CN106151051A - 一种多级离心水泵节能型平衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级离心水泵节能型平衡装置，包括主轴、出水口和平衡水出口，所述主轴上固接有末级叶轮，所述主轴外侧套接平衡套和平衡盘，所述平衡套依据外径的不同，从大到小依次分为底端、中端和顶端，所述平衡套的顶端伸入平衡盘内。本结构的多级离心水泵节能型平衡装置在水泵启动时，平衡盘和平衡板能够同步贴合旋转，从而杜绝了平衡盘和平衡板之间的磨损。同时由于启动过程中平衡盘和平衡板不产生高压接触和高速旋转，从而有效降低了启动电流。本发明结构简单、构思巧妙，有效的降低了工作损耗，延长了使用寿命。

Description

一种多级离心水泵节能型平衡装置

技术领域

本发明涉及机电设备领域，尤其涉及用于矿山建井工程中井下排水的多级离心泵的节能型平衡装置。

背景技术

多级离心水泵在启动时由于出水端的高水压和进水端的低水压形成压力差，使水泵转子产生向进水端的轴向力，为了平衡此轴向力，保证水泵正常启动，多级离心泵在出水端配置了一套平衡装置，其平衡原理就是在高压出水端将一部份高压水通过阻尼减压至平衡室，再通过平衡室的平衡盘和平衡板之间的间隙流出，流出的水压力接近大气压。启动时水泵转子上的平衡盘向进水侧移动，紧贴在平衡板上相对高速旋转，形成一个密闭的平衡室产生高水压，平衡室外是常压，这样就形成了一个反向的压力差，使水泵转子产生朝向出水侧的轴向力，当朝向出水侧的轴向力大于朝向进水侧的轴向力时，平衡盘和平衡板分离，转子进入动态平衡中，水泵启动过程结束，这一过程一般在3~7秒间。

这一平衡装置做为多级离心泵的标准配置沿用至今，但在使用中发现存在以下问题：一是每次启动平衡盘都要和平衡板高压接触且相对高速旋转，导致平衡盘和平衡板因磨损严重过早报废，尤其是在需要频繁启动且水质不太好的环境下用泵，磨损更加严重，在建井过程中井筒排水有时一天就要更换一次；二是在启动过程中平衡盘和平衡板高压接触、高速旋转，启动阻力大导致启动电流大，经过降压启动后仍达到3～5倍的额定电流。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中平衡盘和平衡板过早磨损和启动电流过大的问题，提供一种多级离心水泵节能型平衡装置，从而确保平衡盘和平衡板没有摩擦磨损且降低启动电流。

本发明采用的技术方案是：一种多级离心水泵节能型平衡装置，包括主轴、出水口和平衡水出口，所述主轴上固接有末级叶轮，所述主轴外侧套接平衡套和平衡盘，所述平衡套依据外径的不同，从大到小依次分为底端、中端和顶端，所述平衡套的顶端伸入平衡盘内；

所述平衡盘和平衡套之间设有平衡板，所述平衡板和平衡套之间设有两个轴承和第一机械密封装置，所述两个轴承分别位于平衡套的底端和中端，所述第一机械密封装置位于平衡套的顶端；离心水泵的出水端外侧设有第二机械密封装置的座圈，所述座圈通过螺栓与离心水泵的出水端相连，所述座圈和平衡板之间设有第二机械密封装置；

当离心水泵的压力在2MPA～3MPA之间时，所述第一机械密封装置的动环的材质为石墨，静环的材质为碳化硅；当离心水泵的压力在3MPA～4MPA之间时，所述第一机械密封装置的动环的材质为碳化硅，静环的材质为整体合金；当离心水泵的压力大于4MPA时，所述第一机械密封装置的动环和静环的材质都为整体合金。

作为本发明的进一步改进，当离心水泵的压力大于5MPA时，第一机械密封装置内的弹簧需增大弹力。

作为本发明的更进一步改进，所述轴承一个为平面轴承，另一个为径向轴承，所述平面轴承位于平衡套的底端，所述径向轴承位于平衡套的中端。

本发明采用的有益效果是：本结构的多级离心水泵节能型平衡装置在水泵启动时，平衡盘和平衡板能够同步贴合旋转，从而杜绝了平衡盘和平衡板之间的磨损。同时由于启动过程中平衡盘和平衡板不产生高压接触和高速旋转，从而有效降低了启动电流。本发明结构简单、构思巧妙，有效的降低了工作损耗，延长了使用寿命。

附图说明

图1为现有平衡装置示意图。

图2为本发明示意图。

图中所示：1 主轴，2 平衡套，3 平衡板，4 平衡盘，5 末级叶轮，6 出水口，7 平衡水出口，8 第一机械密封装置，9 第二机械密封装置，10 轴承，11 座圈。

具体实施方式

下面结合图2，对本发明做进一步的说明。

如图2所示，一种多级离心水泵节能型平衡装置，包括主轴1、出水口6和平衡水出口7，所述主轴1上固接有末级叶轮5，所述主轴1外侧套接平衡套2和平衡盘4，所述平衡套2依据外径的不同，从大到小依次分为底端、中端和顶端，所述平衡套2的顶端伸入平衡盘4内；

所述平衡盘4和平衡套2之间设有平衡板3，所述平衡板3和平衡套2之间设有两个轴承10和第一机械密封装置8，所述两个轴承分别位于平衡套2的底端和中端，所述第一机械密封装置8位于平衡套2的顶端；离心水泵的后段和平衡室盖构成的腔体内还设有平衡挡套11，所述平衡挡套11通过螺栓与离心水泵的后段相连，所述平衡挡套11和平衡板3之间设有第二机械密封装置8；

所述平衡盘4和平衡套2之间设有平衡板3，所述平衡板3和平衡套2之间设有两个轴承10和第一机械密封装置8，所述两个轴承分别位于平衡套2的底端和中端，所述第一机械密封装置8位于平衡套2的顶端；离心水泵的出水端外侧设有第二机械密封装置的座圈11，所述座圈11通过螺栓与离心水泵的出水端相连，所述座圈11和平衡板3之间设有第二机械密封装置9；

当离心水泵的压力在2MPA～3MPA之间时，所述第一机械密封装置的动环的材质为石墨，静环的材质为碳化硅；当离心水泵的压力在3MPA～4MPA之间时，所述第一机械密封装置的动环的材质为碳化硅，静环的材质为整体合金；当离心水泵的压力大于4MPA时，所述第一机械密封装置的动环和静环的材质都为整体合金。

平衡套依据外径的不同分为三段，中端和底端上设有轴承，顶端设有第一机械密封装置，从而有效的固定轴承和第一机械密封装置，提高工作效果。座圈11和第二机械密封装置的配合进而将平衡盘和平衡板的下部整合成一个整体，确保连接无缝隙。

本发明的设计取决于水泵的扬程、流量、功率、转速等参数，相对应的是扬程的大小决定机械密封的耐压等级；流量和功率的大小决定平衡装置各部件的外形尺寸；转速的大小决定机械密封和轴承的精度等级。由于水泵电机都是二级电机，转速一般都为2960转/分；平衡装置的外形尺寸受制于流量和功率的大小，但这些可利用原泵的尺寸做依据；唯一变化的是扬程，不同扬程会影响本发明的第一机械密封装置，其耐压等级会不同，但平衡板外径的第二机械密封装置耐压等级不受影响，因此该装置设计定型大部份是依靠原泵的尺寸参数，只有第一机械密封装置会根据扬程不同耐压等级会不同，相应的标准是：扬程200米对应耐压不小于2兆帕；扬程300米对应耐压不小于3兆帕；扬程400米对应不小于4兆帕。

通过反复长期的实验，为确保平衡盘和平衡板的良好接触与密封，确保多级离心水泵在不同的扬程、流量、功率和转速的情况下，都能使用本平衡装置，同时保证本平衡装置的正常工作。针对离心水泵的工作环境的不同，导致其压力的不同，而选择不同的机械密封装置，从而保证机械密封装置的正常工作。在考虑加工难易度和生产成本的基础上，实行如下方案：当离心水泵的压力2MPA～3MPA之间时，所述第一机械密封装置和第二机械密封装置的动环的材质为石墨，静环的材质为碳化硅；当离心水泵的压力在3MPA～4MPA之间时，所述第一机械密封装置和第二机械密封装置的动环的材质为碳化硅，静环的材质为整体合金；当离心水泵的压力大于4MPA时，所述第一机械密封装置和第二机械密封装置的动环和静环的材质都为整体合金。

为进一步提高本发明的使用范围，适应更加复杂的工作环境，当离心水泵的压力大于5MPA时，所述第一机械密封装置内的弹簧更换为具有更大弹性的弹簧，通过增加弹簧的弹力来确保机械密封装置的正常工作。

为进一步提高本发明的工作效率，确保平衡盘和平衡板之间的密封，平衡板和平衡套之间的工作，所述轴承一个为平面轴承，另一个为径向轴承，所述平面轴承位于平衡套的底端，所述径向轴承位于平衡套的中端。

本结构的多级离心水泵节能型平衡装置在水泵启动时，平衡盘和平衡板能够同步贴合旋转，从而杜绝了平衡盘和平衡板之间的磨损。同时由于启动过程中平衡盘和平衡板不产生高压接触和高速旋转，从而有效降低了启动电流。本发明结构简单、构思巧妙，有效的降低了工作损耗，延长了使用寿命。

下面选取实施例1，对本发明做进一步解释。

实施例1：

1、首先选择一台多级离心泵MD46-50×8作为研究对象,根据其技术参数，包括扬程、流量、功率、转速等以及原泵的零部件尺寸作为新的平衡装置设计依据，经过理论计算、选型和校核设计出新平衡装置图及零件加工图，确定轴承和机械密封的型号规格；

2、图纸完成后，进行零件的加工；

3、进行新平衡装置的装配，正常后再进行带有新平衡装置的泵体的装配；

4、在地表进行带有新平衡装置的MD46-50×8水泵的空载调试：准备好水箱、电源、启动补偿柜、压力表、闸阀等，将水泵及管路、电源安装完毕，关闭闸阀，启动后电机电流最大为430A,经过3~5秒后电流降至空载电流60A左右,表压力为4.1Mpa。对比老平衡装置该水泵的最大启动电流下降了170A且能够正常启动,地表空载试验取得成功。

5、移到井下泵房，作长时间断续排水试验。井下水质较差，介于清水和污水之间，每隔3小时启动一次，经过为5天约40次启动的断续排水后将泵打上地表解体，平衡盘和平衡板均没有磨损，其表面只有高压水流冲涮的痕迹，试验取得成功。

本发明中的“顶”“中”“底”等方位名词，只是为了更好描述技术方案而引用的，不是对本发明的技术方案的限制。

本领域技术人员应当知晓，本发明的保护方案不仅限于上述的实施例，还可以在上述实施例的基础上进行各种排列组合与变换，在不违背本发明精神的前提下，对本发明进行的各种变换均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种多级离心水泵节能型平衡装置，包括主轴（1）、出水口（6）和平衡水出口（7），所述主轴（1）上固接有末级叶轮（5），其特征是所述主轴（1）外侧套接平衡套（2）和平衡盘（4），所述平衡套（2）依据外径的不同，从大到小依次分为底端、中端和顶端，所述平衡套（2）的顶端伸入平衡盘（4）内；

所述平衡盘（4）和平衡套（2）之间设有平衡板（3），所述平衡板（3）和平衡套（2）之间设有两个轴承（10）和第一机械密封装置（8），所述两个轴承分别位于平衡套（2）的底端和中端，所述第一机械密封装置（8）位于平衡套（2）的顶端；离心水泵的出水端外侧设有第二机械密封装置的座圈（11），所述座圈（11）通过螺栓与离心水泵的出水端相连，所述座圈（11）和平衡板（3）之间设有第二机械密封装置（9）；

当离心水泵的压力在2MPA～3MPA之间时，所述第一机械密封装置的动环的材质为石墨，静环的材质为碳化硅；当离心水泵的压力在3MPA～4MPA之间时，所述第一机械密封装置的动环的材质为碳化硅，静环的材质为整体合金；当离心水泵的压力大于4MPA时，所述第一机械密封装置的动环和静环的材质都为整体合金。

2.根据权利要求1所述的一种多级离心水泵节能型平衡装置，其特征是当离心水泵的压力大于5MPA时，第一机械密封装置内的弹簧需增大弹力。

3.根据权利要求1或2所述的一种多级离心泵技能型平衡装置，其特征是所述轴承一个为平面轴承，另一个为径向轴承，所述平面轴承位于平衡套的底端，所述径向轴承位于平衡套的中端。