CN108331759A - 一种叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵 - Google Patents

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胡薇
张帅
荚小健
舒雪辉
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Abstract

本发明公开一种叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵，转动部件依次包括上叶轮、泵轴、上平衡型叶轮、下平衡型叶轮、下叶轮，所有叶轮均采用相同参数的水力模型。本发明通过叶轮分组非对称布置，采用上、下平衡叶轮等结构设计，合理分布各轴向分力大小，以达到单吸多级离心泵轴向力平衡，减轻推力轴承所承受轴向力，提高推力轴承可靠性，进而提高机组可靠性。同时，本发明解决同等扬程设计工况下，采用叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵结构，可减少材料使用量，降低设备成本。

Description

一种叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵
技术领域
本发明属于潜水电泵技术领域，涉及一种矿山用单吸潜水多级离心泵，具体是一种叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵。
背景技术
通常，多级离心泵为做到轴向力平衡，减轻推力轴承所承受轴向力，提高其运行可靠性，一般采用2组叶轮对称布置的方式，这样，2组叶轮运行时产生的轴向力大小相等、方向相反，故可实现多级离心泵轴向力平衡。一般采用这种布置方式的多级离心泵均为双吸结构，即多级离心泵有2个吸水口，每个吸口下接一组叶轮，最终水流经每组叶轮之最后一级后汇集在一起，排入出水管路。双吸多级离心泵机组流量等于每组叶轮泵送流量的2倍，亦即单个叶轮流量的2倍(Q总＝Q单×2)；扬程为每组叶轮的个数n乘以单个叶轮的扬程，即H总＝H单×n。
单吸多级离心泵一般采用所有叶轮串联结构，串联方式可以是一级串接一级，亦可是分组串联，每一组再进行串联。这样，单吸多级离心泵机组流量就是单个叶轮泵送流量，亦即Q总＝Q单；扬程为叶轮总数n乘以单个叶轮的扬程，即H总＝H单×n。
根据上述说明，多级离心泵为达到同样的扬程，双吸多级离心泵需要的叶轮个数是单吸多级离心泵所需个数的2倍，故双吸多级离心泵金属消耗量较大，也即同等参数多级离心泵机组，单吸结构的多级离心泵使用的材料较少，具有一定成本优势。
单吸多级离心泵为叶轮逐级串联结构，其运行时产生的轴向力较大；即使叶轮采用对称布置，对称布置的2组叶轮产生的轴向力因大小相等、方向相反所抵消，但其中一组叶轮会对转轴产生一个较大的轴头力F轴头，此力等于这组叶轮泵送扬程乘以轴头面积，当叶轮数量较多时，此轴头力较大，会使推力轴承承受较大的轴向推力，加速推力轴承的磨损，降低其可靠性。
发明内容
为了解决单吸多级离心泵轴向力过大问题，本发明提供一种叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵，通过叶轮非对称布置，采用上、下平衡叶轮等结构设计，合理分布各轴向分力大小，以达到单吸多级离心泵轴向力平衡的目的。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵，该离心泵的转动部件依次包括上叶轮、泵轴、上平衡型叶轮、下平衡型叶轮、下叶轮。其中，上叶轮与上平衡叶轮构成上组叶轮；下平衡型叶轮与下叶轮构成下组叶轮；上下两组叶轮，非对称布置。所述泵轴上安装上叶轮，再安装上平衡叶轮，再安装下平衡叶轮，再安装下叶轮。
上叶轮、上平衡型叶轮、下平衡型叶轮、下叶轮采用相同参数的水力模型，亦即上述每种叶轮的流量扬程是一样的。每种叶轮根据口环结构的不同，运行时产生的单个叶轮的轴向力不同，假设上叶轮产生的轴向力为P上、上平衡型叶轮产生的轴向力为P平上、下平衡型叶轮产生的轴向力为P平下、下叶轮产生的轴向力为P下，其中上叶轮产生的轴向力为P上等于下叶轮产生的轴向力为P下，上叶轮数量为n上，下叶轮数量为n下，对整个转动部件进行受力分析，则整个转动部件所受的轴向力F可按下列公式计算：
F＝G+F轴头+n下×P下+P平下－n上×P上－P平上
＝G+(n下+1)×H下×S轴头－(n上－n下)×P上+P平下－P平上
式中：上平衡型叶轮根据口环直径d1和d2设计的不同，产生的轴向力P平上可为零或较小的、方向向下的轴向力；下平衡型叶轮根据口环直径d3和d4设计的不同，产生的轴向力P平上可为零或较小的、方向向上的轴向力。设置此两种叶轮的目的是为了微调整个转动部件轴向力的大小。口环d1、d2、d3、d4的范围都是60-400mm。
根据上述公式，轴向力的大小主要与转子重量G、上下叶轮布置的数量有关，再加上上下平衡型叶轮对轴向力的微调作用，基本可实现轴向力的平衡。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明解决单吸多级离心泵轴向力过大问题，减轻推力轴承所承受轴向力，提高其运行可靠性。
2.本发明解决同等扬程设计工况下，采用叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵结构可减少材料使用量，降低设备成本，同时实现轴向力平衡。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为转子结构示意图及受力分析；
图2为上平衡型叶轮剖视图；
图3为下平衡型叶轮剖视图；
上图中序号：上叶轮1、泵轴2、上平衡型叶轮3、下平衡型叶轮4、下叶轮5。图中箭头为水流方向。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步地说明。
参见图1、图2和图3，一种叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵，其转动部件依次包括上叶轮1、泵轴2、上平衡型叶轮3、下平衡型叶轮4、下叶轮5；所有叶轮均采用相同参数的水力模型，亦即上述每种叶轮的流量扬程是一样的；
先把泵轴2固定好，再安装上叶轮1，再安装上平衡叶轮3，再安装下平衡叶轮4，再安装下叶轮5；
上叶轮1与上平衡叶轮3构成上组叶轮；下平衡型叶轮4与下叶轮5构成下组叶轮；
根据轴向力F计算公式：F＝G+F轴头+n下×P下+P平下－n上×P上－P平上＝G+(n下+1)×H下×S轴头－(n上－n下)×P上+P平下－P平上。
机组各零部件的受力方向主要分为：1)方向向下的力有：转子重量G、轴头力F轴头、下组叶轮运转时产生的轴向力n下×P下；2)方向向上的力主要为上组叶轮运转时产生的轴向力n上×P上。
根据上述受力情况分析，向上的力主要由上组叶轮产生，故在布置上下组叶轮个数时，一般情况下为减小轴头力，下组叶轮的个数要比上组叶轮的个数要少1～3个，亦即叶轮为非对称布置，这样可使上组叶轮产生较大的向上的轴向力，以抵消转子自重等其它向下的轴向力。
因每种叶轮单级性能参数不一致，产生的单个叶轮的轴向力也不同，通过上述叶轮非对称布置，可达到部分轴向力平衡。剩余的轴向力，可通过设置上下平衡叶轮进行微调。上平衡型叶轮3根据口环直径d1和d2设计的不同，产生的轴向力P平上可为零或较小的、方向向下的轴向力；下平衡型叶轮4根据口环直径d3和d4设计的不同，产生的轴向力P平上可为零或较小的、方向向上的轴向力。根据上述上下平衡型叶轮具体设计，可使上下平衡叶轮产生不同大小(方向)的轴向力，对总的轴向力进行微调，最终达到机组理想的受力状态，提高推力轴承的运行可靠性；口环d1、d2、d3、d4的范围都是60-400mm；
本发明通过叶轮分组非对称布置，采用上、下平衡叶轮等结构设计，合理分布各轴向分力大小，以达到单吸多级离心泵轴向力平衡，减轻推力轴承所承受轴向力，提高推力轴承可靠性，进而提高机组可靠性。同时，本发明解决同等扬程设计工况下，采用叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵结构，可减少材料使用量，降低设备成本。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵，其特征在于：该离心泵的转动部件依次包括上叶轮(1)、泵轴(2)、上平衡型叶轮(3)、下平衡型叶轮(4)、下叶轮(5)；其中，上叶轮(1)与上平衡叶轮(3)构成上组叶轮；下平衡型叶轮(4)与下叶轮(5)构成下组叶轮；上下两组叶轮，非对称布置。
2.根据权利要求1所述的一种叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵，其特征在于：所有叶轮均采用相同参数的水力模型，亦即上述每种叶轮的流量扬程是一样的；下组叶轮个数比上组叶轮个数少。
3.根据权利要求1所述的一种叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵，其特征在于：所述泵轴(2)上安装上叶轮(1)，再安装上平衡叶轮(3)，再安装下平衡叶轮(4)，再安装下叶轮(5)。
4.根据权利要求1所述的一种叶轮非对称布置平衡型单吸多级离心泵，其特征在于：上下组叶轮中分别设置上平衡型叶轮(3)和下平衡型叶轮(4)，上平衡型叶轮(3)和下平衡型叶轮(4)分别设有不同直径的口环d1、d2与d3、d4，使得上平衡型叶轮(3)和下平衡型叶轮(4)运转时产生的轴向力大小、方向可调；口环d1、d2、d3、d4的范围都是60-400mm。
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