CN108869384A - 一种具有圆柱型导流叶片的离心泵径向密封环 - Google Patents

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Abstract

本发明公开安装在蜗壳与叶轮之间间隙处的一种具有圆柱型导流叶片的离心泵径向密封环，由圆盘和径向导流叶片组成，在圆盘的一侧盘面上沿圆周方向均匀固定布置多个径向导流叶片，每个径向导流叶片都是一块圆柱型板，圆柱型板的中心轴垂直于圆盘的盘面；每个径向导流叶片的径向截面的轮廓线是以圆盘的内圈轮廓线的上任意一点为圆心，以R0为半径的圆弧线，圆弧线的起点在圆盘的内圈轮廓线上，终点在圆盘的外圈的轮廓线上；本发明是非接触式密封环，当离心泵叶轮旋转时，旋转液体在固定的径向的导流叶片的诱导下产生定向流动，诱导方向与叶轮和蜗壳之间泄露流体的运动方向相反，从而达到阻止流体从叶轮与蜗壳间隙处泄露的目的。

Description

一种具有圆柱型导流叶片的离心泵径向密封环
技术领域
本发明涉及流体机械领域中的离心泵结构，具体是离心泵的密封装置，安装在蜗壳与叶轮之间的间隙处，用于防止蜗壳与叶轮之间的流体泄漏。
背景技术
离心泵是一种典型的叶片式流体机械，其工作原理是通过原动机驱动叶轮旋转对流体做功，将机械能转化为流体的动能和压能，从而实现流体的输送。离心泵叶轮做功过程中不可避免地伴随着能量损失，能量损失主要分为三种类型：流动损失、容积损失和圆盘摩擦损失。其中，容积损失是指通过叶轮转动与壳体之间的泄露引起的流量损失，泄漏量与作用在间隙两端的压力差和间隙结构有关，因此要在发生泄露的位置设置密封装置。目前在蜗壳与叶轮之间常用的密封方式有两种：一是通过将口环与叶轮之间的泄露间隙设置在一个较小的范围；二是通过设置复杂的密封结构即采用迷宫密封，但是当间隙设置很小时磨损严重，稳定性就会变差，而过于复杂的密封结构也不利于加工和装配。
目前，为了解决减小间隙带来的磨损严重，装配困难等一系列问题，提出了可以在较大间隙下保证良好的密封性能的非接触式密封结构。例如中国专利申请号为201420065364.3的文献中提出了一种叶轮带有非接触密封功能的高效离心泵，在叶轮两侧延伸的环状叶轮密封环及泵体内置的与叶轮密封环相配的泵体耐磨环内表面加工螺纹，达到减少或阻止叶轮密封环径向间隙处产生的泄露，但是叶轮本身的加工工艺就比较复杂，在其密封环外表面加工螺纹除了会增加加工难度外，还会影响叶轮的水力性能；螺纹密封在使用过程中会产生磨损，一旦磨损过度就需要更换整个叶轮，这会增加维护成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种离心泵的径向密封环，该密封环采用圆柱型径向导流叶片产生与泄露方向相反的流动来阻止流体从蜗壳与叶轮间隙处流出，从而降低容积损失，提高离心泵的容积效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明装配在离心泵的蜗壳和叶轮之间，由圆盘和径向导流叶片组成，在圆盘的一侧盘面上沿圆周方向均匀固定布置多个径向导流叶片，每个径向导流叶片都是一块圆柱型板，圆柱型板的中心轴垂直于圆盘的盘面。
每个径向导流叶片的径向截面的轮廓线是以圆盘的内圈轮廓线的上任意一点为圆心，以R0为半径的圆弧线，圆弧线的半径R0为圆盘的内圈半径r的1.2～1.8倍，圆弧线的起点在圆盘的内圈轮廓线上，终点在圆盘的外圈的轮廓线上。
每个径向导流叶片切向上的厚度c为圆盘的内圈半径r的0.05～0.08倍、轴向上的高度h为圆盘的内圈半径r的0.15～0.2倍、出口安放角β为150°～160°。
圆盘固定连接在蜗壳上，径向导流叶片面朝叶轮且与叶轮的前盖板端面保持Δ＝0.5～1mm的轴向间隙。
圆盘的内圈半径r为叶轮进口处直径的二分之一、外圈半径R为半径r的1.5～2倍、轴向高度b为半径r的0.25～0.35倍。
径向导流叶片的数量为叶轮的叶片数的两倍减一个。
本发明的有益效果是：
1、本发明是基于径向导流机制的密封环，当离心泵叶轮旋转时，带动了叶轮和蜗壳之间的液体旋转，旋转液体在固定的径向的导流叶片的诱导下产生定向流动，诱导方向与叶轮和蜗壳之间泄露流体的运动方向相反，从而达到阻止流体从叶轮与蜗壳间隙处泄露的目的。与传统密封采用复杂结构和减小泄露间隙的方式相比，本发明采用带有圆柱型的径向导流叶片的密封环诱导泄露流体进行反向运动，将传统密封中的径向间隙转变为轴向间隙，能够在较大的轴向间隙即叶轮前盖板端面与圆盘不接触的情况下保证离心泵良好的密封性能，同时还具有实施方便，更换简单等优点。
2、本发明是一种非接触式的密封装置，采用径向导流方向，相当于将密封面设置在了径向，这种密封方式不仅增大了密封面，还通过径向导流叶片使得密封的性能得到提升。在同样的情况下，本发明能够保证密封环与叶轮轴向间隙Δ＝0.5～1mm时良好的密封性能，这样不但降低了加工和装配难度，在使用中也能够大大降低密封环的磨损，延长其使用寿命。而在同样的情况下，本发明最大间隙允许值要大于传统密封口环，可达传统密封口环间隙允许值的2～3倍，传统的密封口环名义直径在120～150mm时，口环与叶轮半径方向间隙的允许值为0.07～0.44mm，磨损后的最大允许值为0.6mm。
附图说明
图1是本发明所述的一种具有圆柱型导流叶片的离心泵径向密封环的立体结构示意图；
图2是图1所示本发明结构的主视放大图；
图3是图2的仰视图；
图4是图1所示本发明安装在离心泵上时与叶轮、蜗壳的装配结构半剖面图；
图5是图4中局部A的放大图；
图中：1.圆盘；2.径向导流叶片；3.沉头螺钉孔；4.蜗壳；5.叶轮。
具体实施方式
参见图1-2所示,本发明由圆盘1和径向导流叶片2组成，圆盘1的正中间开有中心通孔。在圆盘1的一侧盘面上沿圆周方向均匀固定布置多个径向导流叶片2，径向导流叶片2在圆盘1的盘面上沿轴向突出。每个径向导流叶片2都是一块圆柱型板，该圆柱型板的中心轴垂直于圆盘1的盘面。在圆盘1的盘面上加工若干个沉头螺钉孔3，用于固定圆盘1。
参见图4和图5，本发明安装在离心泵的蜗壳4和叶轮5之间，安装时要求圆盘1的中心轴与叶轮5的中心轴共线，通过沉头螺钉在沉头螺钉孔3处将圆盘1固定连接在蜗壳4上，径向导流叶片2面朝叶轮5，并且径向导流叶片2与叶轮5的前盖板端面保持Δ＝0.5～1mm的轴向安装间隙，径向导流叶片2与叶轮5的前盖板端面不接触。
圆盘1的内圈半径r根据叶轮5和蜗壳4的内径尺寸确定，内半径r为叶轮5进口处直径的二分之一，圆盘1的外圈半径R为内半径r的1.5～2倍，圆盘1的轴向上的高度b为半径r的0.25～0.35倍。
径向导流叶片2的数量根据叶轮5的叶片数确定，为叶轮5的叶片数的两倍减一个。
径向导流叶片2的径向截面的轮廓线是以圆盘1的内圈轮廓线的上任意一点为圆心，以R0为半径的圆弧线，且圆弧线的半径R0为半径r的1.2～1.8倍，圆弧线的起点在圆盘1的内圈轮廓线上，终点在圆盘1的外圈的轮廓线上。
每个径向导流叶片2的起点内端面和终点外端面都是圆弧面，每个径向导流叶片2的外端面与圆盘1的外圈平齐，共圆柱面；每个径向导流叶片2的内端面与圆盘1的内圈平齐，共圆柱面。
每个径向导流叶片2的切向上的厚度c为半径r的0.05～0.08倍，轴向上的高度h为半径r的0.15～0.2倍，每个径向导流叶片2的出口安放角β即叶片表面切线与圆盘1沿圆周顺时针方向切线间的夹角为150°～160°。
离心泵工作时，是通过原动机驱动叶轮5旋转对流体做功，将机械能转化为流体的动能和压能，从而实现流体的输送。在此过程中，大部分液体会从泵出口排除，但仍然会有一小部分液体从叶轮5与蜗壳4的间隙处流出，形成容积损失。因此在叶轮5和蜗壳4之间安装本发明来密封。叶轮5旋转时，带动了叶轮5和蜗壳4之间的液体旋转，旋转液体在固定的圆柱型径向导流叶片2的泵送下产生定向流动，泵送方向与叶轮5和蜗壳4之间泄露流体的运动方向相反，从而达到阻止流体从叶轮5与蜗壳4间隙处泄露，减小容积损失的目的。同时本发明在较大的轴向间隙Δ＝0.5～1mm即叶轮5前盖板端面与圆盘1不接触的情况下保证离心泵良好的密封性能。

Claims (6)

1.一种具有圆柱型导流叶片的离心泵径向密封环，装配在离心泵的蜗壳(4)和叶轮(5)之间，其特征是：由圆盘(1)和径向导流叶片(2)组成，在圆盘(1)的一侧盘面上沿圆周方向均匀固定布置多个径向导流叶片(2)，每个径向导流叶片(2)都是一块圆柱型板，圆柱型板的中心轴垂直于圆盘(1)的盘面。
2.根据权利要求1所述的一种具有圆柱型导流叶片的离心泵径向密封环，其特征是：每个径向导流叶片(2)的径向截面的轮廓线是以圆盘(1)的内圈轮廓线的上任意一点为圆心、以R0为半径的圆弧线，圆弧线的半径R0为圆盘(1)的内圈半径r的1.2～1.8倍，圆弧线的起点在圆盘(1)的内圈轮廓线上，终点在圆盘(1)的外圈的轮廓线上。
3.根据权利要求1所述的一种具有圆柱型导流叶片的离心泵径向密封环，其特征是：每个径向导流叶片(2)切向上的厚度c为圆盘(1)的内圈半径r的0.05～0.08倍、轴向上的高度h为半径r的0.15～0.2倍、出口安放角β为150°～160°。
4.根据权利要求1所述的一种具有圆柱型导流叶片的离心泵径向密封环，其特征是：圆盘(1)固定连接在蜗壳(4)上，径向导流叶片(2)面朝叶轮(5)且与叶轮(5)的前盖板端面具有0.5～1mm的轴向间隙。
5.根据权利要求1所述的一种具有圆柱型导流叶片的离心泵径向密封环，其特征是：圆盘(1)的内圈半径r为叶轮(5)进口处直径的二分之一、外圈半径R为半径r的1.5～2倍、轴向高度b为半径r的0.25～0.35倍。
6.根据权利要求1所述的一种具有圆柱型导流叶片的离心泵径向密封环，其特征是：径向导流叶片(2)的数量为叶轮(5)的叶片数的两倍减一个。
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