CN108757492B - 一种配置空气动压轴承的立式离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种配置空气动压轴承的立式离心泵，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。空气动压轴承代替了传统油润滑或脂润滑的轴承，以空气作为润滑介质，无需润滑系统，结构简单。本发明还具有转速高、精度高、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立式离心泵

技术领域

本发明提供一种配置空气动压轴承的立式离心泵，属于流体机械技术领域。

背景技术

立式离心泵广泛应用于石油化工、煤化工、污水处理等行业的管口增压、冷热水循环、易燃易爆液体及腐蚀性液体的输送。与卧式离心泵相比，立式离心泵的结构为自下而上叠加连接，所以占地面积小，建筑投入低。但现有的立式离心泵的应用中，高速运行时，推力轴承润滑的油位高度控制范围窄，油位过低则润滑不良，以至于常出现润滑失效，导致轴承磨损，而且立式离心泵的检修难度较大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种配置空气动压轴承的立式离心泵，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立式离心泵，包括泵壳、叶轮、机械密封、轴和空气动压轴承；其中，空气动压轴承包括空气动压径向轴承和两组空气动压止推轴承（上止推轴承和下止推轴承，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，泵盖位于轴承箱内，泵体与泵盖、泵体与轴承箱、轴承箱与轴承压盖分别通过螺栓连接；泵体一侧设有取压塞和排气阀，排气阀位于泵体侧壁顶部，泵体底部设有放液阀；轴承箱侧壁上设有冷却液入口和冷却液出口；

轴包括四段轴颈，分别为轴颈Ⅰ、轴颈Ⅱ、轴颈Ⅲ和轴颈Ⅳ，共同组成完整的轴，四段轴颈的直径为：轴颈Ⅰ＜轴颈Ⅱ＜轴颈Ⅲ，轴颈Ⅲ＞轴颈Ⅳ；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外为机械密封，机械密封包括上机械密封和下机械密封，上机械密封的上下两端分别与轴承箱和泵盖通过螺纹连接固定，下机械密封的上端与泵盖通过螺纹连接固定；空气动压径向轴承安装在轴颈Ⅲ处，通过螺栓与下止推轴承座连接；下止推轴承和上止推轴承安装在轴颈Ⅳ上与轴颈Ⅲ连接处，下止推轴承通过定位销Ⅰ固定在下止推轴承座上，上止推轴承通过定位销Ⅱ固定在上止推轴承座上，下止推轴承座通过螺栓固定在轴承箱上，上止推轴承座通过轴承压盖采用螺栓固定在轴承箱上；下止推轴承和上止推轴承之间设有止推盘，止推盘通过止推盘定位销固定在轴上；轴颈Ⅳ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，所述立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Ⅲ，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、五瓦六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、七瓦或八瓦。

工作过程：使用前，通过排气阀将泵体内的气体排出，接通冷却液；使用时，将轴颈Ⅳ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中泵体右侧的开口）吸入，经过离心分离，从出口（如图1中泵体左侧的开口）排出。由于轴转动会产生一定的轴向力和径向力，同时在带动叶轮转动的状态下，载荷的不均匀而产生的轴向力和径向力使轴产生轴向和径向的位移，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，保证轴不上下窜动以保持稳定。离心过程中可通过取压塞调节泵体内压力，防止泵体内压力过大；离心结束后通过放液阀排出泵体内液体。

原理：当电机驱动轴高速旋转，由于气体动压效应，在止推盘和空气动压止推轴承之间形成的气膜（如图3中7-4所示）提供承载力，防止泵工作过程中轴的轴向运动；空气动压径向轴承与轴之间的空气由于空气动压效应而产生的径向力防止轴径向运动。

本发明的有益效果：

（1）本发明采用空气动压轴承提供承载力，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，简化了立式离心泵的结构；

（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）由于本发明立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，降低维修量；

（5）本发明在轴承箱侧壁开有冷却液出入口，提高了耐温性能；

（6）空气动压轴承装置设置在上机械密封的外侧，具有干净清洁、低耗能、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-取压塞，3-泵盖，4-排气阀，5-冷却液出口，6-轴承箱，7-空气动压径向轴承，7-1-定位销Ⅲ，7-2-轴承座，7-3-径向轴承波箔，7-4-气膜，7-5-径向轴承顶层箔片，8-下止推轴承座，9-止推盘，10-上止推轴承座，11-轴颈Ⅳ，12-轴承压盖，13-上止推轴承，13-1-焊点，13-2-底板，13-3-止推轴承波箔，13-4-止推轴承顶层箔片，14-定位销Ⅱ，15-定位销Ⅰ，16-下止推轴承，17-止推盘定位销，18-轴颈Ⅲ，19-冷却液入口，20-上机械密封，21-下机械密封，22-叶轮，23-放液阀，24-轴颈Ⅱ，25-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立式离心泵，包括泵壳、叶轮22、机械密封、轴和空气动压轴承；其中，空气动压轴承包括空气动压径向轴承7和两组空气动压止推轴承（上止推轴承13和下止推轴承16，两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6和轴承压盖12，泵盖3位于轴承箱6内，泵体1与泵盖3、泵体1与轴承箱6、轴承箱6与轴承压盖12分别通过螺栓连接；泵体1一侧设有取压塞2和排气阀4，排气阀4位于泵体1侧壁顶部，泵体1底部设有放液阀23；轴承箱6侧壁上设有冷却液入口19和冷却液出口5；

轴包括四段轴颈，分别为轴颈Ⅰ25、轴颈Ⅱ24、轴颈Ⅲ18和轴颈Ⅳ11，共同组成完整的轴；轴颈Ⅰ25的一端与叶轮22通过螺纹连接，叶轮22置于泵体1与泵盖3形成的空间内；轴颈Ⅱ24外为机械密封，机械密封包括上机械密封20和下机械密封21，上机械密封20的上下两端分别与轴承箱6和泵盖3通过螺纹连接固定，下机械密封21的上端与泵盖3通过螺纹连接固定；空气动压径向轴承7安装在轴颈Ⅲ18处，通过螺栓与下止推轴承座8连接；下止推轴承16和上止推轴承13安装在轴颈Ⅳ11上与轴颈Ⅲ18连接处，下止推轴承16通过定位销Ⅰ15固定在下止推轴承座8上，上止推轴承13通过定位销Ⅱ14固定在上止推轴承座10上，下止推轴承座8通过螺栓固定在轴承箱6上，上止推轴承座10通过轴承压盖12采用螺栓固定在轴承箱6上；下止推轴承16和上止推轴承13之间设有止推盘9，止推盘9通过止推盘定位销17固定在轴上；轴颈Ⅳ11一端通过轴承压盖12伸出，上面设有键槽。

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：四段轴颈的直径为：轴颈Ⅰ25＜轴颈Ⅱ24＜轴颈Ⅲ18，轴颈Ⅲ18＞轴颈Ⅳ11；

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7-5、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7-5形成的同心环，轴承座7-2上设有定位销Ⅲ7-1，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13-2、止推轴承波箔13-3和止推轴承顶层箔片13-4，底板13-2为圆环状，止推轴承波箔13-3沿周向均匀设置在底板13-2上，止推轴承顶层箔片13-4沿周向均匀分布在止推轴承波箔13-3上，底板13-2上有若干焊点13-1，安装时，止推轴承顶层箔片13-4面向止推盘9。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六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七瓦。

实施例8

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立式离心泵，包括泵壳、叶轮（22）、机械密封、轴和空气动压轴承；其中，空气动压轴承包括空气动压径向轴承（7）和两组空气动压止推轴承，两组空气动压止推轴承结构相同，分别为上止推轴承（13）和下止推轴承（16）；

所述泵壳包括泵体（1）、泵盖（3）、轴承箱（6）和轴承压盖（12），泵盖（3）位于轴承箱（6）内，泵体（1）与泵盖（3）、泵体（1）与轴承箱（6）、轴承箱（6）与轴承压盖（12）分别通过螺栓连接；泵体（1）一侧设有取压塞（2）和排气阀（4），排气阀（4）位于泵体（1）侧壁顶部，泵体（1）底部设有放液阀（23）；轴承箱（6）侧壁上设有冷却液入口（19）和冷却液出口（5）；

轴包括四段轴颈，分别为轴颈Ⅰ（25）、轴颈Ⅱ（24）、轴颈Ⅲ（18）和轴颈Ⅳ（11），共同组成完整的轴；轴颈Ⅰ（25）的一端与叶轮（22）连接，叶轮（22）置于泵体（1）与泵盖（3）形成的空间内；轴颈Ⅱ（24）外为机械密封，机械密封包括上机械密封（20）和下机械密封（21），上机械密封（20）的上下两端分别与轴承箱（6）和泵盖（3）连接固定，下机械密封（21）的上端与泵盖（3）连接固定；空气动压径向轴承（7）安装在轴颈Ⅲ（18）处，通过螺栓与下止推轴承座（8）连接；下止推轴承（16）和上止推轴承（13）安装在轴颈Ⅳ（11）上与轴颈Ⅲ（18）连接处，下止推轴承（16）通过定位销Ⅰ（15）固定在下止推轴承座（8）上，上止推轴承（13）通过定位销Ⅱ（14）固定在上止推轴承座（10）上，下止推轴承座（8）通过螺栓固定在轴承箱（6）上，上止推轴承座（10）通过轴承压盖（12）采用螺栓固定在轴承箱（6）上；下止推轴承（16）和上止推轴承（13）之间设有止推盘（9），止推盘（9）通过止推盘定位销（17）固定在轴上；轴颈Ⅳ（11）一端通过轴承压盖（12）伸出，上面设有键槽；

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（7-5）、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（7-5）形成的同心环，轴承座（7-2）上设有定位销Ⅲ（7-1）；

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（13-2）、止推轴承波箔（13-3）和止推轴承顶层箔片（13-4），底板（13-2）为圆环状，止推轴承波箔（13-3）沿周向均匀设置在底板（13-2）上，止推轴承顶层箔片（13-4）沿周向均匀分布在止推轴承波箔（13-3）上，底板（13-2）上有若干焊点（13-1）。

2.根据权利要求1所述的立式离心泵，其特征在于，所述立式离心泵为单级离心泵或多级离心泵。

3.根据权利要求1所述的立式离心泵，其特征在于，四段轴颈的直径为：轴颈Ⅰ（25）＜轴颈Ⅱ（24）＜轴颈Ⅲ（18），轴颈Ⅲ（18）＞轴颈Ⅳ（11）。

4.根据权利要求1所述的立式离心泵，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、六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。

5.根据权利要求1所述的立式离心泵，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、七瓦或八瓦。

6.根据权利要求1或5所述的立式离心泵，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（13-4）面向止推盘（9）。