CN105927579B - 一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明针对离心式流体输送装备存在的内漏和不平衡轴向力等问题，提出一种利用在叶轮进口侧设置非接触式流体动压机械密封消除内漏，利用在叶轮背部侧设置与进口侧成镜像安装的、端面流体型槽互为镜像的非接触式流体动压机械密封、并在低压腔引入进口压力介质，消减轴向力的无内漏轴向力自平衡离心式流体输送装置，包括主轴、叶轮、键、轴向紧固机构、壳体、2组非接触式流体动压机械密封和轴封；叶轮穿套于主轴上，其两侧与壳体之间分别设置1组非接触式流体动压机械密封；2组非接触式流体动压机械密封与壳体组成高压腔，叶轮背部的非接触式流体动压机械密封与轴封、主轴、壳体组成低压腔，离心式流体输送装置的进口与低压腔通过平衡管连通。

Description

一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置
技术领域
本发明涉及离心式流体输送装备技术领域，尤其是一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，如离心泵、离心压缩机和发动机。
背景技术
现有的离心式流体输送装置，其结构组成包括叶轮2-1、主轴1、壳体本体3、进口端盖3-1、压盖3-2、轴封4(属于现有技术，主要包括与主轴通过O型圈密封连接并随主轴转动的动环4-1、与壳体本体通过O型圈密封连接的静密封环4-2、推动动环在轴向与静密封环接触的弹簧4-3)、轴承5、叶轮进口径向密封，如图1所示。由于工况波动以及材料不均匀形成的不平衡重的影响，处于主轴悬臂端的叶轮，工作时会产生径向跳动，为防止叶轮轮缘与壳体碰擦，叶轮进口径向密封间隙通常设置成较大值；而较大的径向密封间隙又会带来较大的内漏，影响离心式流体输送装备的效率；另一方面，由于叶轮进口压力低于其出口压力，因而叶轮进口侧和叶轮背部受到的轴向力存在差别，形成从叶轮背部指向叶轮进口的不平衡轴向力，影响着主轴轴承的使用寿命。另外，轴封处于与离心式流体输送装置出口相通的高压腔9内，承受着较大的介质压力差，存在大的外漏风险，容易失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对离心式流体输送装备存在的内漏和不平衡轴向力等问题，提出一种结构简单，利用在叶轮进口侧设置非接触式流体动压机械密封消除内漏，利用在叶轮背部侧设置与进口侧成镜像安装的、端面流体型槽互为镜像的非接触式流体动压机械密封、并在低压腔引入进口压力介质，消减轴向力的无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置。
本发明所述的一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，由主轴、叶轮、键、轴向紧固机构、壳体、2组非接触式流体动压机械密封和轴封组成；叶轮穿套于主轴上，其两侧与壳体之间分别设置1组非接触式流体动压机械密封；所述叶轮通过键实现其在主轴上的周向定位，通过轴向紧固机构保证其主轴上的轴向固定；2组非接触式流体动压机械密封与壳体组成高压腔，叶轮背部的非接触式流体动压机械密封与轴封、主轴、壳体组成低压腔，离心式流体输送装置的进口与低压腔通过平衡管连通。
上述的无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，所述的2组非接触式流体动压机械密封，均由叶轮密封端面、静环、O形密封圈、弹性元件和弹簧座凹槽构成；所述壳体包括壳体本体和固定在壳体本体上的进口端盖；叶轮进口侧非接触式流体动压机械密封中的静环与进口端盖之间用O形圈密封连接，通过设置于进口端盖上的弹簧座凹槽中的弹性元件轴向支承贴合在叶轮进口侧非接触式流体动压机械密封中的叶轮密封端面上；叶轮背部非接触式流体动压机械密封中的静环与壳体本体之间用O形圈密封连接，通过设置于壳体本体上的弹簧座凹槽中的弹性元件轴向支承贴合在叶轮背部非接触式流体动压机械密封中的叶轮密封端面上。
上述的无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，叶轮密封端面开设有流体型槽，叶轮进口侧的叶轮密封端面开设的流体型槽与叶轮背部的叶轮密封端面开设的流体型槽互为镜像。
上述的无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，所述的流体型槽为径向贯穿型流体型槽；所述流体型槽的两侧槽壁，一侧为工作面，另一侧为非工作面；从低压腔进入所述流体型槽中的介质，在叶轮旋转时，被流体型槽的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面向大径侧流动而泵送至高压腔内；所述被流体型槽工作面加速成高速的流体，在被泵出流体型槽的过程中，随着流体型槽的流通截面积的逐渐增大，流速降低，压力增大，形成静环与叶轮密封端面分离的开启力。
上述的无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，所述的流体型槽是径向不贯穿型流体型槽，位于叶轮密封端面的小径侧；所述流体型槽的两侧槽壁，一侧为工作面，另一侧为非工作面；从低压腔进入所述流体型槽中的介质，在叶轮旋转时，被流体型槽的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面向大径侧流动，由于密封坝的阻挡，流速降低并在流体型槽根部集聚，压力增大，形成静环与叶轮密封端面分离的开启力。
上述的无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，所述的流体型槽是径向不贯穿型流体型槽，位于叶轮密封端面的大径侧；流体型槽的出口位于叶轮动环密封面的外径处，流体型槽的进口通过叶轮或者静环上的引流通道与高压腔连通；所述流体型槽的两侧槽壁，一侧为工作面，另一侧为非工作面；
所述流体型槽中的介质，在叶轮旋转时，被流体型槽的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面向叶轮大径侧流动而泵送至高压腔内，并在流体型槽的进口处形成低压区，高压腔内的介质在压差作用下通过所述引流通道流进流体型槽中，形成一次次自泵送循环；所述被流体型槽工作面加速成高速的流体，在被泵出流体型槽的过程中，随着流体型槽的流通截面积的逐渐增大，流速降低，压力增大，形成静环与叶轮密封端面分离的开启力。
上述的无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，所述流体型槽的进口与设置在叶轮密封端面上的集流槽连通，所述集流槽通过引流通道与高压腔连通。
上述的无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，所述流体型槽的进口与设置在静环上的集流槽在轴向相对，流体型槽的进口通过集流槽、引流通道与高压腔连通。
上述的无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，所述的轴向紧固机构由滑块、推拉杆、推拉杆调节头、钢球、压杆、导程孔、导向杆、固定板组成；主轴底部固定有固定板，推拉杆转动设置在固定板上并伸入到主轴内，推拉杆与滑块通过螺纹相连，主轴上设置的导向杆伸入到滑块上沿推拉杆轴向所开的导向槽中；滑块上开设有曲率半径大于钢球半径的球坑，球坑中放置有钢球，钢球的另一端、压杆、键依次顺序接触，钢球和压杆处于主轴上的导程孔中；旋转推拉杆调节头，滑块沿推拉杆轴向移动，钢球沿滑块上球坑壁攀升，推动压杆位移挤压键和叶轮键槽，使得叶轮固定在主轴上。
上述的无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，所述轴封连接于低压腔的主轴与壳体之间，承受低压腔中介质的密封。
本发明的工作原理：
(1)无内漏。图1为传统离心式流体输送装置的叶轮进口密封，这种密封是通过减小叶轮进口外缘与壳体之间的密封间隙δ，增大介质经过间隙的阻力，来控制高压侧介质泄漏至低压侧的。限于制造技术水平和工况变化实际，为防止旋转过程中叶轮径向与壳体碰擦，设计制造时通常留有较大的密封间隙δ，这恰恰增大了介质由高压侧流向至低压侧的泄漏量。图2为本发明提出的叶轮进口密封，该密封为轴向密封。在转动过程中，低压侧介质楔入或泵入叶轮密封端面上设置的流体型槽中，并被流体型槽工作面做功。对于贯穿型槽，一方面，流体型槽中的介质被加速成高速流体，在沿直径增大方向流通截面积不断增大的流道中转化为动压，形成阻止高压侧介质流向低压侧的屏障，以及推开叶轮密封端面和静环端面接触减小端面摩擦的动力；另一方面，介质从低压侧被泵送至高压侧。可见，安装这种贯穿型槽密封的流体输送装置，其工作效率高于传统流体输送装。对于非贯穿型槽，如上游泵送机械密封，楔入的流体在型槽根部集聚，形成高压屏障，一方面阻止高压侧介质流向低压侧，一方面推开叶轮密封端面和静环端面接触减小端面摩擦。对于非贯穿型槽，如自泵送机械密封，叶轮旋转时，流体型槽中的介质被流体型槽的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面向叶轮大径侧流动而泵送至高压腔内，并在流体型槽的进口处形成低压区，高压腔内的介质在压差作用下通过所述引流通道流进流体型槽中，形成一次次自泵送循环；被流体型槽工作面加速成高速的流体，在被泵出流体型槽的过程中，随着流体型槽的流通截面积的逐渐增大，流速降低，压力增大，形成静环与叶轮密封端面分离的开启力、以及阻止流体从高压腔流向低压腔和叶轮进口的高压屏障。
(2)轴向力自平衡。图11、图12分别为传统的和本发明的离心式流体输送装置的轴向受力情况。对于传统离心式流体输送装置，其承受介质进口压力p1的作用力、出口压力p2在叶轮进口外径侧的作用力、出口压力p2在叶轮背部的作用力、弹簧力psA和轴承力Fc。设轴封端面密封面积为A，则有
Fc+p1πR2＝psA+p2(πR2-πr2) (1)
本发明的离心式流体输送装置，其承受介质进口压力p1的作用力、出口压力p2在叶轮进口外径侧的作用力、出口压力p2在叶轮背部的作用力、弹簧力psA和轴承力Fx，以及非接触式流体动压机械密封的静环与叶轮密封端面之间的作用力。考虑到叶轮两侧为镜像安装的同类等尺寸非接触式流体动压机械密封，安装时当叶轮两侧非接触式流体动压机械密封的弹簧力相等时叶轮在轴上位置稳定，采用轴向紧固机构固定叶轮，运行时，具有相同的流体动压，则
Fx+p1πR2＝psA+p1(πR2-πr2) (2)
由式(1)-(2)，考虑叶轮进口直径大于轴封密封外径，则有
Fc-Fx＝p2(πR2-πr2)-p1(πR2-πr2)＝(p2-p1)(πR2-πr2)>0 (3)
式中R为叶轮进口半径，r为轴封密封端面外半径。
由式(3)可以看出，传统离心式流体输送装置的轴向力大于本发明离心式流体输送装置的轴向力，即本发明离心式流体输送装置具有更好的轴向力自平衡能力。
(3)随轴移动后叶轮的轴向紧固。安装叶轮时，先将键放入轴上的键槽中，再将叶轮穿套在轴上，随着进口端盖与壳体连接，叶轮在两侧的非接触式流体动压机械密封的弹性元件作用力(弹簧力)作用下，沿轴滑动，最终稳定在2组非接触式流体动压机械密封弹性元件作用力相等的位置。顺时针旋动推拉杆调节头，推拉杆带动滑块沿导向滑块向推拉杆调节头方向移动，钢球沿滑块上球坑壁攀升，推动压杆位移挤压键和叶轮键槽形成正压力，紧固叶轮于主轴上。
本发明的主要优点：
镜像安装2套非接触式流体动压机械密封，可以使叶轮进口侧和背部侧的两个弹性元件的压力值一致，安装状态下，主轴无轴向力。
叶轮进口侧安装非接触式流体动压机械密封，使得原来的径向间隙密封变成了端面密封，避免了主轴径向跳动引起的失效，同时，改良为轴向补偿，保证了密封的追随性。
叶轮背部侧安装非接触式流体动压机械密封把低压腔与高压腔隔离，使得高压介质作用在叶轮两侧的轴向力相等，方向相反，无不平衡轴向力产生；由于低压腔与离心式流体输送装置进口相通，其介质压力小，以及支承叶轮的主轴直径较小，因而其引起的轴向力比传统离心式流体输送装置中的轴向力小得多，特别是高压场合更是如此。
叶轮背部侧安装非接触式流体动压机械密封把低压腔与高压腔隔离，将低压腔与离心式流体输送装置进口的相通，降低了轴封两侧的介质压力差，减小了轴封泄漏的风险。
轴向紧固机构，使得叶轮在主轴上位置确定后随处可以实现紧固。
附图说明
图1是传统离心式流体输送装置示意图。
图2是本发明的无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置示意图。
图3是叶轮进口侧非接触式流体动压机械密封示意图(采用图4所示的叶轮进口侧叶轮密封端面开设的贯穿型流体型槽)。
图4是叶轮进口侧叶轮密封端面上贯穿型流体型槽示意图。
图5是叶轮进口侧叶轮密封端面上非贯穿型上游泵送流体型槽示意图。
图6是叶轮上具有引流通道、叶轮进口侧叶轮密封端面上非贯穿型自泵送流体型槽示意图。
图7是叶轮进口侧非接触式流体动压机械密封的示意图(采用图6所示的叶轮进口侧叶轮密封端面上的非贯穿型自泵送流体型槽)。
图8是叶轮进口侧叶轮密封端面上非贯穿型自泵送流体型槽示意图(与该叶轮密封端面接触的静环上具有引流通道和集流槽)。
图9是静环上具有引流通道、集流槽的端面示意图。
图10是静环上具有引流通道、集流槽的叶轮进口侧非接触式流体动压机械密封示意图。
图11传统离心式流体输送装置主轴叶轮轴向受力分析图。
图12本发明的离心式流体输送装置主轴叶轮轴向受力分析图。
图13是轴向紧固机构示意图。
图14是图13的A-A剖面图。
图15是叶轮背部叶轮密封端面上贯穿型流体型槽示意图。
图16是叶轮背部叶轮密封端面上非贯穿型上游泵送流体型槽示意图。
图17是叶轮上具有引流通道、叶轮背部叶轮密封端面上非贯穿型自泵送流体型槽示意图。
图18是叶轮背部叶轮密封端面上非贯穿型自泵送流体型槽示意图(与该叶轮密封端面接触的静环上具有引流通道和集流槽)。
图中：
主轴1；内六角螺栓1-1；导向杆1-1-1；1-2导程孔；非接触式流体动压机械密封2；叶轮2-1；流体型槽2-1-1；密封堰2-1-2；密封坝2-1-3；叶轮上的引流通道2-1-4；工作面2-1-5；非工作面2-1-6；叶轮密封端面2-1-7；O型圈2-2；静环2-3；集流槽2-3-1；静环上的引流通道2-3-2；弹性元件2-4；壳体本体3；壳体本体上的弹簧座凹槽3-0；进口端盖3-1；进口端盖上的弹簧座凹槽3-1-0；压盖3-2；轴封4；动环4-1；静密封环4-2，弹簧4-3；轴承5；键6；轴向紧固机构7；推拉杆7-1；推拉杆调节头7-2；滑块7-3；钢球7-4；压杆7-5；锁紧螺母7-6；固定板7-7；导向槽7-8；低压腔8；高压腔9；平衡管10；叶轮工作时转动方向w。
具体实施方式
参见图2所示的无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，其主要包括主轴、叶轮、键、轴向紧固机构、壳体、2组非接触式流体动压机械密封和轴封。所述壳体包括壳体本体和固定在壳体本体上的进口端盖及压盖。
一组非接触式流体动压机械密封设置在叶轮背部侧与壳体本体之间，我们称之为叶轮背部非接触式流体动压机械密封；另一组非接触式流体动压机械密封设置在叶轮进口侧与进口端盖之间，我们称之为叶轮进口侧非接触式流体动压机械密封。两组非接触式流体动压机械密封对称安装于叶轮两侧，其对称面垂直于主轴轴线，处于壳体本体上的弹簧座凹槽和进口端盖上的弹簧座凹槽中间。参见图3，各组非接触式流体动压机械密封，由叶轮密封端面、静环、O形密封圈、弹性元件和弹簧座凹槽构成。叶轮背部非接触式流体动压机械密封中的弹簧座凹槽位于壳体本体上，叶轮背部非接触式流体动压机械密封中的静环的周边与壳体本体之间用O形圈密封连接；叶轮进口侧非接触式流体动压机械密封中的弹簧座凹槽位于进口端盖上，叶轮进口侧非接触式流体动压机械密封中的静环的周边与进口端盖上之间用O形圈密封连接。位于弹簧座凹槽中的弹性元件给静环施加轴向力，以推动静环沿着主轴轴向移动，使得静环与叶轮密封端面轴向接触。
参见图2，轴封设置在主轴与壳体本体之间，主要包括设置在主轴上随主轴一起转动的动环、与动环轴向相对的静密封环、弹簧、O形圈。动环与主轴之间用O形圈密封，静密封环外周与壳体本体上的轴孔之间用O形圈密封，压盖与壳体本体之间用O形圈密封。弹簧位于压盖与静密封环之间，以推动静密封环沿着主轴轴向移动，使得静密封环与动环之间轴向接触。
参见图13、14，叶轮通过键实现其在主轴上的周向定位，通过轴向紧固机构保证其主轴上的轴向固定。轴向紧固机构由滑块、导向槽、导向杆、推拉杆、推拉杆调节头、钢球、压杆、键、导程孔、固定板组成。主轴端部通过螺纹连接有固定板，推拉杆轴向转动设置在固定板上，并穿过固定板伸入到沿主轴轴向所开的推拉杆孔内，滑块与推拉杆通过螺纹副相连。导向杆设置在沿主轴径向所开的孔内，其一端伸入到滑块上沿推拉杆轴向所开的导向槽中，另一端为内六角螺栓，径向、螺纹连接于主轴上，限制滑块在推拉杆孔内的转动。滑块上开设有曲率半径大于钢球半径的球坑，球坑中放置有钢球，钢球的另一端、压杆、键依次顺序接触，钢球和压杆处于主轴径向上的导程孔中。推拉杆调节头以中间的四方孔与推拉杆近端部的四方柱配合，周向限位，其轴向滑动通过锁紧螺母螺纹连接于推拉杆端部而限制。顺时针旋转推拉杆调节头，推拉杆随之转动，滑块在导向杆的限位下不能转动，只能沿推拉杆轴向向推拉杆调节头方向移动，钢球沿滑块上的球坑壁在主轴的径向方向攀升，推动压杆沿着主轴径向方向向外移动，挤压键和叶轮键槽，使得叶轮固定在主轴上。
参见图2，叶轮径向的外侧部分、与叶轮径向的外侧部分相对应的进口端盖及壳体本体、2组非接触式流体动压机械密封构成高压腔，高压腔与叶轮出口相通。叶轮径向的内侧部分、与叶轮径向的内侧部分相对应的壳体本体、轴封、主轴、叶轮背部的非接触式流体动压机械密封构成低压腔，低压腔通过平衡管与离心式流体输送装置的进口相通。
参见图2、图13，安装时，先把壳体本体与主轴之间的轴封安装好。接着，把叶轮背部的非接触式流体动压机械密封的弹性元件置于壳体本体上的弹簧座凹槽内，再把叶轮背部的非接触式流体动压机械密封的静环套上O形圈，放入壳体本体上的弹簧座凹槽内，使得该静环与壳体本体密封；然后，把叶轮套装在主轴端部，此时只采用键对叶轮进行周向定位，轴向紧固机构并不对叶轮进行轴向定位，叶轮可在主轴轴向活动。再把叶轮进口侧非接触式流体动压机械密封的弹性元件、带有O形圈静环依次放置于进口端盖的弹簧座凹槽内，使得该静环与进口端盖密封；将带有叶轮进口侧非接触式流体动压机械密封静环的进口端盖安装到壳体本体上。此时，叶轮背部的非接触式流体动压机械密封的弹性元件和叶轮进口侧的非接触式流体动压机械密封的弹性元件均分别通过静环对叶轮施加轴向力，叶轮在轴向力的作用下在主轴上移动；当叶轮两侧的弹性元件对叶轮的作用力相等时，叶轮处于稳定平衡状态。调节轴向紧固机构，即转动推拉杆调节头，使压杆沿主轴上的径向导程孔向外移动，挤压键和叶轮键槽，将叶轮紧固在主轴上。
该无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置的优点：
1、对称安装2套非接触式流体动压机械密封，可以使叶轮开口侧和叶轮背部侧的两个弹性元件的压力值一致，安装状态下，主轴无轴向力；同时由于两个弹性元件的作用力一致，两侧的静环和叶轮密封端面之间的磨损量基本相同，延长了非接触式流体动压机械密封的使用寿命。
2、叶轮进口侧安装非接触式流体动压机械密封，使得原来的径向间隙密封变成了轴向端面密封，避免了主轴径向跳动引起的失效，同时，改良为轴向补偿，保证了密封的追随性。
3、背部侧安装非接触式流体动压机械密封把低压腔与高压腔隔离，并将低压腔与离心式流体输送装置进口的相通，减小了不平衡轴向力。
4、背部侧安装非接触式流体动压机械密封把低压腔与高压腔隔离，并将低压腔与离心式流体输送装置进口的相通，降低了轴封内外两侧的介质压力差，减小了轴封泄漏的风险。
5、轴向紧固机构，使叶轮在主轴上处于两侧弹性元件作用力相等的位置实现轴向紧固，消除了非接触式流体动压机械密封的弹簧力引起的附加轴向力。
对于该无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，叶轮密封端面开设有流体型槽，流体型槽的两侧槽壁，一侧为工作面，另一侧为非工作面。叶轮密封端面上，未开有流体型槽的部分称为密封坝，相邻的流体型槽之间的叶轮密封端面称为密封堰。流体型槽可以是径向贯穿型，可以是径向不贯穿型；可以是螺旋槽，也可以是直线槽或者其他形状的型槽。下面分别举例说明。
实施例1(径向贯穿型流体型槽)：
参见图3、图4、图15，镜像布置在叶轮进口侧叶轮密封端面和叶轮背部叶轮密封端面的流体型槽是径向贯穿型流体型槽。从低压腔进入所述流体型槽中的介质，在叶轮旋转时，被流体型槽的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面向大径侧流动而泵送至高压腔内；所述被流体型槽工作面加速成高速的流体，在被泵出流体型槽的过程中，随着流体型槽的流通截面积的逐渐增大，流速降低，压力增大，形成静环与叶轮密封端面分离的开启力。
该实施例1的特点：由于低压腔内介质被泵入高压侧，所以不但减小了内漏，而且提高了工作效率。同时，流体型槽内流动的介质，在工作面的作用下形成为阻止高压侧介质流向低压侧的屏障，并推开初始接触在一起的叶轮密封端面和静环端面，减小端面摩擦；另外，流动的介质对密封端面起到了降温作用，延长了使用寿命。
叶轮背部侧安装非接触式流体动压机械密封把低压腔与高压腔隔离，使得高压介质作用在叶轮两侧的轴向力相等，方向相反，无不平衡轴向力产生；由于低压腔与离心式流体输送装置进口相通，其介质压力小，以及支承叶轮的主轴直径较小，因而其引起的轴向力比传统离心式流体输送装置中的轴向力小得多。
实施例2(采用径向不贯穿型流体型槽的上游泵送机械密封)：
参见图5、图16，并参考图3，镜像布置在叶轮进口侧叶轮密封端面和叶轮背部叶轮密封端面的流体型槽是径向不贯穿型流体型槽，位于叶轮密封端面的小径侧，与低压腔相通。在叶轮旋转时，介质从低压腔楔入所述流体型槽，被流体型槽的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面向大径侧流动，由于密封坝的阻拦集聚在流体型槽的根部，流速降低，压力增大，形成静环与叶轮密封端面分离的开启力。
该实施例2的特点：由于低压腔内介质进入流体型槽后，在位于大径侧的流体型槽根部集聚，形成高压屏障，一方面阻止高压侧介质流向低压侧，减小内漏，一方面推开叶轮密封端面和静环端面接触减小端面摩擦。
叶轮背部侧安装非接触式流体动压机械密封把低压腔与高压腔隔离，使得高压介质作用在叶轮两侧的轴向力相等，方向相反，无不平衡轴向力产生；由于低压腔与离心式流体输送装置进口相通，其介质压力小，以及支承叶轮的主轴直径较小，因而其引起的轴向力比传统离心式流体输送装置中的轴向力小得多。
实施例3(采用径向不贯穿型流体型槽的自泵送机械密封)：
参见图6、图7、图17，镜像布置在叶轮进口侧叶轮密封端面和叶轮背部叶轮密封端面的流体型槽是径向不贯穿型流体型槽，位于叶轮密封端面的大径侧。在叶轮上开有引流通道，引流通道的一端与高压腔相通，另一端与开在叶轮密封端面上的流体型槽的进口相通。流体型槽的出口在叶轮动环密封的外径处与高压腔相通。
所述流体型槽中的介质，在叶轮旋转时，被流体型槽的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面向叶轮大径侧流动而泵送至高压腔内，并在流体型槽的进口处形成低压区，高压腔内的介质在压差作用下通过所述引流通道流进流体型槽中，形成一次次自泵送循环；所述被流体型槽工作面加速成高速的流体，在被泵出流体型槽的过程中，随着流体型槽的流通截面积的逐渐增大，流速降低，压力增大，形成静环与叶轮密封端面分离的开启力。
该实施例3的特点：由于高压腔内介质通过引流通道进入流体型槽进口，再沿着流体型槽从出口被泵出时，形成高压屏障，一方面阻止高压侧介质流向低压侧，减小内漏，一方面推开叶轮密封端面和静环端面接触减小端面摩擦。流体型槽内流动的介质对密封端面还起到了降温作用，延长了使用寿命。
叶轮背部侧安装非接触式流体动压机械密封把低压腔与高压腔隔离，使得高压介质作用在叶轮两侧的轴向力相等，方向相反，无不平衡轴向力产生；由于低压腔与离心式流体输送装置进口相通，其介质压力小，以及支承叶轮的主轴直径较小，因而其引起的轴向力比传统离心式流体输送装置中的轴向力小得多。
实施例4(采用径向不贯穿型流体型槽的自泵送机械密封)：
参见图8、图9、图10、图18，镜像布置在叶轮进口侧叶轮密封端面和叶轮背部叶轮密封端面的流体型槽是径向不贯穿型流体型槽，位于叶轮密封端面的大径侧。在静环上开有引流通道，引流通道的一端与高压腔相通，另一端与开在静环密封面上的集流槽相通。流体型槽的进口与设置在静环上的集流槽在轴向相对，流体型槽的进口通过集流槽、引流通道与高压腔连通。流体型槽的出口在叶轮动环密封的外径处与高压腔相通。
所述流体型槽中的介质，在叶轮旋转时，被流体型槽的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面向叶轮大径侧流动而泵送至高压腔内，并在流体型槽的进口处形成低压区，高压腔内的介质在压差作用下通过所述引流通道、集流槽流进流体型槽中，形成一次次自泵送循环；所述被流体型槽工作面加速成高速的流体，在被泵出流体型槽的过程中，随着流体型槽的流通截面积的逐渐增大，流速降低，压力增大，形成静环与叶轮密封端面分离的开启力。
该实施例4的特点：由于高压腔内介质通过引流通道进入流体型槽进口，再沿着流体型槽从出口被泵出时，形成高压屏障，一方面阻止高压侧介质流向低压侧，减小内漏；另一方面推开叶轮密封端面和静环端面接触减小端面摩擦。流体型槽内流动的介质对密封端面还起到了降温作用，延长了使用寿命。
叶轮背部侧安装非接触式流体动压机械密封把低压腔与高压腔隔离，使得高压介质作用在叶轮两侧的轴向力相等，方向相反，无不平衡轴向力产生；由于低压腔与离心式流体输送装置进口相通，其介质压力小，以及支承叶轮的主轴直径较小，因而其引起的轴向力比传统离心式流体输送装置中的轴向力小得多。

Claims (9)

1.一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，由主轴、叶轮、键、轴向紧固机构、壳体、2组非接触式流体动压机械密封和轴封组成；其特征是：叶轮穿套于主轴上，其两侧与壳体之间分别设置1组非接触式流体动压机械密封；所述叶轮通过键实现其在主轴上的周向定位，通过轴向紧固机构保证其主轴上的轴向固定；2组非接触式流体动压机械密封与壳体组成高压腔，叶轮背部的非接触式流体动压机械密封与轴封、主轴、壳体组成低压腔，离心式流体输送装置的进口与低压腔通过平衡管连通；
所述的2组非接触式流体动压机械密封，均由叶轮密封端面、静环、O形密封圈、弹性元件和弹簧座凹槽构成；所述壳体包括壳体本体和固定在壳体本体上的进口端盖；叶轮进口侧非接触式流体动压机械密封中的静环与进口端盖之间用O形圈密封连接，通过设置于进口端盖上的弹簧座凹槽中的弹性元件轴向支承贴合在叶轮进口侧非接触式流体动压机械密封中的叶轮密封端面上；叶轮背部非接触式流体动压机械密封中的静环与壳体本体之间用O形圈密封连接，通过设置于壳体本体上的弹簧座凹槽中的弹性元件轴向支承贴合在叶轮背部非接触式流体动压机械密封中的叶轮密封端面上。
2.如权利要求1所述的一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，其特征是：叶轮密封端面开设有流体型槽，叶轮进口侧的叶轮密封端面开设的流体型槽与叶轮背部的叶轮密封端面开设的流体型槽互为镜像。
3.如权利要求2所述的一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，其特征是：所述的流体型槽为径向贯穿型流体型槽；所述流体型槽的两侧槽壁，一侧为工作面，另一侧为非工作面；从低压腔进入所述流体型槽中的介质，在叶轮旋转时，被流体型槽的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面向大径侧流动而泵送至高压腔内；所述被流体型槽工作面加速成高速的流体，在被泵出流体型槽的过程中，随着流体型槽的流通截面积的逐渐增大，流速降低，压力增大，形成静环与叶轮密封端面分离的开启力。
4.如权利要求2所述的一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，其特征是：所述的流体型槽是径向不贯穿型流体型槽，位于叶轮密封端面的小径侧；所述流体型槽的两侧槽壁，一侧为工作面，另一侧为非工作面；从低压腔进入所述流体型槽中的介质，在叶轮旋转时，被流体型槽的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面向大径侧流动，由于密封坝的阻挡，流速降低并在流体型槽根部集聚，压力增大，形成静环与叶轮密封端面分离的开启力。
5.如权利要求2所述的一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，其特征是：所述的流体型槽是径向不贯穿型流体型槽，位于叶轮密封端面的大径侧；流体型槽的出口位于叶轮动环密封面的外径处，流体型槽的进口通过叶轮或者静环上的引流通道与高压腔连通；所述流体型槽的两侧槽壁，一侧为工作面，另一侧为非工作面；
所述流体型槽中的介质，在叶轮旋转时，被流体型槽的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面向叶轮大径侧流动而泵送至高压腔内，并在流体型槽的进口处形成低压区，高压腔内的介质在压差作用下通过所述引流通道流进流体型槽中，形成一次次自泵送循环；所述被流体型槽工作面加速成高速的流体，在被泵出流体型槽的过程中，随着流体型槽的流通截面积的逐渐增大，流速降低，压力增大，形成静环与叶轮密封端面分离的开启力。
6.如权利要求5所述的一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，其特征是：所述流体型槽的进口与设置在叶轮密封端面上的集流槽连通，所述集流槽通过引流通道与高压腔连通。
7.如权利要求5所述的一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，其特征是：所述流体型槽的进口与设置在静环上的集流槽在轴向相对，流体型槽的进口通过集流槽、引流通道与高压腔连通。
8.如权利要求1所述的一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，其特征是：所述的轴向紧固机构由滑块、推拉杆、推拉杆调节头、钢球、压杆、导程孔、导向杆、固定板组成；主轴底部固定有固定板，推拉杆转动设置在固定板上并伸入到主轴内，推拉杆与滑块通过螺纹相连，主轴上设置的导向杆伸入到滑块上沿推拉杆轴向所开的导向槽中；滑块上开设有曲率半径大于钢球半径的球坑，球坑中放置有钢球，钢球的另一端、压杆、键依次顺序接触，钢球和压杆处于主轴上的导程孔中；旋转推拉杆调节头，滑块沿推拉杆轴向移动，钢球沿滑块上球坑壁攀升，推动压杆位移挤压键和叶轮键槽，使得叶轮固定在主轴上。
9.如权利要求1所述的一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置，其特征是：所述轴封连接于低压腔的主轴与壳体之间，承受低压腔中介质的密封。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108869384B (zh) * 2018-05-02 2020-05-05 江苏大学 一种具有圆柱型导流叶片的离心泵径向密封环
CN108757546B (zh) * 2018-05-02 2020-05-01 江苏大学 一种具有平板型导流叶片的离心泵径向密封环
KR102583275B1 (ko) * 2018-09-21 2023-09-26 한화파워시스템 주식회사 쉬라우드 임펠러 조립체
CN110130998A (zh) * 2019-06-28 2019-08-16 重庆江增船舶重工有限公司 一种透平压缩机的自平衡冷却系统及方法
CN112253508B (zh) * 2020-10-22 2021-04-23 东莞市美途电机科技有限公司 一种环保低噪声减震交流离心风机
CN112431789A (zh) * 2020-11-25 2021-03-02 上海凯士比泵有限公司 一种具有高效密封性能的密封环
CN113153455B (zh) * 2020-12-01 2023-03-21 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 径流透平轴向力自适应调控方法
CN113309732B (zh) * 2021-05-31 2023-05-16 景德镇学院 一种气体输送装置
CN114738311A (zh) * 2022-05-27 2022-07-12 江苏大学 一种无泄漏离心泵
CN115199584B (zh) * 2022-09-07 2022-12-13 江苏振华海科装备科技股份有限公司 一种具有高效节能功能的离心泵

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201155484Y (zh) * 2007-12-21 2008-11-26 锦州市劲弓泵业有限责任公司 离心泵叶轮与口环密封装置
CN201420706Y (zh) * 2009-05-04 2010-03-10 北京巡航高科技有限公司 高速泵润滑油端的双向迷宫非接触式密封装置
CN203223423U (zh) * 2013-03-23 2013-10-02 扬州大学 一种带阻旋叶片的离心泵
CN103821729A (zh) * 2014-03-06 2014-05-28 安徽嘉成泵业有限责任公司 腔锁式零泄漏轴封渣浆泵
CN203670779U (zh) * 2013-12-24 2014-06-25 中国石油大学(华东) 一种采用组合轴端密封的气膜密封装置
CN105604975A (zh) * 2016-03-03 2016-05-25 凤杰图 流程泵
CN205805998U (zh) * 2016-07-01 2016-12-14 南京林业大学 一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201155484Y (zh) * 2007-12-21 2008-11-26 锦州市劲弓泵业有限责任公司 离心泵叶轮与口环密封装置
CN201420706Y (zh) * 2009-05-04 2010-03-10 北京巡航高科技有限公司 高速泵润滑油端的双向迷宫非接触式密封装置
CN203223423U (zh) * 2013-03-23 2013-10-02 扬州大学 一种带阻旋叶片的离心泵
CN203670779U (zh) * 2013-12-24 2014-06-25 中国石油大学(华东) 一种采用组合轴端密封的气膜密封装置
CN103821729A (zh) * 2014-03-06 2014-05-28 安徽嘉成泵业有限责任公司 腔锁式零泄漏轴封渣浆泵
CN105604975A (zh) * 2016-03-03 2016-05-25 凤杰图 流程泵
CN205805998U (zh) * 2016-07-01 2016-12-14 南京林业大学 一种无内漏轴向力自平衡的离心式流体输送装置

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