CN110145494A - 一种能够平衡离心泵轴向力的泵壳 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能够平衡离心泵轴向力的泵壳，包括泵壳，所述泵壳的前泵腔内表面正对叶轮前盖板处安装有若干块弧形凸状块，所述弧形凸状块的横截断面轮廓线为光滑凸状曲线，所述光滑凸状曲线的凸起区域顶部为一条与所述叶轮前盖板母线平行的弧线，所述弧形凸状块的凸起区域顶部与所述叶轮前盖板之间留有间隙。本发明的泵壳可以保证在泵的整个生命周期内，轴向力得到稳定地降低。
Description
技术领域
本发明涉及离心泵技术领域，具体涉及一种可以平衡离心泵轴向力的泵壳。
背景技术
离心泵属于通用机械，在农业灌溉、给排水、冶金化工以及军工航空等领域应用广泛。因此对于提高离心泵运行的稳定性及泵的使用寿命，就显得十分重要。
叶轮轴向力的克服一直以来是在离心泵设计过程中不可忽视的问题，尤其是在单级端吸离心泵和多级离心泵领域，轴向力成为影响泵寿命的重要因素。叶轮轴向力主要包括：叶轮前后盖板不对称产生的轴向力、轴端等结构引起的轴向力、动反力以及其他影响轴向力的因素。其中叶轮前后盖板不对称产生的轴向力为主要成分，方向指向叶轮的进口处。
一般情况下，平衡轴向力的方法中常用的有叶轮设置平衡孔、平衡盘等。平衡孔只能部分降低轴向力，更多还是需要依靠轴承来承担剩下的轴向力，泵领域常用的深沟球轴承虽可以承担一部分轴向力，但这个力不能过大，否者会降低轴承的使用寿命。平衡盘的工作原理是通过平衡盘与平衡盘座之间的间隙，来自动调整平衡力的大小，达到平衡轴向力的目的；但是该设计不仅使泵的结构复杂化，而且在实际运行中由于平衡盘和平衡盘座的相互磨损，会严重影响到泵运行的稳定性和安全性。
发明内容
本发明主要针对现有离心泵运行时轴向力过大的问题，提供一种能够平衡离心泵轴向力的泵壳。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种能够平衡离心泵轴向力的泵壳，包括泵壳，所述泵壳的前泵腔内表面正对叶轮前盖板处安装有若干块弧形凸状块，所述弧形凸状块的横截断面轮廓线为光滑凸状曲线，所述光滑凸状曲线的凸起区域顶部为一条与所述叶轮前盖板母线平行的弧线，所述弧形凸状块的凸起区域顶部与所述叶轮前盖板之间留有间隙。
上述方案中，所述弧形凸状块的凸起区域顶部与所述叶轮前盖板之间的间隙最小距离为1mm。
上述方案中，所述弧形凸状块和所述前泵腔内表面之间为可拆卸连接。
上述方案中，所述弧形凸状块上开设有螺栓孔，所述前泵腔内表面和所述弧形凸状块之间通过内六角螺栓可拆卸连接。
上述方案中，所述弧形凸状块的材料硬度低于叶轮前盖板的材料硬度。
本发明的有益效果：（1）结构简单，仅需要在泵壳的前泵腔按照需求安装适当数量的弧形凸状块，而不需要其他附加的结构，如平衡盘、平衡盘座等，即可以显著的降低叶轮所受轴向力。（2）由于叶轮在旋转过程中与弧形凸起形成的液膜区域为高压区域，且液膜厚度越小，压力越高，高压力作用于叶轮前盖板，在降低叶轮轴向力的同时，还可以有效地降低叶轮的轴向、径向的窜动。（3）弧形凸状块材料硬度相比于叶轮材料较软，可以有效地防止叶轮的磨损，将可能产生的磨损转移至弧形凸状块，而弧形凸状块通过螺栓连接可以很方便的进行更换。（4）这样的设计可以保证在泵的整个生命周期内，轴向力得到稳定地降低。
附图说明
图1为水润滑轴承薄膜润滑原理示意图。
图2为现有的离心泵泵壳体外形示意图。
图3为图2中A-A向剖视图。
图4为叶轮前盖板与弧形凸状块的安装示意图。
图5为弧形凸状块的外形示意图。
图6为改进后的泵内部叶轮与弧形凸状块安装剖面示意图。
图7为改进后的泵壳内部与弧形凸状块相对位置三维示意图。
图8为调整前叶轮前盖板表面压力云图。
图9为调整后叶轮前盖板表面压力云图。
附图标记：1.轴套，2.轴，3.收缩区域，4.扩散区域，5.水，6.泵体，7.螺栓孔，8.弧形凸状块，9.内六角螺栓，10.前泵腔内表面，11.叶轮，12.叶轮前盖板，13. 叶轮进口端。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的灵感来源于如图1所示的水润滑轴承薄膜润滑原理示意图，图中，O’轴套轴心，O转轴轴心，W外部载荷，e转轴偏心距，R转轴半径，ω转轴旋转角速度。水润滑轴承在轴高速运转过程中，由于水具有粘性，随着轴的旋转，会逐渐挤压形成高压收缩区域，收缩区域内增大的流体压力通过一层液膜将轴承与转子分离开来，与作用在转子上的外部载荷相平衡，在该区域的流体特性保持不变。
根据水润滑轴承润滑膜的产生机理，本实施例对现有的离心泵泵壳（如图2和图3所示）进行改造， 图4所示为一台改进后的单极端吸卧式离心泵的泵壳6与弧形凸状块的安装示意图，在泵壳6的前泵腔内表面10每隔60°加工两个螺栓孔，螺栓孔的尺寸与之后用于安装固定弧形凸状块8的内六角螺栓9匹配。如图5所示，弧形凸状块8的横截断面轮廓线为光滑凸状曲线，凸起区域顶部为一条与叶轮前盖板12母线平行的弧线，块的左右两部分各加工有螺栓孔7，螺栓孔的形式为埋孔。每个弧形凸状块按照图6和图7所示的安装方式，通过内六角螺栓安装在泵壳的前泵腔内表面10上，其中每个弧形凸状块8的横截断面轮廓线为光滑凸状曲线，光滑凸状曲线的凸起区域顶部为一条与叶轮11上安装的叶轮前盖板12母线平行的弧线。在安装完弧形凸状块8之后，开始安装叶轮10，待整台泵装配完成后，叶轮前盖板11与弧形凸状块8之间的相对位置的最小距离为1mm。在泵高速运转的过程中，由于水具有粘性，使得在叶轮旋转过程中，泵壳的前泵腔内表面10与叶轮前盖板12之间形成类似于水润滑轴承薄膜润滑原理中涉及的渐缩渐扩区域，渐缩区域内的高压作用于叶轮前盖板12可以显著地降低叶轮11所受指向叶轮进口端13的轴向力。
借助ANSYS CFX软件对本实施例中涉及的泵内部的流场进行模拟，可以帮助我们分析本实施例中涉及的弧形凸状块安装后的实际技术效果，图7所示为未安装弧形凸状块时叶轮前盖板表面压力云图，图8为安装弧形凸状块后叶轮前盖板表面压力云图，对比两张云图可以发现，安装弧形凸状块后叶轮前盖板表面压力增加明显，通过模拟计算得到叶轮所受轴向力由151.3N降低至13.1N，方向指向叶轮进口。
在泵开启至达到稳定转速的期间，由于泵的转速较低，叶轮前盖板12与弧形凸状块8之间无法形成稳定的高压液膜，所以叶轮前盖板12与弧形凸状块8之间容易产生接触，导致叶轮前盖板12的磨损。为了解决这一问题，本发明中弧形凸状块8采用硬度低于叶轮前盖板12的材料，如铜等，以防止叶轮前盖板12因磨损而影响叶轮的工作性能。而弧形凸状块8由于通过内六角螺栓9稳固地安装在泵壳的前泵腔内表面10，可以方便更换，同时还可以根据特殊工况需要调整弧形凸状块8的数量和布置方式，使得轴向力得到合理的降低，并保证泵能平稳运行。
Claims (5)
1.一种能够平衡离心泵轴向力的泵壳，包括泵壳，其特征在于，所述泵壳的前泵腔内表面（10）正对叶轮前盖板（12）处安装有若干块弧形凸状块（8），所述弧形凸状块（8）的横截断面轮廓线为光滑凸状曲线，所述光滑凸状曲线的凸起区域顶部为一条与所述叶轮前盖板（12）母线平行的弧线，所述弧形凸状块（8）的凸起区域顶部与所述叶轮前盖板（12）之间留有间隙。
2.根据权利要求1所述的一种能够平衡离心泵轴向力的泵壳，其特征在于，所述弧形凸状块（8）的凸起区域顶部与所述叶轮前盖板（12）之间的间隙最小距离为1mm。
3.根据权利要求1所述的一种能够平衡离心泵轴向力的泵壳，其特征在于，所述弧形凸状块（8）和所述前泵腔内表面（10）之间为可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的一种能够平衡离心泵轴向力的泵壳，其特征在于，所述弧形凸状块（8）上开设有螺栓孔（7），所述前泵腔内表面（10）和所述弧形凸状块（8）之间通过内六角螺栓（9）可拆卸连接。
5.根据权利要求3或4所述的一种能够平衡离心泵轴向力的泵壳，其特征在于，所述弧形凸状块（8）的材料硬度低于叶轮前盖板（12）的材料硬度。
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