CN108644120B - 一种自平衡多级低温泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自平衡多级低温泵，属于流体输送装置领域，解决了叶轮组件与筒体部件的连接结构需要承受的轴向力过大，导致连接结构易损坏的问题，其技术方案要点是包括筒体，所述筒体内设有导向组件，所述筒体内转动连接有叶轮组件，所述筒体上端设有进液管，所述筒体下端设有出液管，所述叶轮组件转动驱动流体通过导向组件向下输送，本发明结构合理，利用流体对叶轮组件的推力平衡叶轮自身的重力，从而减轻了叶轮组件与筒体部件的连接结构之间轴向力，使叶轮组件与筒体部件的连接结构更加稳定可靠。

Description

一种自平衡多级低温泵

技术领域

本发明涉及一种流体输送装置，更具体地说，它涉及一种自平衡多级低温泵。

背景技术

随着空气分离技术的发展，在内压缩流程空分装置中取消氧压机、氮压机等设备，产品氧、氮的输送由气态输送变为液态输送，从而产生了对高压低温离心泵的需求。电机带动轴上的叶轮高速旋转时，充满在叶轮内的流体在离心力的作用下，从叶轮中心沿着叶片间的流道甩向叶轮的四周，由于液体受到叶片的作用，使压力和速度同时增加，经过导壳的流道而被引向次一级的叶轮，就是这样原理，逐次地流过所有的叶轮和导壳，进一步使流体的压力能量增加。

目前的立式多级低温泵，包括筒体部件和装配于筒体部件顶部的电机支架；筒体部件内部设置有多级导流组件和叶轮；多级导流组件由导叶与中段组件组成；筒体部件的上端设有出液管，筒体部件的下端设有进液管。液体从进液管进入筒体部件内部，在叶轮组件的作用下使液体加速加压，然后从上端的出液管中排出。

上述技术方案中，筒体部件内上端压力大于其下端的压力，从而叶轮组件受到液体压力向下的压力，叶轮组件与筒体部件的连接结构需要承受的液体对叶轮组件向下的压力和叶轮组件自身重力的合力，进而导致叶轮组件与筒体部件的连接结构需要承受的轴向力过大，连接结构易损坏。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明在于提供一种自平衡多级低温泵，利用流体对叶轮组件的推力平衡叶轮自身的重力，从而减轻了叶轮组件与筒体部件的连接结构之间轴向力，使叶轮组件与筒体部件的连接结构更加稳定可靠。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种自平衡多级低温泵，包括筒体，所述筒体内设有导向组件，所述筒体内转动连接有叶轮组件，所述筒体上端设有进液管，所述筒体下端设有出液管，所述叶轮组件转动驱动流体通过导向组件向下输送。

通过采用上述技术方案，叶轮组件转动后，流体从进液管进入筒体内，然后在叶轮组件的作用下流体增压，然后从下方的出液管中排出；筒体内下端的压力大于上端的压力，在该压力差的作用下流体会对叶轮组件施加向上的推力，利用流体对叶轮组件的推力平衡叶轮自身的重力，从而减轻了叶轮组件与筒体部件的连接结构之间轴向力，使叶轮组件与筒体部件的连接结构更加稳定可靠。

本发明进一步设置为：所述导向组件包括腔体和导叶，所述腔体有多个呈同轴设置，所述筒体内设有连杆，所述腔体套置于连杆。

通过采用上述技术方案，将腔体组件叠起后利用连杆将腔体组件固定，方便导向组件的安装和拆卸，也方便后期叶轮组件损害后更换。

本发明进一步设置为：所述导叶固定连接于腔体，所述导叶与腔体之间设有连通的第一流道和第二流道，所述第二流道位于导叶的下方，所述第二流道截面积大于第一流道的截面积。

通过采用上述技术方案，流体从第一流道流动至第二流道时，因为第二流道截面积大于第一流道的截面积，从而导致第二流道内的流体的流动速度比第一流道内的流速慢，从而使得第二流道内的压力增大，受到导向组件的作用下，流体的压力逐级增加，从而达到了增压的目的。

本发明进一步设置为：所述导叶包括上端盖、下端盖和导流叶片，所述导流叶片固定连接有上端盖和下端盖之间，所述上端盖的面积小于下端盖的面积。

通过采用上述技术方案，下端盖的压强大于上端盖的压强，下端盖的面积大于上端盖的面积，从而导致下端盖受到流体的压力大于上端盖受到流体的压力，进而使导向组件受到流体向上的压力，利用流体对导向组件施加的压力平衡导向组件自身的重力，减少导向组件与筒体连接结构之间的轴向压力。

本发明进一步设置为：所述腔体下端设有连通管，所述连通管的下端置于出液管中，所述连通管材质的线膨胀系数小于出液管材质的线膨胀系数。

通过采用上述技术方案，在常温下安装，连通管插入出液管中，并且两者呈间隙配合，放置低温中后受到低温的影响下，连通管和出液管出现冷缩现象，连通管的线膨胀系数小于出液管的线膨胀系数，从而出液管内壁抱紧出液管外壁，使两者过盈配合，进而达到了密封的效果；在低温下出现冷缩现象时，连通管与出液管之间的间隙为两者之间的轴向收缩提供了相对移动的空间，防止连通管与出液管冷缩时两者发生干涉从而导致连通管或出液管破裂。

本发明进一步设置为：所述叶轮组件包括主轴和叶轮，所述叶轮有多个并且均同轴固定连接于主轴，所述主轴与筒体转动连接，所述主轴上端穿过筒体延伸至筒体外。

通过采用上述技术方案，主轴与筒体的连接结构靠近进液管，进液管处的压力较小，从而主轴与筒体的连接处的密封压力较小，不易产生泄露。

本发明进一步设置为：所述叶轮开设有平衡孔。

通过采用上述技术方案，利用平衡孔降低叶轮后盖板的压力，减小流体对叶轮的轴向力，防止流体对叶轮组件的轴向压力大于叶轮组件的自身重量，从而减轻了叶轮组件与筒体部件的连接结构之间轴向力。

本发明进一步设置为：所述主轴上端同轴设置有连接轴，所述连接轴为非金属材质制成。

通过采用上述技术方案，利用非金属材质的导热率低的特性，减少热量从通过连接轴传递至主轴上，进而通过主轴传递至筒体内的热量，进一步增加隔热效果。

本发明进一步设置为：所述主轴套设有轴套，所述轴套开设有三个环形凹槽，所述筒体固定连接有进气嘴和出气嘴，所述出气嘴与中间的环形凹槽连通，所述进气嘴与另外两个环形凹槽连通。

通过采用上述技术方案，部分被密封介质从主轴与轴套之间的间隙处渗漏进入靠下的环形凹槽中，被密封介质会在环形凹槽内汽化，密封气与汽化的被密封介质混合的气体，从主轴和轴套之间的间隙进入中间的环形凹槽中，然后从中间的环形凹槽从出气孔排出，靠近主轴电机端的环形凹槽内的密封气会从主轴和轴套之间的间隙进入中间环形凹槽中，从而进一步减少密封气与汽化的被密封介质混合的气体向主轴的电机端，防止被密封介质腐蚀损坏电机。

本发明进一步设置为：所述筒体开设有环形的连接槽，所述轴套开设有连接孔，所述连接孔将环形凹槽与连接槽连通，所述进气嘴和出气嘴固定连接于筒体并且与连接槽连通。

通过采用上述技术方案，进气嘴和出气嘴与筒体连接方式更加方便，从而，并且利用连接槽更加方便将环形凹槽与进气嘴和出气嘴连通。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

其一，筒体上端进液，筒体下端出液叶轮组件的作用下使流体增压，然后从下方的出液管中排出；筒体内下端的压力大于上端的压力，在该压力差的作用下流体会对叶轮组件施加向上的推力，利用流体对叶轮组件的推力平衡叶轮自身的重力，从而减轻了叶轮组件与筒体部件的连接结构之间轴向力，使叶轮组件与筒体部件的连接结构更加稳定可靠；

其二，使第二流道的截面积大于第一流道的截面积，使导叶下端盖的压强大于导叶上端盖的压力，而下端盖的面积大于上端盖的面积，从而导致导叶下端盖受到流体的压力大于上端盖受到流体的压力，从而利用流体对导向组件施加的压力平衡导向组件自身的重力，从而减轻导向组件与筒体之间连接结构的压力；

其三，利用在轴套上开设有多个环形凹槽，从而控制环形凹槽中的压力进一步减少密封气与汽化的被密封介质混合的气体向主轴的电机端，防止被密封介质腐蚀损坏电机；

其四，利用非金属材质的连接轴将主轴与电机连接，减少外界通过主轴将热量传递至筒体内，从而增加低温泵的隔热效果。

附图说明

图1为本实施例的剖面图；

图2为本实施例用于展示导向组件上端结构的剖面图；

图3为本实施例用于展示导向组件下端结构的剖面图；

图4为本实施例用于展示导叶的剖面图；

图5为本实施例用于展示主轴的剖面图；

图6为图5的A部放大图。

附图标记：1、筒体；11、进液管；12、出液管；13、电机支架；131、电机轴；14、第二安装环；141、连接孔；15、连接槽；2、导向组件；21、腔体；211、第一安装槽；212、第一安装环；213、腔室；214、连通流道；22、固定架；221、第二安装槽；23、导叶；231、上端盖；232、下端盖；233、导流叶片；234、环体；235、第一流道；236、第二流道；24、连杆；25、下压板；251、连通管；3、叶轮组件；31、主轴；311、连接轴；312、诱导轮；32、叶轮；321、平衡孔；322、轮毂；4、轴套；41、第一环槽；42、第二环槽；43、第三环槽；44、进气嘴；441、进气管；45、出气嘴；451、出气管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

一种自平衡多级低温泵，如图1所示，包括筒体1、叶轮组件3和导向组件3。筒体1上端侧壁固定连接有与其内部连通的进液管11，筒体1下端同轴固定连接有出液管12，导向组件3同轴固定连接于筒体1内，并且导向组件3外壁与筒体1内壁之间留有较大的空间，从而减缓热量的流动，提高隔热效果。导向组件3同轴转动连接于导向组件3内。筒体1上端设有电机支架13，电机支架13上端固定连接有驱动电机（图中未示出），驱动电机驱动叶轮组件3转动，进液管11处的流体在叶轮组件3的作用下增压，然后从下方的出液管12中排出。

如图1和图2所示，导向组件2包括固定架22、腔体21、导叶23和连杆24，其中腔体21呈圆筒状，腔体21下端同轴开设有圆形的腔室213，腔体21的上端开设有与腔室213连通的连通流道214。腔体21上端面同轴开设有环形的第一安装槽211，腔体21下端同轴固定连接有第一安装环212，第一安装环212与第一安装槽211适配。腔体21有五个并且呈同轴设置，位于上方腔体21的第一安装环212与位于下方腔体21的第一安装槽211适配，最上方的腔体21抵触于固定架22上。

如图3所示，最下端的腔体21抵触于下压板25上，下压板25同轴固定连接有连通管251，连通管251向下延伸并且出液管12连通。连通管251采用的线膨胀系数小于出液管12材质的线膨胀系数，在常温下安装，连通管251插入出液管12中，并且两者呈间隙配合，放置低温中后受到低温的影响下，连通管251和出液管12出现冷缩现象，连通管251的线膨胀系数小于出液管12的线膨胀系数，从而出液管12内壁抱紧连通管251外壁，使两者过盈配合，进而达到了密封的效果；在低温下出现冷缩现象时，连通管251与出液管12之间的间隙为两者之间的轴向收缩提供了相对移动的空间，防止连通管251与出液管12冷缩时两者发生干涉从而导致连通管或出液管12破裂。

如图2和图3所示，连杆24有四个周向设置于下压板25，连杆24下端穿过下压板25，连杆24穿过下压板25的一端螺纹连接有螺母，利用螺母对下压板25施加支撑力。连杆24的上端与固定架22螺纹连接，当连杆24上的螺母拧紧时，利用下压板25和固定架22对腔体21施加压力，将所有腔体21夹紧。固定架22同轴开设有第二安装槽221，筒体1靠近上端的内壁固定连接有与第二安装槽221适配的第二安装环14，利用第二安装环14对固定架22施加向上的推力，从而将导向组件2固定连接于筒体1上。

如图4所示，导叶23包括上端盖231、下端盖232和导流叶片233，上端盖231与下端盖232之间固定连接有环体234，导流叶片233固定连于环体234侧壁，导流叶片233上端抵触于腔室213上端内部，导流叶片233下端抵触于下方腔体21的上端面。环体234侧壁与腔室213侧壁之间的间隙被导流叶片233分隔呈多个第一流道235。下端盖232与腔体21上端面之间留有间隙的形成第二流道236。使导流叶片233呈倾斜设置，从而增加了第一流道235的长度并且减小了第一流道235的截面积，使第一流道235的截面积小于第二流道236的截面积。当流体在叶轮组件3的作用下从第一流道235流动至第二流道236时，因为第二流道236截面积大于第一流道235的截面积，从而导致第二流道236内的流体的流动速度与第一流道235内的流体的流动速度慢，从而使得第二流道236内的压强增大，受到导向组件2的作用下，流体的压力逐级增加，从而达到了增压的目的。下端盖232处流体的压强大于上端盖231的流体的压强，从而流体会对导叶23施加向上的推力，利用流动对导向组件2施加的压力平衡导向组件2自身的重力，减少导向组件2与筒体1连接结构之间的轴向压力。为进一步减少导向组件2与筒体1连接结构之间的轴向压力，使上端盖231的面积小于下端盖232的面积，从而进一步增大了上端盖231和下端盖232之间的压力差，进一步增加流体对导叶23施加的向上的压力，达到流体对导向组件2施加向上的压力平衡导向组件2自身的重力，使导向组件2与筒体1连接结构更加稳定。

如图4所示，叶轮组件3包括主轴31和叶轮32。叶轮32有五个均同轴固定连接于主轴31上，五个叶轮32分别置于五个腔体21的腔室213内。叶轮32的进水口与连通流道214连通，叶轮32转动时产生较大的离心力将流体从进水口出吸入，然后从边缘处甩出进入第一流道235中，从第一流道235流入第二流道236中，然后再从第二流道236中流动至下一个叶轮32中，从而逐级增加流体的压强，从而使叶轮32后端盖的压力大于叶轮32前端盖的压力，在该压力差的作用下流体会对叶轮组件3施加向上的推力，利用流体对叶轮组件3的推力平衡叶轮32自身的重力，从而减轻了叶轮组件3与筒体1部件的连接结构之间轴向力，使叶轮组件3与筒体1部件的连接结构更加稳定可靠。

如图4所示，叶轮32后端盖同轴固定连接有轮毂322，轮毂322与导叶23的上端盖231转动连接，叶轮32后端盖开设有平衡孔321，平衡孔321位于轮毂322内侧，利用平衡孔321降低叶轮32后盖板的压力，减小流体多叶轮32的轴向力，防止流体对叶轮组件3的轴向压力大于叶轮组件3的自身重量，从而减轻了叶轮组件3与筒体1部件的连接结构之间轴向力。

如图5所示，主轴31同轴穿设于导向组件2内，主轴31的下端与下压板25（参见图3）转动连接，主轴31的上端穿过筒体1上端内壁延伸出筒体1。主轴31上端同轴设置有连接轴311，连接轴311上端与驱动电机的电机轴131通过法兰联轴器同轴固定连接。为了减少筒体1外的热量从主轴31传递至筒体1内，连接轴311为导热率低的非金属材质制成，优选使用聚酰胺。减少驱动电机的电机轴131上的热量传递至筒体1内部。主轴31上同轴固定连接有诱导轮312，主轴31转动带动诱导轮312转动，将进液管11中的水输送至叶轮32处，增加叶轮32的进液压强。

如图6所示，主轴31与筒体1之间设有轴套4，轴套4外壁与筒体1的内部过盈配合，轴套4的内壁与主轴31的外壁呈间隙配合。轴套4内壁开设有三个环形凹槽，从上至下依次是第三环槽43、第二环槽42和第一环槽41。筒体1内壁开设有三个连接槽15，轴套4上开设有三个连接孔141，三个连接孔141将三个环形凹槽分别与连接槽15连通。筒体1固定连接于两个进气嘴44和一个出气嘴45，出气嘴45与中间的连接槽15连通，从而使第二环槽42与出气嘴45连通；两个进气嘴44分别与最上方的连接槽15和最下发的连接槽15连通，从而使进气嘴44与第一环槽41和第三环槽43连通。两个进气嘴44与进气管441连通，从而出气嘴45与出气管451连通。通过进气管441向第一环槽41、第三环槽43内通入密封气，使第一环槽41和第三环槽43内气压大于泵腔室213内的气压，从而减小被密封介质的泄露。部分被密封介质从主轴31与轴套4之间的间隙处渗漏进入第一环槽41中，被密封介质会在第一环槽41内汽化呈气体，密封气与汽化的被密封介质混合，然后部分混合后的气体会从主轴31和轴套4之间的间隙进入第二环槽42中，而第三环槽43内压力大于第二环槽42内的压力从而混合后的气体会通过出气管451排出，从而进一步减少密封气与汽化的被密封介质混合的气体向主轴31的电机端，防止被密封介质腐蚀损坏电机。连接槽15的宽度大于环形凹槽的宽度，从而更加方便将进气嘴44和出气嘴45与环形凹槽连通。

具体工作方式：驱动电机带动主轴31转动，主轴31转动带动叶轮32转动，叶轮32转动时产生较大的离心力将流体从进水口出吸入，然后从边缘处甩出进入第一流道235中，从第一流道235流入第二流道236中，然后再从第二流道236中流动至下一个叶轮32中，从而逐级增加流体的压强，最后从出液管12中排出。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (2)

1.一种自平衡多级低温泵，包括筒体（1），所述筒体（1）内设有导向组件（2），所述筒体（1）内转动连接有叶轮组件（3），其特征是：所述筒体（1）上端设有进液管（11），所述筒体（1）下端设有出液管（12），所述叶轮组件（3）转动驱动流体通过导向组件（2）向下输送；所述导向组件（2）包括腔体（21）和导叶（23），所述腔体（21）有多个呈同轴设置，连杆（24）固定连接于筒体（1），所述腔体（21）套置于连杆（24）；所述导叶（23）固定连接于腔体（21），所述导叶（23）与腔体（21）之间设有连通的第一流道（235）和第二流道（236），所述第二流道（236）位于导叶（23）的下方，所述第二流道（236）截面积大于第一流道（235）的截面积；所述导叶（23）包括上端盖（231）、下端盖（232）和导流叶片（233），所述导流叶片（233）固定连接上端盖（231）和下端盖（232）之间，所述上端盖（231）的面积小于下端盖（232）的面积；所述叶轮组件（3）包括主轴（31）和叶轮（32），所述叶轮（32）有多个并且均同轴固定连接于主轴（31），所述主轴（31）与筒体（1）转动连接，所述主轴（31）上端穿过筒体（1）延伸至筒体（1）外；所述叶轮（32）开设有平衡孔（321）；所述主轴（31）上端同轴设置有连接轴（311），所述连接轴（311）为非金属材质制成；所述主轴（31）套设有轴套（4），所述轴套（4）开设有三个环形凹槽，所述筒体（1）固定连接有进气嘴（44）和出气嘴（45），所述出气嘴（45）与中间的环形凹槽连通，所述进气嘴（44）与另外两个环形凹槽连通；所述筒体（1）开设有环形的连接槽（15），所述轴套（4）开设有连接孔（141），所述连接孔（141）将环形凹槽与连接槽（15）连通，所述进气嘴（44）和出气嘴（45）固定连接于筒体（1）并且与连接槽（15）连通。

2.根据权利要求1所述的一种自平衡多级低温泵，其特征是：所述腔体（21）下端设有连通管（251），所述连通管（251）的下端置于出液管（12）中，所述连通管（251）材质的线膨胀系数小于出液管（12）材质的线膨胀系数 。