CN108561316B - 一种配置空气动压轴承的卧式离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配置空气动压轴承的卧式离心泵，包括泵壳、叶轮、机械密封、轴和空气动压轴承；其中，空气动压轴承包括两组空气动压径向轴承和两组空气动压止推轴承。空气动压轴承设置在机械密封外侧，以空气作为润滑剂，利用轴颈与轴承之间的楔形压缩气膜为轴颈提供承载能力，具有转速高、精度高、无需润滑油或润滑脂装置、干净清洁、低耗能、噪音低、长周期运转等优点。

Description

一种配置空气动压轴承的卧式离心泵

技术领域

本发明涉及一种配置空气动压轴承的卧式离心泵，属于流体机械技术领域。

背景技术

离心泵具有转速高、效率高、结构简单、性能平稳和容易操作等特点而广泛地应用于石油化工、煤化工等化学工业中。延长离心泵的使用周期、减少维修量、减少相同工况下的能耗，对提高工厂的经济效益有很大的作用。

上世纪中期以来，气体润滑技术迅速发展，特别是气体轴承由于其具有转速高、精度高、功耗低和寿命长等优点逐渐被各个领域所关注。基于空气的固有属性（粘度低且随温度变化小、耐辐射等），空气动压轴承在高速、低摩擦、高温、低温及有辐射性的场合，显示了独具的优越性；另外空气动压轴承还有干净清洁的优良特性。

金士顿轴承科技有限公司成功将空气动压轴承应用于高速离心鼓风机（CN104179712B“一种空气悬浮离心鼓风机”），而在输送液体的流体机械，特别是最常用的离心泵上还未有应用空气动压轴承。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配置空气动压轴承的卧式离心泵，该离心泵配置空气动压轴承，采用空气为润滑介质，无需润滑油或润滑脂系统及供气系统，结构简单。

本发明采用的技术方案是：

一种配置空气动压轴承的卧式离心泵，包括泵壳、叶轮、机械密封、轴和空气动压轴承；其中，空气动压轴承包括两组空气动压径向轴承（空气动压径向轴承Ⅰ和空气动压径向轴承Ⅱ，两组空气动压径向轴承结构相同）和两组空气动压止推轴承（外止推轴承和内止推轴承，两组空气动压止推轴承结构相同）；

所述泵壳包括泵体、泵盖、轴承箱和轴承压盖，泵体与泵盖、泵盖与轴承箱、轴承箱与轴承压盖分别通过螺栓连接；

轴包括六段轴颈，分别为轴颈Ⅰ、轴颈Ⅱ、轴颈Ⅲ、轴颈Ⅳ、轴颈Ⅴ和轴颈Ⅵ，共同组成完整的轴，六段轴颈的直径为：轴颈Ⅰ＜轴颈Ⅱ＜轴颈Ⅲ＜轴颈Ⅳ，轴颈Ⅳ＞轴颈Ⅴ＞轴颈Ⅵ；轴颈Ⅰ的一端与叶轮通过螺纹连接，叶轮置于泵体与泵盖形成的空间内；轴颈Ⅱ外围设有轴套，轴套外为机械密封，机械密封通过密封压盖和泵盖配合固定；空气动压径向轴承Ⅰ安装在轴颈Ⅲ处，通过螺栓固定在轴承箱上；空气动压径向轴承Ⅱ安装在轴颈Ⅴ处，通过螺栓与内止推轴承座连接；内止推轴承和外止推轴承安装在轴颈Ⅵ上与轴颈Ⅴ连接处，内止推轴承通过定位销Ⅰ固定在内止推轴承座上，外止推轴承通过定位销Ⅱ固定在外止推轴承座上，内止推轴承座通过螺栓固定在轴承箱上，外止推轴承座通过轴承压盖采用螺栓固定在轴承箱上；内止推轴承和外止推轴承之间设有止推盘，止推盘通过定位销Ⅲ固定在轴上；轴颈Ⅵ一端通过轴承压盖伸出，上面设有键槽，用于与联轴器连接。

优选地，所述卧式离心泵可以为单级离心泵或多级离心泵。

优选地，所述空气动压径向轴承为弹性箔片空气动压径向轴承，包括径向轴承顶层箔片、径向轴承波箔和轴承座，从外到内依次为轴承座、径向轴承波箔和径向轴承顶层箔片形成的同心环，轴承座上设有定位销Ⅳ，用于定位和固定。优选地，弹性箔片空气动压径向轴承为整周式360°弹性箔片、三瓦、四瓦、五瓦和八瓦弹性箔片空气动压径向轴承中的任意一种。

优选地，所述空气动压止推轴承为弹性箔片空气动压止推轴承，包括底板、止推轴承波箔和止推轴承顶层箔片，底板为圆环状，止推轴承波箔沿周向均匀设置在底板上，止推轴承顶层箔片沿周向均匀分布在止推轴承波箔上，底板上有若干焊点可用于定位和固定，安装时，止推轴承顶层箔片面向止推盘。优选地，弹性箔片空气动压止推轴承随着轴直径的增大，止推轴承顶层箔片数可为三瓦、四瓦、五瓦、六瓦或八瓦。

工作过程：使用时，将轴颈Ⅵ上设置的键槽通过键与联轴器固定，联轴器再与电机轴连接，通过电机驱动轴高速旋转，轴带动叶轮高速旋转产生离心力。待离心的物质通过吸入口（如图1中泵体在叶轮一侧的开口）吸入，经过离心分离，从出口（如图1中泵体在叶轮上方的开口）排出。由于轴转动会产生一定的径向力和轴向力，同时在带动叶轮转动的状态下，载荷的不均匀而产生的径向力和轴向力使轴产生径向和轴向的位移，此时空气动压径向轴承提供径向承载，空气动压止推轴承提供轴向承载，从而使轴在径向、轴向的运动减小，保证轴的稳定。

原理：当电机驱动轴高速旋转，由于气体动压效应，在轴和空气动压径向轴承轴瓦（顶层箔片）之间形成的楔形气膜（如图3中7-5所示）提供承载力使轴悬浮；同理空气动压止推轴承与止推盘之间的空气由于空气动压效应而产生的轴向力阻止轴轴向运动。

本发明的有益效果：

（1）本发明采用空气动压径向轴承提供承载力，轴颈与空气动压轴承之间无物理接触，无需润滑油或润滑脂系统，简化了卧式离心泵的结构；

（2）本发明采用箔片式空气动压轴承，相对其他气体动压轴承而言箔片式空气动压轴承承载能力较高；

（3）本发明采用空气动压轴承，较液体轴承而言，其具有转速高、精度高、功耗低和寿命长等优点；较气体静压轴承而言，气体静压轴承需要较高的供气压力，而其无需供气。当叶轮尺寸相同时，较高的轴转速可以增加离心泵扬程及流量；

（4）由于本发明卧式离心泵所配置的空气动压轴承所用的润滑介质为空气，所以其具有干净清洁、能耐高温和低温等优点，且该结构具有较好的润滑特性，有效增加轴承和离心泵的使用寿命；

（5）空气动压轴承装置设置在机械密封外侧，具有高效节能、噪音低、长周期运转、运行可靠等优点。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中A部位的局部放大图；

图3为图1中B-B切面图（弹性箔片空气动压径向轴承示意图）；

图4为图2中C-C切面图（弹性箔片空气动压止推轴承示意图）；

图中：1-泵体，2-叶轮，3-泵盖，4-机械密封，5-密封压盖，6-轴套，7-空气动压径向轴承Ⅰ，7-1-定位销Ⅳ，7-2-轴承座，7-3-径向轴承波箔，7-4-径向轴承顶层箔片，7-5-气膜，8-轴承箱，9-轴颈Ⅳ，10-空气动压径向轴承Ⅱ，11-内止推轴承座，12-轴承压盖，13-轴颈Ⅵ，14-外止推轴承座，15-定位销Ⅱ，16-定位销Ⅰ，17-止推盘，18-外止推轴承，18-1-焊点，18-2-底板，18-3-止推轴承波箔，18-4-止推轴承顶层箔片，19-定位销Ⅲ，20-内止推轴承，21-轴颈Ⅴ，22-轴颈Ⅲ，23-轴颈Ⅱ，24-轴颈Ⅰ。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1-4所示，一种配置空气动压轴承的卧式离心泵，包括泵壳、叶轮2、机械密封4、轴和空气动压轴承；其中，空气动压轴承包括两组空气动压径向轴承（空气动压径向轴承Ⅰ7和空气动压径向轴承Ⅱ10，两组空气动压径向轴承结构相同）和两组空气动压止推轴承（外止推轴承18和内止推轴承20，两组空气动压止推轴承结构相同）；

所述泵壳包括泵体1、泵盖3、轴承箱8和轴承压盖12，泵体1与泵盖3、泵盖3与轴承箱8、轴承箱8与轴承压盖12分别通过螺栓连接；

轴包括六段轴颈，分别为轴颈Ⅰ24、轴颈Ⅱ23、轴颈Ⅲ22、轴颈Ⅳ9、轴颈Ⅴ21和轴颈Ⅵ13，共同组成完整的轴；轴颈Ⅰ24的一端与叶轮2通过螺纹连接，叶轮2置于泵体1与泵盖3形成的空间内；轴颈Ⅱ23外围设有轴套6，轴套6外为机械密封4，机械密封4通过密封压盖5和泵盖3配合固定；空气动压径向轴承Ⅰ7安装在轴颈Ⅲ22处，通过螺栓固定在轴承箱8上；空气动压径向轴承Ⅱ10安装在轴颈Ⅴ21处，通过螺栓与内止推轴承座11连接；内止推轴承20和外止推轴承18安装在轴颈Ⅵ13上与轴颈Ⅴ21连接处，内止推轴承20通过定位销Ⅰ16固定在内止推轴承座11上，外止推轴承18通过定位销Ⅱ15固定在外止推轴承座14上，内止推轴承座11通过螺栓固定在轴承箱8上，外止推轴承座14通过轴承压盖12采用螺栓固定在轴承箱8上；内止推轴承20和外止推轴承18之间设有止推盘17，止推盘17通过定位销Ⅲ19固定在轴上；轴颈Ⅵ13一端通过轴承压盖12伸出，上面设有键槽；所述卧式离心泵为单级离心泵。

实施例2

本实施例与实施例1结构大体相同，不同之处在于：六段轴颈的直径为：轴颈Ⅰ24＜轴颈Ⅱ23＜轴颈Ⅲ22＜轴颈Ⅳ9，轴颈Ⅳ9＞轴颈Ⅴ21＞轴颈Ⅵ13。

实施例3

本实施例与实施例1结构大体相同，不同之处在于：所述空气动压径向轴承为弹性箔片空气动压径向轴承，包括径向轴承顶层箔片7-4、径向轴承波箔7-3和轴承座7-2，从外到内依次为轴承座7-2、径向轴承波箔7-3和径向轴承顶层箔片7-4形成的同心环，轴承座7-2上设有定位销Ⅳ7-1。弹性箔片空气动压径向轴承为整周式360°弹性箔片空气动压径向轴承；

所述空气动压止推轴承为弹性箔片空气动压止推轴承，包括底板18-2、止推轴承波箔18-3和止推轴承顶层箔片18-4，底板18-2为圆环状，止推轴承波箔18-3沿周向均匀设置在底板18-2上，止推轴承顶层箔片18-4沿周向均匀分布在止推轴承波箔18-3上，底板18-2上有若干焊点18-1；安装时，止推轴承顶层箔片18-4面向止推盘17。弹性箔片空气动压止推轴承顶层箔片数为三瓦。

实施例4

本实施例与实施例3结构大体相同，不同之处在于：弹性箔片空气动压径向轴承为三瓦弹性箔片空气动压径向轴承；弹性箔片空气动压止推轴承顶层箔片数为四瓦。

实施例5

本实施例与实施例3结构大体相同，不同之处在于：弹性箔片空气动压径向轴承为四瓦弹性箔片空气动压径向轴承；弹性箔片空气动压止推轴承顶层箔片数为五瓦。

实施例6

本实施例与实施例3结构大体相同，不同之处在于：弹性箔片空气动压径向轴承为五瓦弹性箔片空气动压径向轴承；弹性箔片空气动压止推轴承顶层箔片数为六瓦。

实施例7

本实施例与实施例3结构大体相同，不同之处在于：弹性箔片空气动压径向轴承为八瓦弹性箔片空气动压径向轴承；弹性箔片空气动压止推轴承顶层箔片数为八瓦。

以上实施例中的卧式离心泵均可以是多级离心泵。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明保护范围并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种配置空气动压轴承的卧式离心泵，包括泵壳、叶轮（2）、机械密封（4）、轴和空气动压轴承；其中，空气动压轴承包括两组空气动压径向轴承和两组空气动压止推轴承，两组空气动压径向轴承结构相同，分别为空气动压径向轴承Ⅰ（7）和空气动压径向轴承Ⅱ（10），两组空气动压止推轴承结构相同，分别为外止推轴承（18）和内止推轴承（20）；

所述泵壳包括泵体（1）、泵盖（3）、轴承箱（8）和轴承压盖（12），泵体（1）与泵盖（3）、泵盖（3）与轴承箱（8）、轴承箱（8）与轴承压盖（12）分别通过螺栓连接；

轴包括六段轴颈，分别为轴颈Ⅰ（24）、轴颈Ⅱ（23）、轴颈Ⅲ（22）、轴颈Ⅳ（9）、轴颈Ⅴ（21）和轴颈Ⅵ（13），共同组成完整的轴；轴颈Ⅰ（24）的一端与叶轮（2）连接；轴颈Ⅱ（23）外围设有轴套（6），轴套（6）外为机械密封（4），机械密封（4）通过密封压盖（5）和泵盖（3）配合固定；空气动压径向轴承Ⅰ（7）安装在轴颈Ⅲ（22）处，通过螺栓固定在轴承箱（8）上；空气动压径向轴承Ⅱ（10）安装在轴颈Ⅴ（21）处，通过螺栓与内止推轴承座（11）连接；内止推轴承（20）和外止推轴承（18）安装在轴颈Ⅵ（13）上与轴颈Ⅴ（21）连接处，内止推轴承（20）通过定位销Ⅰ（16）固定在内止推轴承座（11）上，外止推轴承（18）通过定位销Ⅱ（15）固定在外止推轴承座（14）上，内止推轴承座（11）通过螺栓固定在轴承箱（8）上，外止推轴承座（14）通过轴承压盖（12）采用螺栓固定在轴承箱（8）上；内止推轴承（20）和外止推轴承（18）之间设有止推盘（17），止推盘（17）通过定位销Ⅲ（19）固定在轴上；轴颈Ⅵ（13）一端通过轴承压盖（12）伸出，上面设有键槽；

所述卧式离心泵为单级离心泵或多级离心泵；

所述空气动压径向轴承为弹性箔片空气动压径向轴承，包括径向轴承顶层箔片（7-4）、径向轴承波箔（7-3）和轴承座（7-2），从外到内依次为轴承座（7-2）、径向轴承波箔（7-3）和径向轴承顶层箔片（7-4）形成的同心环，轴承座（7-2）上设有定位销Ⅳ（7-1）。

2.根据权利要求1所述的卧式离心泵，其特征在于，六段轴颈的直径为：轴颈Ⅰ（24）＜轴颈Ⅱ（23）＜轴颈Ⅲ（22）＜轴颈Ⅳ（9），轴颈Ⅳ（9）＞轴颈Ⅴ（21）＞轴颈Ⅵ（13）。

3.根据权利要求1所述的卧式离心泵，其特征在于，弹性箔片空气动压径向轴承为整周式360°弹性箔片空气动压径向轴承、三瓦弹性箔片空气动压径向轴承、四瓦弹性箔片空气动压径向轴承、五瓦弹性箔片空气动压径向轴承和八瓦弹性箔片空气动压径向轴承中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的卧式离心泵，其特征在于，所述空气动压止推轴承为弹性箔片空气动压止推轴承，包括底板（18-2）、止推轴承波箔（18-3）和止推轴承顶层箔片（18-4），底板（18-2）为圆环状，止推轴承波箔（18-3）沿周向均匀设置在底板（18-2）上，止推轴承顶层箔片（18-4）沿周向均匀分布在止推轴承波箔（18-3）上，底板（18-2）上有若干焊点（18-1）。

5.根据权利要求4所述的卧式离心泵，其特征在于，弹性箔片空气动压止推轴承顶层箔片数为三瓦、四瓦、五瓦、六瓦或八瓦。

6.根据权利要求4或5所述的卧式离心泵，其特征在于，弹性箔片空气动压止推轴承安装时，止推轴承顶层箔片（18-4）面向止推盘（17）。