CN108757477B - 一种精简结构离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精简结构离心泵，包括水平的泵轴，泵轴上设有单吸叶轮和平衡鼓，平衡鼓位于单吸叶轮出水的一侧，泵壳两端与泵轴间设有机械密封，泵壳内形成有与单吸叶轮出水的一侧连通的吐出高压区和与单吸叶轮入水的一侧连通的吸入低压区；形成吸入低压区的且远离单吸叶轮入水的一侧的泵壳部分与对应侧的机械密封间形成有第一密封区，平衡鼓与单吸叶轮出水的一侧的机械密封间形成有第二密封区；两机械密封的防泄漏面位于对应密封区内；第一密封区与第二密封区通过外部平衡管连通；第二密封区与吐出高压区连通，第一密封区与吸入低压区连通。本发明将平衡管和机封冲洗管路统一使用，结构更精简，合理利用了流体压力，提高了泵的整体效率。

Description

一种精简结构离心泵

技术领域

本发明属于非变容式泵技术领域，具体涉及一种精简结构离心泵。

背景技术

离心泵是靠叶轮旋转时产生的离心力来输送流体的泵，流体从入水口被吸入，从出水口被泵出。工作时，泵轴带动泵壳内的叶轮高速旋转，泵壳内的流体在离心力作用下被甩向叶轮外缘，经泵壳的吐出流道流入压水管路而泵出，叶轮中心处，则因流体被甩出而形成负压区，外界流体在压力作用下从入水口被吸入，经吸入流道不断流向叶轮轴心的负压区，即叶轮入水的一侧，叶轮不停转动，使得流体在叶轮的作用下不断被吸入与泵出，达到输送流体的目的。叶轮安装于泵轴上，根据流体被吸入的流动方向及流体的反作用力，会使叶轮受到朝向叶轮入水的一侧方向的力，即泵轴需要承受叶轮工作带来的轴向力，为平衡泵轴所受到的该轴向力，通常采用在泵轴上连接平衡鼓或平衡盘的结构形式，在流体泵送过程中通过泵壳的构造使平衡鼓两侧存在流体压力差从而使平衡鼓受到远离叶轮入水的一侧方向的力并传递给泵轴以起到平衡作用。为使流体流动起来以保持该压力差，在离心泵上就通常可见一平衡管，其用于连接平衡鼓一侧的相对低压区和泵的吸入流道，其中，平衡鼓一侧的相对低压区内的流体压力是大于吸入流道中的流体压力的以使流体从所述相对低压区经平衡管流向吸入流道，相关技术在CN206874490U、CN206377073U中有提及。

在离心泵上通常还可以见到另外一套管路——机封冲洗管路。离心泵用于泵送流体，其泵轴与泵壳之间必须要能防止流体泄露，通常采用机械密封（简称机封）来实现，而机械密封包括相对滑动贴合的两防泄漏面，该位置在工作过程中需要冲洗冷却，故需要在离心泵上设置机封冲洗管路。该管路援引外来压力水源对机封相对滑动贴合的两防泄漏面进行冲洗降温；特别的，当在多级离心泵上时，可以选择一级吐出流体压力合适的叶轮，在其对应的吐出流道（泵壳）上开孔引出压力水源以用于机封冲洗，免去援引外部水源的麻烦，对应的造成一定的流体能量损失。

现有的离心泵上，平衡管和机封冲洗管路都是分别连接在泵上并独立工作的，结构比较复杂，单独工作的平衡管使流体从所述相对低压区直接泄压流向吸入流道，也存在流体能量损失。而人们使用泵，大部分时候还是用于泵送清水流质或不含固体颗粒物的流动介质的，泵送的流体可以达到用于机封冲洗的要求，可以进一步考虑将平衡管和机封冲洗管路合并以使结构更加精简。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种精简结构离心泵，避免在离心泵上分别连接平衡管和机封冲洗管路造成结构比较复杂的问题，取得合理利用流体压力以减少流体能量损失、结构更加精简的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种精简结构离心泵，包括水平的泵轴，所述泵轴上设有单吸叶轮和平衡鼓，所述平衡鼓位于单吸叶轮出水的一侧，所述单吸叶轮和平衡鼓均位于泵壳内，所述泵壳沿泵轴轴向的两端与所述泵轴之间分别设有机械密封，所述泵壳内形成有与所述单吸叶轮出水的一侧连通的吐出高压区和与单吸叶轮入水的一侧连通的吸入低压区，所述平衡鼓与泵壳之间形成有出水小间隙流道；形成所述吸入低压区的且远离单吸叶轮入水的一侧的泵壳部分与对应侧的机械密封之间形成有第一密封区，所述平衡鼓与单吸叶轮出水的一侧的机械密封之间形成有第二密封区；两机械密封各自的相对滑动贴合的两防泄漏面位于对应的密封区内；所述第一密封区与第二密封区通过外部平衡管连通；所述第二密封区通过所述出水小间隙流道与吐出高压区连通以使流体可从吐出高压区流动至第二密封区且吐出高压区内的流体压力大于第二密封区内的流体压力，所述第一密封区与吸入低压区连通。

本发明的离心泵将平衡管和机封冲洗管路统一为“外部平衡管”，省去了一条外部管路，使泵的结构更加精简，降低制造成本；第二密封区即为原平衡鼓一侧的相对低压区，在保证平衡轴向力功能的同时使该区内的流体压力用于机封的冲洗冷却，避免了流体直接泄压流入吸入流道存在流体能量损失的问题，合理利用了流体压力从而也就提高了泵的效率。同样也保证了机封冲洗压力水的来源，免去援引外部水源用于机封冷却的麻烦；特别是对于在泵壳上开孔取机封冲洗水的多级离心泵，既简化其了结构，还避免了开孔取水造成的流体能量损失。

使用时，流体从泵的入水口被吸入，经吸入低压区被叶轮吸入，然后经吐出高压区从出水口被泵出；其中，吐出高压区中部分流体还经平衡鼓与泵壳之间的出水小间隙流道进入第二密封区，第二密封区内的流体压力小于吐出高压区的流体压力，通过第二密封区和吐出高压区的压力差，使平衡鼓传递给泵轴远离叶轮入水的一侧方向的力以起到平衡作用；第二密封区和第一密封区由外部平衡管连通，流体压力相同；通过控制连通流道的过流量，可使吸入低压区内的流体压力小于第一密封区的流体压力，第二密封区内的流体经外部平衡管、第一密封区后，再回到吸入低压区，流体流经第二密封区、第一密封区过程中，也实现了对机封的相对滑动贴合的两防泄漏面的冷却降温。

进一步完善上述技术方案，所述形成吸入低压区的且远离单吸叶轮入水的一侧的泵壳部分与对应的泵轴之间形成有入水小间隙流道，所述第一密封区通过所述入水小间隙流道与吸入低压区连通以使流体可从第一密封区流动至吸入低压区且第一密封区内的流体压力大于吸入低压区内的流体压力。

这样，通过入水小间隙流道连通第一密封区和吸入低压区，无需另外开设连通流道，结构更简单，制造更方便；设计制造时，通过控制出水小间隙流道和入水小间隙流道的过流量，来调节相连通区域之间的压力差，使流体按指定路径流动并达到平衡轴向力以及机封冲洗冷却所需的压力要求。

本发明创新地将尾端机械密封的工作区与原平衡鼓一侧的相对低压区完全连通形成第二密封区，并设置了入水小间隙流道来连通第一密封区和吸入低压区以实现两管路的统一使用；需要特别说明的是，在泵壳上开设的用于泵轴安装的孔，其内壁与泵轴之间的间隙是客观存在的，是为了防止渗漏想避免而又不可避免的，所以才需要在泵壳的两端与泵轴之间设置机械密封，以防止泵壳内的流体从泵轴的安装间隙渗漏出来。所以泵壳内两机械密封之间的空间，理论上都是由泵轴与泵壳之间不可避免的间隙连通的，为了更好地防止泄露，要在保证泵轴转动灵活的情况下使该间隙尽量的小；这与本发明的入水小间隙流道有本质的区别，其意义和解决的技术问题都是不同的，前面是想要消除的不利间隙，本发明的入水小间隙流道是刻意设置，并用于连通和控制过流量的作用单元，换句话说，实施时，该入水小间隙流道也可以是开设于对应的用于隔离第一密封区和吸入低压区的泵壳部分上的连接通孔，以作为连接和控制过流量的作用单元；本发明优选利用泵轴与泵壳之间不可避免的间隙处设置所述入水小间隙流道，是为了无需另外开设连通通孔以更便于制造。同时为了取得两管路统一使用的精简效果，将尾端机械密封的工作区与原平衡鼓一侧的相对低压区完全连通形成具有所需流体压力的第二密封区也打破了常规的防泄漏设计思路，最终使两管路能够统一并有效使用。

进一步地，所述泵轴上设有的单吸叶轮为同向串联的若干个，所有单吸叶轮均位于泵壳内，所述平衡鼓位于最后一个单吸叶轮出水的一侧；所述吸入低压区与第一个单吸叶轮入水的一侧连通，所述吐出高压区与最后一个单吸叶轮出水的一侧连通；任意相邻的两单吸叶轮，前一个单吸叶轮的吐出流道与后一个单吸叶轮的吸入流道相连。

这样，是在多级离心泵上的运用形式，多级离心泵由于泵送流体功率要求较高，其串联的叶轮较多，每个叶轮叠加的施加给泵轴的轴向力就更大，为减小转子的轴向窜动，防止叶轮与外壳发生摩擦，必须设置平衡鼓，而本运用就可以有效地精简多级离心泵的结构，免去援引外部水源用于机封冷却的麻烦，也无需在泵壳上开孔取机封冲洗水，还避免了开孔取水造成的流体能量损失，从而也就提高了泵的效率。

进一步地，所述平衡鼓的周向外侧套设有与所述泵壳固定连接的衬套，所述出水小间隙流道形成于所述平衡鼓的周向外壁与所述衬套的内壁之间。

这样，可以避免泵轴异常转动时，平衡鼓周向外壁摩擦泵壳造成泵壳的损坏，增加了衬套就可以仅更换损坏的衬套即可，便于维修，还可以通过匹配不过内径的衬套来控制出水小间隙流道的过流量，便于调节。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明将平衡管和机封冲洗管路统一为“外部平衡管”，省去了一条外部管路，使离心泵的结构更加精简，降低制造成本。

2、本发明创新地将尾端机械密封的工作区与原平衡鼓一侧的相对低压区完全连通形成第二密封区，并设置了入水小间隙流道来连通第一密封区和吸入低压区，打破了常规的防泄漏设计思路，使两管路能够统一并有效使用。

3、本发明合理利用了流体压力，减少了流体能量损失，从而也就提高了泵的整体效率。

附图说明

图1-具体实施例的一种精简结构离心泵的结构示意图；

图2-具体实施例的一种精简结构离心泵中的平衡和机封冲洗水的流向示意图；

其中，泵轴1，平衡鼓11，单吸叶轮12，泵壳2，第一密封区21，入水小间隙流道22，吸入低压区23，吐出高压区24，出水小间隙流道25，第二密封区26，衬套27，入水口28，出水口29，机械密封3，防泄漏面31，压盖32，水流过孔33，外部平衡管4，轴承箱体5，轴承51，通孔52。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

参见图1，具体实施例的一种精简结构离心泵，为泵壳径向剖分的六级离心泵，包括水平的泵轴1，所述泵轴1上设有平衡鼓11和同向串联安装的六个单吸叶轮12，所述平衡鼓11位于最后一级单吸叶轮12出水的一侧（相对于入水的一侧），六个单吸叶轮12和平衡鼓11均位于泵壳2内，所述泵壳2沿泵轴1轴向的两端与所述泵轴1之间分别设有机械密封3，通过机械密封3对泵轴1穿出泵壳2的位置进行密封以防止漏液；所述泵壳2沿泵轴1轴向的两端外部连接有轴承箱体5，所述轴承箱体5包括延伸连接部并通过螺栓穿过其延伸连接部将轴承箱体5直接固定连接在泵壳2上；泵轴1穿出泵壳2两端的轴段均通过轴承51装在对应端的轴承箱体5内，泵轴1的任一端穿出对应端的轴承箱体5并连接电动机（图中未示出），轴承箱体5为轴向剖分的结构以便于安装；所述泵壳2内形成有与所述最后一级单吸叶轮12出水的一侧连通的吐出高压区24（即最后一级单吸叶轮12的吐出流道）和与第一级单吸叶轮12入水的一侧连通的吸入低压区23（即第一级单吸叶轮12的吸入流道），中间任意相邻的两单吸叶轮12，前一级单吸叶轮12的吐出流道与后一级单吸叶轮12的吸入流道相连；所述平衡鼓11的周向外壁与泵壳2之间形成有出水小间隙流道25；形成所述吸入低压区23的且远离所述第一级单吸叶轮12入水的一侧的泵壳部分与对应侧的机械密封3之间形成有第一密封区21，所述平衡鼓11与最后一级单吸叶轮12出水的一侧的机械密封3之间形成有第二密封区26；两机械密封3各自的相对滑动贴合的两防泄漏面31位于对应的密封区内；所述第一密封区21与第二密封区26通过外部平衡管4连通，具体地，机械密封3包括相对泵壳2靠外侧的压盖32，压盖32上开设有水流过孔33，两机械密封3上的水流过孔33通过所述外部平衡管4连接以使所述第一密封区21与第二密封区26通过外部平衡管4连通，对应的轴承箱体5上也开设有通孔52以供所述外部平衡管4通过；所述第二密封区26通过所述出水小间隙流道25与吐出高压区24连通以使流体可从吐出高压区24流动至第二密封区26且吐出高压区24内的流体压力大于第二密封区26内的流体压力；所述第一密封区21与吸入低压区23连通，具体地，所述形成吸入低压区23的且远离第一级单吸叶轮12入水的一侧的泵壳部分与对应的泵轴1之间形成有入水小间隙流道22，所述第一密封区21通过所述入水小间隙流道22与吸入低压区23连通以使流体可从第一密封区21流动至吸入低压区23且第一密封区21内的流体压力大于吸入低压区23内的流体压力，这样，通过入水小间隙流道22连通第一密封区21和吸入低压区23，无需另外开设连通流道，结构更简单，制造更方便。

本实施例中，所述平衡鼓11周向的外侧套设有与泵壳2固定连接的衬套27，在所述平衡鼓11周向外壁与所述衬套27的内壁之间形成所述出水小间隙流道25，这样可以避免泵轴1异常转动时，平衡鼓11周向外壁摩擦泵壳2造成泵壳2的损坏，增加了衬套27就可以仅更换损坏的衬套27或平衡鼓11即可，便于维修，可以通过匹配不过内径的衬套27来控制出水小间隙流道25的过流量，调节方便。实施时，同理，所述形成吸入低压区23的且远离第一级单吸叶轮12入水的一侧的泵壳部分与对应的泵轴1之间也可以设置这样的衬套，达到相同效果。

本发明的离心泵将平衡管和机封冲洗管路统一并有效使用，省去了一条外部管路，使泵的结构更加精简；第二密封区26即为原平衡鼓一侧的相对低压区，在保证平衡轴向力功能的同时使该区内的流体压力用于机封的冲洗冷却，避免了流体直接泄压流入吸入流道存在流体能量损失的问题，合理利用了流体压力从而也就提高了泵的效率。同样也保证了机封冲洗压力水的来源，免去援引外部水源用于机封冷却的麻烦；也无需在泵壳2上开孔取机封冲洗水，还避免了开孔取水造成的流体能量损失，从而进一步提高了泵的效率。轴承箱体5直接与泵壳2连接，省去了常用的用于连接轴承箱体5和泵壳2的托架，提高了连接刚度，采用轴向剖分结构并开设有通孔52，在便于安装的前提下，提高了泵工作时的稳定性，减少振动。

参见图1、图2，使用时，流体从泵的入水口28被吸入，经吸入低压区23被叶轮吸入，逐级增压，然后经吐出高压区24从出水口29被泵出；其中，吐出高压区24中部分流体还经平衡鼓11与衬套27之间的出水小间隙流道25进入第二密封区26，通过控制出水小间隙流道25的过流量，可使第二密封区26内的流体压力小于吐出高压区24的流体压力，通过第二密封区26和吐出高压区24的压力差，使平衡鼓11传递给泵轴1远离叶轮入水的一侧方向的力以起到平衡作用；第二密封区26和第一密封区21由外部平衡管4连通，流体压力相同；通过控制入水小间隙流道22的过流量，可使吸入低压区23内的流体压力小于第一密封区21的流体压力，第二密封区26内的流体经外部平衡管4、第一密封区21后，再回到吸入低压区23，流体流经第二密封区26、第一密封区21过程中，也实现了对机封的相对滑动贴合的两防泄漏面31的冷却降温。所述的控制出水小间隙流道25和入水小间隙流道22的过流量的时机，是在设计制造时，装配好之后，过流量就定下来了，流体按指定路径流动并达到平衡轴向力以及机封冲洗冷却所需的压力要求。

本发明创新地将尾端机械密封3的工作区与原平衡鼓11一侧的相对低压区完全连通形成第二密封区26，并设置了入水小间隙流道22来连通第一密封区21和吸入低压区23以实现两管路的统一使用；需要特别说明的是，在泵壳2上开设的用于泵轴1安装的孔，其内壁与泵轴1之间是客观存在间隙的，是为了防止渗漏想避免而又不可避免的，所以才需要在泵壳2的两端与泵轴1之间设置机械密封3以防止泵壳2内的流体从泵轴1的安装间隙渗漏出来。所以泵壳2内两机械密封3之间的空间，理论上都是由泵轴1与泵壳2之间不可避免的间隙连通的，为了更好地防止泄露，要在保证泵轴1转动灵活的情况下使该间隙尽量的小；这与本发明的入水小间隙流道22有本质的区别，其意义和解决的技术问题都是不同的，前面的是想要消除的不利间隙，本发明的入水小间隙流道22是刻意设置，并用于连通和控制过流量的作用单元，换句话说，实施时，该入水小间隙流道22也可以是开设于对应的用于隔离第一密封区21和吸入低压区23的泵壳部分上的连接通孔，以作为连接和控制过流量的作用单元；本发明优选利用泵轴1与泵壳2之间不可避免的间隙处设置所述入水小间隙流道22，是为了无需另外开设连通通孔以更便于制造。同时为了取得两管路统一使用的精简效果，将尾端机械密封3的工作区与原平衡鼓11一侧的相对低压区完全连通形成具有所需流体压力的第二密封区26也打破了常规的防泄漏设计思路，最终使两管路能够统一并有效使用。

由于机封冲洗冷却水有一定要求，所以本离心泵适于泵送常温的清水流质或不含固体颗粒物的流动介质。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种精简结构离心泵，包括水平的泵轴（1），所述泵轴（1）上设有单吸叶轮（12）和平衡鼓（11），所述平衡鼓（11）位于单吸叶轮（12）出水的一侧，所述单吸叶轮（12）和平衡鼓（11）均位于泵壳（2）内，所述泵壳（2）沿泵轴（1）轴向的两端与所述泵轴（1）之间分别设有机械密封（3），所述泵壳（2）内形成有与所述单吸叶轮（12）出水的一侧连通的吐出高压区（24）和与单吸叶轮（12）入水的一侧连通的吸入低压区（23），所述平衡鼓（11）与泵壳（2）之间形成有出水小间隙流道（25）；其特征在于：形成所述吸入低压区（23）的且远离单吸叶轮（12）入水的一侧的泵壳部分与对应侧的机械密封（3）之间形成有第一密封区（21），所述平衡鼓（11）与单吸叶轮（12）出水的一侧的机械密封（3）之间形成有第二密封区（26）；两机械密封（3）各自的相对滑动贴合的两防泄漏面（31）位于对应的密封区内；所述第一密封区（21）与第二密封区（26）通过外部平衡管（4）连通；所述第二密封区（26）通过所述出水小间隙流道（25）与吐出高压区（24）连通以使流体可从吐出高压区（24）流动至第二密封区（26）且吐出高压区（24）内的流体压力大于第二密封区（26）内的流体压力，所述第一密封区（21）与吸入低压区（23）连通。

2.根据权利要求1所述一种精简结构离心泵，其特征在于：所述形成吸入低压区（23）的且远离单吸叶轮（12）入水的一侧的泵壳部分与对应的泵轴（1）之间形成有入水小间隙流道（22），所述第一密封区（21）通过所述入水小间隙流道（22）与吸入低压区（23）连通以使流体可从第一密封区（21）流动至吸入低压区（23）且第一密封区（21）内的流体压力大于吸入低压区（23）内的流体压力。

3.根据权利要求1所述一种精简结构离心泵，其特征在于：所述泵轴（1）上设有的单吸叶轮（12）为同向串联的若干个，所有单吸叶轮（12）均位于泵壳（2）内，所述平衡鼓（11）位于最后一个单吸叶轮（12）出水的一侧；所述吸入低压区（23）与第一个单吸叶轮（12）入水的一侧连通，所述吐出高压区（24）与最后一个单吸叶轮（12）出水的一侧连通；任意相邻的两单吸叶轮（12），前一个单吸叶轮（12）的吐出流道与后一个单吸叶轮（12）的吸入流道相连。

4.根据权利要求1所述一种精简结构离心泵，其特征在于：所述平衡鼓（11）的周向外侧套设有与所述泵壳（2）固定连接的衬套（27），所述出水小间隙流道（25）形成于所述平衡鼓（11）的周向外壁与所述衬套（27）的内壁之间。