CN107178520B - 一种提高离心水泵运行效率的方法及组合弹性密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高离心水泵运行效率的方法及组合弹性密封装置，属于离心水泵技术领域。技术方案是：包含弹性开口密封环（30）、滑动轴承（31），滑动轴承（31）外表面设有环形槽（34），弹性开口密封环设置在环形槽（34）内；水泵轴（37）外面设有轴套（36），轴套（36）外面设有滑动轴承（31），滑动轴承（31）外面设有环套（29）；滑动轴承（31）与环套（29）之间存在密封间隙（32），弹性开口密封环（30）封闭该间隙。本发明的有益效果是：减少或消除离心水泵叶轮和密封环（口环）之间的间隙，减少水泵平衡轴向力用水量，提高水泵运行效率，实现安全高效运转，降低能耗、保证安全和减少职工劳动强度。

Description

一种提高离心水泵运行效率的方法及组合弹性密封装置

技术领域

本发明涉及一种提高离心水泵运行效率的方法及组合弹性密封装置，能够减少或消除离心水泵叶轮和密封环（口环）之间的间隙、减少水泵平衡轴向力用水量，属于离心水泵技术领域。

背景技术

离心水泵广泛应用国民经济各个领域，是排水的重要设备，实现其安全高效运转，对降低能耗、保证安全和减少职工劳动强度具有重大的社会效益和经济效益。离心水泵具有如下特点：1、应用广泛：离心水泵广泛用于矿山、企业和城市排水和农业各领域，尤其是多级离心泵用于大流量高杨程广泛应用矿山排水；2、装机功率大：由于水泵排量大，扬程高。驱动电机越来越大，功率由几十千瓦到几千瓦；3、效率低：我国离心式水泵运行效率一般在50%到70%之间，中小水泵一般效率在50%左右；多级水泵一般运行在70%左右；4耗能高：由于离心水泵装机功率越来越大，运行效率损失达到50%到30%，造成巨大的电量损失，与此同时排水效率低，严重影响排水工作和排水安全。例如：装机功率3000kw多级离心排水水泵，运行效率在70%，就有30%的电力损耗，损耗电力达到900kw。我国水泵装机达到上千亿千瓦，浪费惊人。

影响水泵效率的原因：离心泵的效率主要是由机械、容积和水力三种效率所影响的，具体来说，影响离心泵工作效率主要因素可以分为以下几种： 1．泵本身效率是最根本的影响。同样工作条件下的泵，效率可能相差，15％以上，是水泵设计决定的。2．离心泵的运行工况低于泵的额定工况，泵效低，耗能高，是水泵选型决定的。3．机械效率的影响主要与设计及制造质量有关。泵选定后，后期管理影响较小。4．水力损失包括水力摩擦和局部阻力损失。泵运行一定时间后，不可避免地造成叶轮及导叶等部件表面磨损，水力损失增大，水力效率降低。5．泵的容积损失又称泄漏损失，包括叶轮密封环、级间、轴向力平衡机构三种泄漏损失。容积效率的高低不仅与设计制造有关，更与后期管理有关。泵连续运行一定时间后，由于各部件之间摩擦，间隙增大，容积效率降低，泵的容积损失是水泵设计定型后的最主要的损失，叶轮密封环（口环叶轮密封环（口环）与水轮的间隙）与水轮的间隙、平衡盘平衡轴向力水的损失是主要的损失。叶轮密封环（口环）与水轮的间隙一方面保证水泵正常运转，防止由于轴的扰动和水轮高速运转使水轮和定子烧住或烧死，又能防止水间隙过大影响水泵效率，一般要求密封环（口环）和水轮间隙在0.6mm左右，经过试验和使用密封环（口环）和水轮间隙每增加0.1mm，水泵水泵效率下降1%，间隙达到1mm时，效率下降18%。平衡盘平衡轴向力水的损失是水泵运行过程中，保持轴向力动态平衡（如图4所示），是以牺牲水泵效率实现的，它损失效率与叶轮密封环（口环叶轮密封环（口环）与水轮的间隙）与水轮的间隙损失效率几乎相等。

发明内容

本发明目的是提供一种提高离心水泵运行效率的方法及组合弹性密封装置，减少或消除离心水泵叶轮和密封环（口环）之间的间隙，减少水泵平衡轴向力用水量，提高水泵运行效率，实现安全高效运转，降低能耗、保证安全和减少职工劳动强度，解决背景技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种提高离心水泵运行效率的组合弹性密封装置，包含弹性开口密封环和滑动轴承，滑动轴承外表面设有环形槽，弹性开口密封环设置在环形槽内；水泵轴外面设有轴套，轴套外面设有滑动轴承，滑动轴承外面设有环套；滑动轴承与环套之间存在密封间隙，弹性开口密封环封闭该间隙。

所述滑动轴承为耐磨滑动轴承，滑动轴承的内表面设有耐磨合金层，滑动轴承装有调心弹簧和螺丝稳钉，所述滑动轴承与环套之间通过螺丝稳钉定位，螺丝稳钉的一端固定在环套上，另一端顶在滑动轴承的调心弹簧上。所述调心弹簧，径向设置在滑动轴承上的弹簧孔内，由螺丝稳钉调整其压力和弹性变化量，让滑动轴承与轴保持同心，自动调整合弹性密封组件内套与轴套之间的间隙，保持在0.02-0.05mm。

所述弹性开口密封环，为设有开口的密封环，弹性开口密封环上设有开口，目的是便于安装和调整密封状态；在开口打开时，其外径大于环套内径，在弹性开口密封环的开口闭合时，内径大于环形槽的内径（环形槽的槽底直径）。弹性开口密封环宽度应满足承水压要求，应耐腐蚀，弹性开口密封环轴向抗压强度大于1兆帕。

所述环套，包括水泵上已有的密封口环、密封套等，例如：水泵上的密封口环、叶轮密封口环、级间密封口环、平衡盘套等。

所述轴套，为设置在水泵轴上的各级轴套，例如：前级叶轮轴部、叶轮轴部、平衡轴套等。

所述弹性开口密封环的道数是任意的，可选择一至N道，例如：设置两道弹性开口密封环，滑动轴承上设有两道环形槽，每道环形槽内放一个弹性开口密封环，两道弹性开口密封环的开口位置，相互之间交错180度放置。

本发明的组合弹性密封装置，可以设置在水泵轴上的各个部位；设置在水泵的前级叶轮处，本发明称之为前级叶轮组合弹性密封装置，前级叶轮设有密封口环，前级叶轮轴部与密封口环之间的前级叶轮水隙处设有前级叶轮组合弹性密封装置；设置在水泵的叶轮处，本发明称之为叶轮套组合弹性密封装置，叶轮设有叶轮密封口环，叶轮轴部与叶轮密封口环之间的口环与叶轮水隙设有叶轮套组合弹性密封装置；设置在叶轮级间，本发明称之为级间组合弹性密封装置，所述前级叶轮和叶轮之间设有级间密封口环和级间套，级间水隙处设有级间组合弹性密封装置；设置在平衡盘处，本发明称之为平衡盘组合弹性密封装置平衡盘套与平衡板之间的平衡盘与平衡板水隙处设有平衡盘组合弹性密封装置。

已有技术的水泵在正常排水时，电机转动带动叶轮高速旋转，在离心力作用下，水从前级叶轮进水室进入前级叶轮出水室，并形成压差，水流一方面经过下一级叶轮，在高速离心力作用下，升到下一级叶轮进水室；另一部分水流，在压力作用下从叶轮出水室经密封口环和前级叶轮水隙回流到前级叶轮进水室；因为叶轮出水室比前级叶轮进水室压力大，最大可达1兆帕，水流很大；造成水泵效率降低。如果缩小间隙，由于轴的扰动和振动，使密封口环和叶轮烧死；与以上同种原理级间套和级间密封口环由于两侧水存在压差，也形成返水。

本专利的运行方法：

一种提高离心水泵运行效率的方法，采用上述一种提高水泵运行效率的组合弹性密封装置，包含如下步骤：

在水泵轴上至少一处安装组合弹性密封装置；滑动轴承中的调心弹簧在螺丝稳钉的调整下，使滑动轴承与水泵轴始终自动保持同心，并随水泵轴的扰动和漂移动态调整，始终保持轴径千分之五以下间隙，对水泵轴在高速转动时扰动起支撑作用，使水泵运行平稳。

水泵轴上安装的位置，包括：设置在水泵的前级叶轮处，称之为前级叶轮组合弹性密封装置，前级叶轮设有密封口环，前级叶轮轴部与密封口环之间的前级叶轮水隙处设有前级叶轮组合弹性密封装置；设置在水泵的叶轮处，称之为叶轮套组合弹性密封装置，叶轮设有叶轮密封口环，叶轮轴部与叶轮密封口环之间的口环与叶轮水隙设有叶轮套组合弹性密封装置；设置在叶轮级间，称之为级间组合弹性密封装置，所述前级叶轮和叶轮之间设有级间密封口环和级间套，级间水隙处设有级间组合弹性密封装置；设置在平衡盘处，称之为平衡盘组合弹性密封装置，平衡盘套与平衡板之间的平衡盘与平衡板水隙处设有平衡盘组合弹性密封装置。

本专利关键点：1、在水泵轴上加装“组合弹性密封装置”，使各个水隙趋近零。2、平衡盘套与平衡板水隙加装组合弹性密封装置，一是减少水流量，提高效率，二是减少平衡盘磨损。3、组合弹性密封装置是弹性密封，弹性开口密封环加装数量1到n道，n为任何数。4、组合弹性密封装置内装有调心弹簧和螺丝稳钉自动调整合弹性密封组件内套与轴套之间的间隙，保持在0.02-0.05mm。弹性密封组件内套随着水泵轴的扰动和漂移，自动跟随和调节，保持轴径千分之五以下的间隙。5、弹性密封组件内套为耐磨滑动轴承，内表面加装耐磨合金，保持耐磨。

本发明的有益效果是：减少或消除离心水泵叶轮和密封环（口环）之间的间隙，减少水泵平衡轴向力用水量，提高水泵运行效率，实现安全高效运转，降低能耗、保证安全和减少职工劳动强度。

附图说明

图1为本发明实施例使用结构示意图；

图2为本发明实施例叶轮密封结构示意图；

图3为本发明实施例平衡盘密封结构示意图；

图4为本发明实施例弹性开口密封环结构示意图；

图5为本发明实施例结构示意图；

图中：密封口环1、前级叶轮2、前级叶轮出水室3、前级叶轮水隙4、前级叶轮进水室5、叶轮进水室6、叶轮密封口环7、口环与叶轮水隙8、叶轮出水室9、叶轮10、级间密封口环11、级间套12、级间水隙13、平衡套水隙14、平衡套15、平衡轴套16、平衡盘套17、平衡盘与平衡板水隙18、平衡板19、平衡盘组合弹性密封装置20、叶轮套组合弹性密封装置21、级间组合弹性密封装置22、前级叶轮组合弹性密封装置23、前级叶轮轴部24、叶轮轴部25、开口26、外径27、内径28、环套29、弹性开口密封环30、滑动轴承31、密封间隙32、螺丝稳钉33、环形槽34、耐磨合金层35、轴套36、水泵轴37、组合弹性密封装置内径38、组合弹性密封装置外径39、调心弹簧40。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

一种提高离心水泵运行效率的组合弹性密封装置，包含弹性开口密封环30和滑动轴承31，滑动轴承31外表面设有环形槽34，弹性开口密封环30设置在环形槽34内；水泵轴37外面设有轴套36，轴套36外面设有滑动轴承31，滑动轴承31外面设有环套29；滑动轴承31与环套29之间存在密封间隙32，弹性开口密封环30 封闭该间隙。

所述滑动轴承31为耐磨滑动轴承，滑动轴承31的内表面设有耐磨合金层35，滑动轴承31装有调心弹簧40和螺丝稳钉33，所述滑动轴承31与环套29之间通过螺丝稳钉33定位，螺丝稳钉33的一端丝扣固定在外环套上，另一端顶在滑动轴承31的调心弹簧40上。所述调心弹簧，径向设置在滑动轴承31上的弹簧孔内，由螺丝稳钉调整其压力和弹性变化量，让滑动轴承31与轴保持同心，组合弹性密封装置内装有调心弹簧和螺丝稳钉，自动保持滑动轴承31跟随轴套扰动和漂移，保证水泵平稳运转，滑动轴承31内径与轴套间一般保持在0.02-0.04mm间隙。滑动轴承31随着水泵轴的扰动和漂移自动跟随和调节，滑动轴承31由螺丝稳钉定位保持不旋转，只有径向调节，径向调节量保持轴径千分之五以下自动调整合滑动轴承31与轴套之间的间隙，保持在0.02-0.05mm。

所述弹性开口密封环，为设有开口26的密封环，弹性开口密封环上设有开口，目的是便于安装和调整密封状态；在开口26打开时，其外径27大于环套29内径，在弹性开口密封环的开口闭合时，内径28大于环形槽的内径（环形槽的槽底直径）。弹性开口密封环宽度应满足承水压要求，应耐腐蚀，弹性开口密封环轴向抗压强度大于1兆帕。

所述环套29，包括水泵上已有的密封口环、密封套等，例如：水泵上的密封口环1、叶轮密封口环7、级间密封口环11、平衡盘套17等。

所述轴套36，为设置在水泵轴上的各级轴套，例如：前级叶轮轴部24、叶轮轴部25、平衡轴套16等。

所述弹性开口密封环的道数是任意的，可选择一至N道，例如：设置两道弹性开口密封环，滑动轴承上设有两道环形槽，每道环形槽内放一个弹性开口密封环，两道弹性开口密封环的开口位置，相互之间交错180度放置。

本发明的组合弹性密封装置，可以设置在水泵轴上的各个部位；设置在水泵的前级叶轮处，本发明称之为前级叶轮组合弹性密封装置23，前级叶轮2设有密封口环1，前级叶轮轴部24与密封口环1之间的前级叶轮水隙4处设有前级叶轮组合弹性密封装置23；设置在水泵的叶轮处，本发明称之为叶轮套组合弹性密封装置21，叶轮10设有叶轮密封口环7，叶轮轴部25与叶轮密封口环7之间的口环与叶轮水隙8设有叶轮套组合弹性密封装置21；设置在叶轮级间，本发明称之为级间组合弹性密封装置22，所述前级叶轮2和叶轮10之间设有级间密封口环11和级间套12，级间水隙13处设有级间组合弹性密封装置22；设置在平衡盘处，本发明称之为平衡盘组合弹性密封装置20，平衡盘套17与平衡板19之间的平衡盘与平衡板水隙18处设有平衡盘组合弹性密封装置20。

已有技术的水泵在正常排水时，电机转动带动叶轮高速旋转，在离心力作用下，水从前级叶轮进水室5进入前级叶轮出水室3，并形成压差，水流一方面经过下一级叶轮，在高速离心力作用下，升到下一级叶轮进水室；另一部分水流，在压力作用下从叶轮出水室9经密封口环1和前级叶轮水隙4回流到前级叶轮进水室5；因为叶轮出水室9比前级叶轮进水室压力大，最大可达1兆帕，水流很大；造成水泵效率降低。如果缩小间隙，由于轴的扰动和振动，使密封口环和叶轮烧死；与以上同种原理级间套12和级间密封口环11由于两侧水存在压差，也形成返水。

本专利的运行方法：

一种提高离心水泵运行效率的方法，采用上述一种提高水泵运行效率的组合弹性密封装置，包含如下步骤：

在水泵轴上至少一处安装组合弹性密封装置；滑动轴承31中的调心弹簧在螺丝稳钉的调整下，使滑动轴承31与水泵轴始终自动保持同心，并随水泵轴的扰动和漂移动态调整，始终保持轴径千分之五以下间隙，对水泵轴在高速转动时扰动起支撑作用，使水泵运行平稳。

水泵轴上安装的位置，包括：设置在水泵的前级叶轮处，称之为前级叶轮组合弹性密封装置23，前级叶轮2设有密封口环1，前级叶轮轴部24与密封口环1之间的前级叶轮水隙4处设有前级叶轮组合弹性密封装置23；设置在水泵的叶轮处，称之为叶轮套组合弹性密封装置21，叶轮10设有叶轮密封口环7，叶轮轴部25与叶轮密封口环7之间的口环与叶轮水隙8设有叶轮套组合弹性密封装置21；设置在叶轮级间，称之为级间组合弹性密封装置22，所述前级叶轮2和叶轮10之间设有级间密封口环11和级间套12，级间水隙13处设有级间组合弹性密封装置22；设置在平衡盘处，称之为平衡盘组合弹性密封装置20，平衡盘套17与平衡板19之间的平衡盘与平衡板水隙18处设有平衡盘组合弹性密封装置20。

本发明工作状态说明：水泵正常运行时，电机转动带动叶轮高速旋转，在离心力作用下，水从前级叶轮进水室5进入前级叶轮出水室3，并形成压差；在前级叶轮轴部24与密封口环1之间的前级叶轮水隙4处设有前级叶轮组合弹性密封装置23，叶轮轴部25与叶轮密封口环7之间的口环与叶轮水隙8设有叶轮套组合弹性密封装置21，级间水隙13处设有级间组合弹性密封装置22，使水泵各部分水隙减少到近似为零，挡住出水室高压水回流到进水室，近似全部水流经过下一级叶轮，在高速离心力作用下，升到下一级叶轮进水室，提高水泵运行效率；组合弹性密封装置是弹性的，对水泵轴在高速转动时扰动起支撑作用，使水泵运行平稳；

在平衡板19与平衡盘套17之间的平衡盘组合弹性密封装置20，减少平衡轴向力水量，再次启动水泵时，水泵轴向力较大，平衡盘组合弹性密封装置20的开口封闭，平衡盘套泄水，平衡盘套在排水扬程压力下受力最大，用以阻止轴向力，减少平衡板和平衡盘套摩擦，当平衡板在排水扬程压力作用下，大于轴向力时，平衡盘组合弹性密封装置20的开口打开，平衡板泄水，平衡盘套压力减少；通过反复调节达到动态平衡，减少水量，使水泵力动态平衡，提高水泵效率和长效运行。

本专利创新点：（1）把叶轮密封口环7和叶轮轴部25的间隙变成前级叶轮组合弹性密封装置23代替；（2）把密封口环1和前级叶轮轴部24之间前级叶轮水隙用叶轮套组合弹性密封装置21代替；（3）级间密封口环11与级间套12的级间水隙13通过级间组合弹性密封装置22代替。（4）平衡盘和平衡板水隙18用平衡盘组合弹性密封装置20代替。以上组合弹性密封装置作用：一是对轴和叶轮的支撑，使水泵运行平稳；二是使得以上各个水隙减少到零，防止回水。三是当水泵运转时，调心弹簧自动调整滑动轴承31，防止由于轴的扰动和漂移造成密封件和旋转部件烧死；四是便于组装；五是耐磨。

在平衡板和平衡盘套之间加装平衡盘组合弹性密封装置20，由于平衡盘组合弹性密封装置20与平衡盘套间隙为零，在扬程水重力作用下，一方面减少用于平衡轴向力用水量，另一方面使水泵启动时，由于水泵轴向力较大，组合弹性密封装置封闭（减少）平衡盘泄水，平衡板在排水扬程压力下受力（与轴向力反向）最大，用以阻止轴向力，减少平衡板和平衡盘套摩擦。当平衡板在排水扬程压力作用下，大于轴向力时，开口弹性密封环向轴向力相反方向移动，平衡盘泄水并推动平衡板移动，平衡盘套压力减少，反复调节达到动态平衡，减少水量，提高水泵运行效率，开口弹性密封环使水泵力平衡，并减少平衡盘磨损，提高水泵效率和长效运行。

滑动轴承31上设有四个调心弹簧，沿圆周方向间隔90度布置，螺丝稳钉也是四个，与调心弹簧匹配，保证水泵运转时，滑动轴承31跟随水泵轴动态扰动。

本专利的组合弹性密封装置，其弹性开口密封环30安装在滑动轴承31的环形槽34内，作用如下：1、弹性开口密封环外圆在弹性作用下紧紧压在密封口环内壁上，保证以水隙为零，防止返水。2、固定在环套上的螺丝稳钉与调心弹簧一起支撑着滑动轴承，使滑动轴承31不能转动，但可以随水泵轴扰动。3、由于弹性开口密封环是开口的，在其开口时，外径是变化的，其外径在受力时，外圆尺寸随时变动，可以满足水泵运行时轴的扰动和漂移并满足组装工艺要求。4、调心弹簧动态调整滑动轴承31，与水泵轴同心，并保持轴径千分之五以下间隙，保证长期高效工作。5、滑动轴承31内壁镀有耐磨合金层35，一方面耐磨，另一方面与叶轮（前级叶轮、级间套）轴部和平衡板间隙很小，起到提高效率作用。

Claims (3)

1.一种提高离心水泵运行效率的组合弹性密封装置，其特征在于：包含弹性开口密封环（30）、滑动轴承（31），滑动轴承（31）外表面设有环形槽（34），弹性开口密封环设置在环形槽（34）内；水泵轴（37）外面设有轴套（36），轴套（36）外面设有滑动轴承（31），滑动轴承（31）外面设有环套（29）；滑动轴承（31）与环套（29）之间存在密封间隙（32），弹性开口密封环（30） 封闭该间隙；

所述弹性开口密封环，为设有开口（26）的密封环，弹性开口密封环上设有开口，目的是便于安装和调整密封状态；在开口（26）打开时，其外径（27）大于环套（29）内径，在弹性开口密封环的开口闭合时，内径（28）大于环形槽的内径；

所述弹性开口密封环的道数为两道，滑动轴承上设有两道环形槽，每道环形槽内放一个弹性开口密封环，两道弹性开口密封环的开口位置，相互之间交错180度放置。

2.根据权利要求1所述的一种提高离心水泵运行效率的组合弹性密封装置，其特征在于：所述滑动轴承（31）为耐磨滑动轴承，滑动轴承（31）的内表面设有耐磨合金层（35），滑动轴承（31）装有调心弹簧（40）和螺丝稳钉（33），所述滑动轴承（31）与环套（29）之间通过螺丝稳钉（33）定位，螺丝稳钉（33）的一端固定在环套上，另一端顶在滑动轴承（31）的调心弹簧（40）上；所述调心弹簧，径向设置在滑动轴承（31）上的弹簧孔内，由螺丝稳钉调整其压力和弹性变化量，让滑动轴承（31）与轴保持同心，自动调整合弹性密封组件内套（31）与轴套之间的间隙。

3.一种提高水泵运行效率的方法，采用权利要求1或2所限定的组合弹性密封装置，其特征在于包含如下步骤：

在水泵轴上至少一处安装组合弹性密封装置；滑动轴承（31）中的调心弹簧在螺丝稳钉的调整下，使滑动轴承（31）与水泵轴始终自动保持同心，并随水泵轴的扰动和漂移动态调整，始终保持轴径千分之（5）以下间隙，对水泵轴在高速转动时扰动起支撑作用，使水泵运行平稳。

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