.根据权利要求1所述的一种反渗透海水淡化增压泵，其特征在于所述叶轮中心与推力轴承组合间采用悬臂比1.2。
5.根据权利要求1所述的一种反渗透海水淡化增压泵，其特征在于所述液力承压槽在液力承载面上呈螺旋状排列，并环轴心向外缘呈渐开线形延伸，所述液力承压槽圆周阵列至少8个，其螺旋角β=15-30°，槽深h=3-8μm，槽区宽比γ=0.3-0.8，槽径宽比δ=0.5-1.0。
6.根据权利要求1所述的一种反渗透海水淡化增压泵，其特征在于所述泵体中心设有泵体水平中心支承。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Jiabin Inventor after: Yuan Shouqi Inventor after: Yao Hongqian Inventor after: Ye Xiaoyan Inventor after: Hu Jingning Inventor after: Li Caihong Inventor after: Xue Yanping Inventor after: Li Xiupeng Inventor before: Wang Jiabin Inventor before: Yuan Shouqi Inventor before: Yao Hongqian Inventor before: Ye Xiaoyan Inventor before: Hu Jingning Inventor before: Xue Yanping Inventor before: Li Xiupeng |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |