CN105570186A - 一种能实现轴向力自平衡的单级离心泵 - Google Patents

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Abstract

一种能实现轴向力自平衡的单级离心泵,包括泵体、叶轮组件、泵轴以及轴套,泵轴的一端伸入泵体内部,泵轴通过轴套与泵体密封连接,泵轴与轴套间隙配合;叶轮组件安装在伸入泵体内部的泵轴的末端,叶轮组件与所述的泵体内部的叶轮安装腔间隙配合;叶轮组件包括叶轮、叶轮前盖板和叶轮后盖板,叶轮安装在叶轮前盖板和所述的叶轮后盖板围成的腔体内,叶轮后盖板外表面设置一圈与叶轮同轴的后口环;叶轮后盖板的后口环内直径比叶轮前盖板的前口环外直径大,后口环的外表面分布沟槽。本发明的有益效果是:叶轮内部流动平稳,减小了离心泵的振动,提高了离心泵的可靠性和效率;有效提高轴向力平衡的效果;泵轴处的射流孔能够抑制汽蚀现象的产生。

Description

-种能实现轴向力自平衡的单级离心累
技术领域
[0001] 本发明设及一种能实现轴向力自平衡的单级离屯、累。
背景技术
[0002] 离屯、累是生活中用途最广泛的通用设备之一,其结构简单,使用方便,效率较高。 但是,在运行过程中,由于叶轮前后盖板的压力不同造成了离屯、累轴向力的产生,轴向力的 方向指向叶轮进口。不平衡的轴向力会加重轴承的工作负荷,对轴承不利,轴向力使累转子 向吸入口窜动,造成振动并可能使叶轮口环摩擦使累体损坏。同时轴向力使轴承向吸入口 窜动,造成叶轮与累壳口环磨损,轴向力使密封弹黃压失调,降低密封使用寿命。甚至产生 强烈的振动,严重的情况下使累不能正常工作。
[0003] 用于平衡轴向力的方法:
[0004] 一是使用推力轴承,此方法只适用于轴向力较小的场合。
[0005] 二是在叶轮上设计一个或者多个平衡孔,但是运种方法会造成输送介质的泄漏, 由此造成离屯、累效率的降低。另外,平衡孔的流体泄漏会对进入叶轮流体的流态造成破坏。 平衡孔的大小常常根据经验选择,平衡的效果不是很理想。
[0006] Ξ是采用双吸叶轮,但是双吸叶轮口环处更容易泄漏,效率也要低些。
[0007] 四是在叶轮后盖板上添加背叶片,通过背叶片的旋转使得后盖板压力降低。
[000引此外,离屯、累在工作时,因流体与累体之间存在摩擦损失,W及流体本身具有内摩 擦,而且由于叶轮是高速旋转的,流动时产生縱满与撞击,此在叶轮前后盖板与累体间的缝 隙处会出现縱满并且造成一部分水力损失,该损失即为累的水力损失,它包括摩阻损失与 縱满、撞击损失两部分。水力损失会使离屯、累的效率下降,会对能源造成浪费。
[0009] 目前在专利201210518253.9上,公开了一种能够自平衡轴向力的多级分段式离屯、 累,是通过叶轮前后盖板压力相等来达到轴向力平衡的目的。但此方案只适用于多级累,即 在累轴上设置有至少两级叶轮。而本方明的方案是应用于单级单吸式离屯、累上,而且采用 了截然不同的结构。
[0010] 同时,在离屯、累的进口处是整个累体内部压力最低的区域,因此容易发生汽蚀现 象。当出现汽蚀现象后,离屯、累内部会出现振动和噪声现象,严重时会造成离屯、累的损坏。 长期在汽蚀工况下运行,就会损坏叶轮,使叶轮金属剥落,发生腐蚀等现象。运不利于累的 平稳运行。而防止汽蚀现象发生的关键就在于使累进口处的压力大于液体的饱和蒸汽压。
[0011] 综述可知,采用必要的技术手段解决上述离屯、累存在的问题具有重要的理论意义 及工程应用价值。
发明内容
[0012] 为了解决单级离屯、累中所存在的轴向力过大的问题,二是解决叶轮前后盖板与累 体之间的缝隙处所存在的水力损失和缓解汽蚀的问题,本发明提出了一种能实现轴向力自 平衡的单级离屯、累。
[0013] 本发明所述的一种能实现轴向力自平衡的单级离屯、累,包括累体、叶轮组件、累轴 W及轴套,所述的累轴的一端伸入所述的累体内部,所述的累轴通过轴套与所述的累体密 封连接,所述的累轴与所述的轴套间隙配合;所述的叶轮组件安装在伸入累体内部的所述 的累轴的末端,所述的叶轮组件与所述的累体内部的叶轮安装腔间隙配合;所述的叶轮组 件包括叶轮、叶轮前盖板和叶轮后盖板,所述的叶轮安装在所述的叶轮前盖板和所述的叶 轮后盖板围成的腔体内,并且所述的叶轮后盖板的后部构成平衡室,所述的后盖板的平衡 室与叶轮吸入口相联,其特征在于:所述的叶轮后盖板外表面设置一圈与叶轮同轴的后口 环;所述的叶轮后盖板的后口环内直径比所述的叶轮前盖板的前口环外直径大,并且所述 的后口环的外表面分布沟槽。
[0014] 叶轮安装腔的内表面设有多块周向排布的第一筋板和多块周向排布的第二筋板, 其中所述的第一筋板表面与所述的叶轮前盖板间隙配合,所述的第二筋板表面与所述的叶 轮后盖板间隙配合。
[0015] 第一筋板、第二筋板的个数均为6块,所述的第一筋板、第二筋板均匀的排布在所 述的叶轮安装腔的表面。
[0016] 所述的沟槽为沿口环外表面轴向、周向或者斜向排布的仿生凹槽。
[0017] 所述的仿生凹槽为沿轴向左右交替排列的凹槽。
[0018] 所述的沟槽为沿后口环外表面周向排布环形仿生槽。
[0019] 所述的沟槽的横截面为V型、U型或矩形。
[0020] 所述的后口环为波浪形圆环。
[0021] 所述的累轴与所述的轴套之间的间隙作为中空区,累体的扩散段通过连通管与累 轴连通,其中连通管的一端与扩散管固接、另一端与轴套固接;所述的累轴上设有径向的连 通孔和位于累轴一端的轴向射流孔,其中所述的连通孔与连通管的出液端口对应,所述的 累轴的射流孔位于叶轮的进口位置并与叶轮安装腔连通;所述的连通孔与所述的射流孔连 通;所述的连通管上配有控制阀。
[0022] 平衡原理是:叶轮前盖板上的压力与叶轮后盖板上的压力相等,使得离屯、累的轴 向力自动平衡。运样有助于缓解整个轴承与轴的受力状态。此外,口环结构的加入使得叶轮 处减少了平衡孔结构,减小了由此带来的流体的泄漏,消除了由于流体泄漏引起的入口处 的扰动作用,提高离屯、累的性能;为提高叶轮后盖板处的口环处高压区与低压区的密封效 果,在口环上添加一系列的仿生沟槽结构。此外,仿生沟槽结构的加入能够提高压区域与低 压区域的密封效果,提高轴向力平衡的效果;口环作用原理主要是破坏流体边界层的扰动 作用,减少流体流动时造成的损失,改善口环处的密封效果。
[0023] 为解决叶轮前后盖板与累体之间的缝隙处所存在的水力损失的问题,分别在累体 前后沿圆周均布六块筋板。所述的筋板位于叶轮与累体之间空隙区域,固连在累体上。通过 在累体上加筋板能够有效地减少由于叶轮与蜗室之间动静干设造成的二次满和二次流等 现象,从而提高效率。筋板的形状设计成流线型,运种设计更加符合流体动力学原理,有利 于降低流体与筋板碰撞时的能量损失,有效提高离屯、累效率。
[0024] 为缓解叶轮进口处的汽蚀现象,在累轴内部开一个射流孔,该射流孔位于累轴一 端。连通管一端连接扩散段,一端连接的是轴套;所述连通管上安装有阀口,其目的是为了 在累未发生汽蚀的情况下,高压处的流体不会流向叶轮内部,提高累的效率和可操作性;所 述的轴套不与累轴一起旋转,在轴套中间区域留有一定的空间用于流体的流通。运样无需 外接水源;所述的累轴在与轴套相连接的部分开有两个通孔,用于将流体流入累轴内中间 的射流孔内。累轴的射流孔位于叶轮的进口位置。利用射流处流体的高压提高进口处的压 力,抑制汽蚀现象,提高累的整体抗汽蚀性能。
[0025] 本发明具有如下优点:本发明所述的离屯、累轴向力自平衡方法,使轴承的寿命提 高,消除了平衡孔的泄漏,叶轮内部流动平稳,减小了离屯、累的振动,提高了离屯、累的可靠 性和效率。累体上的口环结构提高了密封效果,有效提高轴向力平衡的效果。累体上的筋板 减弱了縱满的强度,起到整流的作用,提高了离屯、累的整体效率。累轴处的射流孔能够抑制 汽蚀现象的产生。射流供给的水来自压水室,无需外界提供水源,节约成本,无污染。
附图说明
[0026] 图1为本发明叶轮的Ξ维视图。
[0027] 图2为本发明叶轮所受压力视图。
[0028] 图3为本发明叶轮与累体二维视图。
[0029] 图4为本发明的叶轮剖视图。
[0030] 图5为图3的A向视图。
[0031] 图6为图3的B-B视图。
[0032] 图7为叶轮口环的几种不同形式之一。
[0033] 图8为叶轮口环的几种不同形式之二。
[0034] 图9为叶轮口环的几种不同形式之Ξ。
[0035] 图10为叶轮口环的几种不同形式之四。
[0036] 图11为沟槽口环C-C剖视图之一。
[0037] 图12为沟槽口环C-C剖视图之二。
[003引图13为沟槽口环C-C剖视图之Ξ。
具体实施方式
[0039] 下面结合附图进一步说明本发明
[0040] 参照附图:
[0041 ]实施例1本发明所述的一种能实现轴向力自平衡的单级离屯、累,包括累体1、叶轮 组件2、累轴3W及轴套4,所述的累轴3的一端伸入所述的累体1内部,所述的累轴3通过轴套 4与所述的累体1密封连接,所述的累轴3与所述的轴套4间隙配合;所述的叶轮组件2安装在 伸入累体1内部的所述的累轴3的末端,所述的叶轮组件2与所述的累体1内部的叶轮安装腔 间隙配合;所述的叶轮组件2包括叶轮21、叶轮前盖板22和叶轮后盖板23,所述的叶轮21安 装在所述的叶轮前盖板22和所述的叶轮后盖板23围成的腔体内,并且所述的叶轮后盖板23 的后部构成平衡室,所述的叶轮后盖板23的平衡室与叶轮21吸入口相联,所述的叶轮后盖 板23外表面设置一圈与叶轮同轴的后口环231;所述的叶轮后盖板23的后口环231内直径比 所述的叶轮前盖板22的前口环221外直径大,并且所述的后口环231的外表面分布沟槽232。 [0042]叶轮安装腔的内表面设有多块周向排布的第一筋板11和多块周向排布的第二筋 板12,其中所述的第一筋板11表面与所述的叶轮前盖板22间隙配合,所述的第二筋板13表 面与所述的叶轮后盖板23间隙配合。
[0043] 第一筋板11、第二筋板12的个数均为6块,所述的第一筋板11、第二筋板12均匀的 排布在所述的叶轮安装腔的表面。
[0044] 所述的沟槽232为沿口环外表面轴向、周向或者斜向排布的仿生凹槽。
[0045] 所述的仿生凹槽为沿轴向左右交替排列的凹槽。
[0046] 所述的沟槽为沿后口环外表面周向排布环形仿生槽。
[0047] 所述的沟槽的横截面为V型、U型或矩形。
[0048] 所述的后口环为波浪形圆环。
[0049] 所述的累轴3与所述的轴套4之间的间隙作为中空区5,累体1的扩散段13通过连通 管6与累轴3连通,其中连通管6的一端与扩散管13固接、另一端与轴套4固接;所述的累轴3 上设有径向的连通孔31和位于累轴一端的轴向射流孔32,其中所述的连通孔31与连通管6 的出液端口对应,所述的累轴3的射流孔32位于叶轮21的进口位置并与叶轮安装腔连通;所 述的连通孔31与所述的射流孔32连通;所述的连通管6上配有控制阀61。
[(K)加]工作原理可W用下式表示,即得:
[0051 ](怒-/訂.户,|,+ (咕-也).C 二(/':f -把).+ (皆-/C).
[0052]式中Ra表示叶轮出口半径;化表示为叶轮前轮穀口环处半径;I?c表示为叶轮前轮穀 半径;Rd表示为叶轮后轮穀半径;I?e表示为叶轮后盖板口环内表面半径。如图2所示,Pab表示 叶轮出口处到前轮穀口环处的平均压强,从叶轮出口处至叶轮前盖板口环处压强逐渐减小 至Pb;Pc表示叶轮进口处的平均压强,Pae表示叶轮出口处到后轮穀口环处的平均压强,从叶 轮出口处至叶轮后盖板口环处压强逐渐减小至?6 ; 1^1表示叶轮后盖板口环处到轮穀的平均 压强。
[00对压强Pa-Pb与Pa-Pe部分进行对比,Pa-Pb部分的接触面积比Pa-Pe大,而Pab与Pae压强 大小相似,所W在该部分的力的方向是与液体进入叶轮时的流动方向相同。压强Pb-Pc与Pe- Pd部分进行对比,平均压强Pe比Pc大很多,所W力的方向是同液体进入叶轮时的流动方向相 反。运两个力方向相反,因此离屯、累轴向力可W自平衡,减小了离屯、累的振动,提高离屯、累 整体的稳定性。
[0054] 在叶轮后盖板添加一个口环使得叶轮能够进行轴向力的自平衡,有助于缓解整个 轴承与轴的受力状态,提高离屯、累轴承和累轴的使用寿命。最大的益处在于,由于减少了平 衡孔结构,自然也就减小由此带来的流体的泄漏,提高离屯、累的效率和能源使用效率。
[0055] 为了提高叶轮后盖板口环上部高压区域与下部低压区域的密封效果,在叶轮的后 盖板口环处加入沟槽结构,沟槽结构的形状可W有多种形状。沟槽的排布可W是轴向排布, 也可W是径向排布,甚至可W是斜向排布的,但是斜向沟槽加工会较困难。运样在叶轮高速 运转的过种中,当高压流体流经此口环间隙,口环上的沟槽结构会阻碍流体的进入,起到良 好的密封效果。
[0056] 累体上的口环结构是为了进一步提高两个高低压区域之间的密封效果,使高压区 域的流体尽量少地进入低压区域,保持两个区域的压差。累体后盖板上的口环也可W添加 沟槽结构,与叶轮口环上的沟槽类似,提高轴向力平衡的效果。
[0057] 所述离屯、累口环可W有多种形态,如图6所示。口环上排布的是仿生凹槽,属于错 开排布,而口环则是整齐排布,两者在排布有略有差异,但是都能起到密封的作用。口环是 一个变形壁面的口环,在叶轮高速旋转的过程中,对减小阻力也有一定的效果。口环是一种 排布有沟槽的口环。如图7所示。运些仿生沟槽均具有密封的效果,能够有效提高离屯、累的 使用效率。
[0058] 此方案能减小损失的原因在于,离屯、累在运行过程中,叶轮处于高速旋转,而累体 相对于叶轮是静止不动的,因此叶轮前盖板、叶轮后盖板与累体之间的缝隙之间会产生大 量的縱满,运些縱满会造成水力损失。通过在累体上加筋板能够有效地遏制縱满消散,起到 整流的作用,从而提高能源使用效率。其分布如图4所示,筋板在累体前后分别沿圆周均布, 共6块。并且其形状为流线型,有利于减少筋板与流体碰撞过程中的水力损失。
[0059] 为了抑制离屯、累汽蚀的现象,在图3中,扩散段与累轴之间联通一个连通管。运样 就不需要再外接高压的水源,节省了成本。在连通管中间安装的阀口的作用是避免在累未 发生汽蚀的情况下启动装置,避免不必要的浪费,提高射流装置的可操作性,避免不必要的 浪费。连接累轴一端的连通管固定在轴套上,轴套不随累轴一起旋转,在轴套中留有一定的 中空区,如图5所示。累轴上开有两个通孔。可用于流体通过。在与轴套接触的累轴上开有两 上通孔,用于流体进入累中间的射流孔内,所图5所示。累轴中间开有一个射流孔。
[0060] 其工作原理是:高压的液体从压水室的扩散段中经过连通管后流出,经过阀口。若 阀口关闭,则液体不会从高压区域流向叶轮内。而阀口打开后,液体从阀口经过,流入轴套 区域,并且从中图5中的中空区经过两个通孔进入到累轴内部的射流孔,最后高压的液体会 从射流孔中射出。运样,离屯、累进口处的压力可W大于饱和蒸汽压力,汽蚀的现象就可W得 到抑制。
[0061] 本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举,本发明的保护 范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式,本发明的保护范围也包括本领域技术 人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1. 一种能实现轴向力自平衡的单级离心栗,包括栗体、叶轮组件、栗轴以及轴套,所述 的栗轴的一端伸入所述的栗体内部,所述的栗轴通过轴套与所述的栗体密封连接,所述的 栗轴与所述的轴套间隙配合;所述的叶轮组件安装在伸入栗体内部的所述的栗轴的末端, 所述的叶轮组件与所述的栗体内部的叶轮安装腔间隙配合;所述的叶轮组件包括叶轮、叶 轮前盖板和叶轮后盖板,所述的叶轮安装在所述的叶轮前盖板和所述的叶轮后盖板围成的 腔体内,并且所述的叶轮后盖板的后部构成平衡室,所述的后盖板的平衡室与叶轮吸入口 相联,其特征在于:所述的叶轮后盖板外表面设置一圈与叶轮同轴的后口环;所述的叶轮后 盖板的后口环内直径比所述的叶轮前盖板的前口环外直径大,并且所述的后口环的外表面 分布沟槽。
2. 如权利要求1所述的一种能实现轴向力自平衡的单级离心栗,其特征在于:叶轮安装 腔的内表面设有多块周向排布的第一筋板和多块周向排布的第二筋板,其中所述的第一筋 板表面与所述的叶轮前盖板间隙配合,所述的第二筋板表面与所述的叶轮后盖板间隙配 合。
3. 如权利要求3所述的一种能实现轴向力自平衡的单级离心栗,其特征在于:第一筋 板、第二筋板的个数均为6块,所述的第一筋板、第二筋板均匀的排布在所述的叶轮安装腔 的表面。
4. 如权利要求1所述的一种能实现轴向力自平衡的离心栗叶轮,其特征在于:所述的沟 槽为沿口环外表面轴向、周向或者斜向排布的仿生凹槽。
5. 如权利要求4所述的一种能实现轴向力自平衡的单级离心栗,其特征在于:所述的仿 生凹槽为沿轴向左右交替排列的凹槽。
6. 如权利要求4所述的一种能实现轴向力自平衡的单级离心栗,其特征在于:所述的沟 槽为沿后口环外表面周向均匀排布的环形仿生槽。
7. 如权利要求6所述的一种能实现轴向力自平衡的单级离心栗,其特征在于:所述的沟 槽的横截面为V型、U型或矩形。
8. 如权利要求1所述的一种能实现轴向力自平衡的离心栗叶轮,其特征在于:所述的后 口环为波浪形圆环。
9. 如权利要求1所述的一种能实现轴向力自平衡的离心栗叶轮,其特征在于:所述的栗 轴与所述的轴套之间的间隙作为中空区,栗体的扩散段通过连通管与栗轴连通,其中连通 管的一端与扩散管固接、另一端与轴套固接;所述的栗轴上设有径向的连通孔和轴向的射 流孔,其中所述的连通孔与连通管的出液端口对应,所述的射流孔与叶轮安装腔连通;所述 的连通孔与所述的射流孔连通;所述的连通管上配有控制阀。
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