CN110345082B - 叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置及方法 - Google Patents

叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置：包括依次连接的滚珠丝杆机构、电机‑支撑车机构和离心泵机构；本发明还提供一种叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置的叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵使用方法，启动电机，电机的转轴通过联轴器带动次级叶轮轴转动，次级叶轮轴通过花键结构和花键槽结构带动首级叶轮轴转动，从而使得首级叶轮与次级叶轮转动，测得数据；改变时序角与跨距，再次测量数据。本发明在不拆装离心泵壳体的前提下可控的调节两个叶轮的时序角与跨距。

Description

叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置及方法
技术领域
本发明涉及离心泵技术领域，具体涉及一种叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置及方法。
背景技术
多级离心泵广泛应用于石油、化工、核电等重要工业领域的核心工位，其振动特性直接影响到机组及整个流程工艺的稳定运行。此类多级离心泵中，上游叶轮叶片布置情况及相邻两级的跨距直接影响下级叶轮入口流动状态，进而影响泵内的压力脉动特性、流体激振力特性及激振力作用下的转子系统振动特性。为降低这一作用的累积效应，实际加工及装配过程中，相邻两级叶轮将以某周向角度错位安装，又成为时序角。常规设计中，相邻两级的时序角及级间跨距均为固定值，装配完成后无法进行二次调节以降低机组的压力脉动及振动幅值。
因此，需要对现有技术进行改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置：包括依次连接的滚珠丝杆机构、电机-支撑车机构和离心泵机构；
所述滚珠丝杆机构包括丝杆固定基座、螺纹丝杆、轴承和滚子套，丝杆固定基座的数量为两个，螺纹丝杆穿过两个丝杆固定基座，滚子套套设在螺纹丝杆上且位于两个丝杆固定基座之间；
所述电机-支撑车机构包括电机、支撑车和固定板；固定板上沿着其长度方向设置有导轨，支撑车通过滚轮滑动设置在导轨上，通过螺钉固定于固定板上的螺母导槽，电机设置在在支撑车上；
所述螺纹丝杆一端与支撑车连接，丝杆固定基座设置在固定板上；
所述离心泵机构包括首级叶轮轴、次级叶轮轴、首级叶轮和次级叶轮，首级叶轮与次级叶轮分别设置在首级叶轮轴与次级叶轮轴上；首级叶轮轴末端设置有花键结构，次级叶轮轴首端设置有花键槽结构并且与首级叶轮轴上的花键结构配合使用；
所述次级叶轮轴尾端通过联轴器与电机的转轴连接，所述联轴器包括相互连接的主动轴联轴器和从动轴联轴器，次级叶轮轴尾端插入动轴联轴器中，电机的转轴插入主动轴联轴器中。
作为对本发明叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置的改进：
所述螺纹丝杆和丝杆固定基座之间设置有轴承，滚子套与螺纹丝杆之间设置有滚珠。
作为对本发明叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置的进一步改进：
所述从动轴联轴器周向均匀分布三个圆孔，主动轴联轴器周向均匀分布着至少三个圆孔，从动轴联轴器的圆孔通过联轴器螺母与主动轴联轴器的圆孔连接；
所述主动轴联轴器、从动轴联轴器的侧壁上均设置有供圆柱销穿过的销孔，次级叶轮轴尾端与电机的转轴上均设置有销孔；
圆柱销的数量为两个，一个圆柱销穿过次级叶轮轴尾端和主动轴联轴器的销孔固定两者，另一个圆柱销穿过电机的转轴和从动轴联轴器的销孔固定两者。
作为对本发明叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置的进一步改进：
所述固定板上沿着其长度方向设置有螺母导槽，螺母导槽中设置有固定板螺母，支撑车底部设置有螺孔，螺钉穿过支撑车的螺孔后伸入螺母导槽中与固定板螺母连接。
本发明还提供一种叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置的叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵使用方法，包括以下步骤：
S1、启动电机，电机的转轴通过联轴器带动次级叶轮轴转动，次级叶轮轴通过花键结构和花键槽结构带动首级叶轮轴转动，从而使得首级叶轮与次级叶轮转动，测得数据；
S2、改变时序角与跨距，再次测量数据。
作为对本发明叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵使用方法的改进：
改变跨距包括以下步骤：
S21、拧松螺钉，转动滚子套，使得螺纹丝杆轴向运动从而拉动或推动支撑车沿着导轨移动；
S22、支撑车上的电机的转轴通过联轴器带动次级叶轮轴共同轴向运动，首级叶轮轴的花键结构伸入次级叶轮轴的花键槽结构中的长度改变，从而使得首级叶轮与次级叶轮之间的跨距发生变化，将螺钉拧紧，限制支撑车的移动。
作为对本发明叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵使用方法的进一步改进：
改变时序角包括以下步骤：
S201、拧松螺钉，转动滚子套，使得螺纹丝杆轴向运动从而拉动支撑车沿着导轨移动；
S202、支撑车上的电机的转轴通过联轴器带动次级叶轮轴共同轴向运动，首级叶轮轴的花键结构与次级叶轮轴的花键槽结构分离；
S203、取下主动轴联轴器与次级叶轮轴之间的圆柱销，使得主动轴联轴器与次级叶轮轴分离；
S204、取下联轴器螺母，手动将主动轴联轴器转动一定角度，从而改变次级叶轮相对于首级叶轮的角度；
S205、然后重新安装联轴器螺母，固定主动轴联轴器和从动轴联轴器；转动滚子套，使得螺纹丝杆轴向运动从而推动支撑车沿着导轨移动；支撑车上的电机的转轴通过联轴器带动次级叶轮轴共同轴向运动，首级叶轮轴的花键结构伸入次级叶轮轴的花键槽结构中，将螺钉拧紧，限制支撑车的移动。
本发明叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置及方法的技术优势为：
本发明的目的就是为了在不拆装离心泵壳体的前提下可控的调节两个叶轮的时序角与跨距。
本发明的优点在于：
1、在变化叶轮时序角与叶轮跨距的大小的时候不需要拆装离心泵壳体，只需要拆装外部的螺钉；
2、与手动调距相比，采用滚珠丝杆机构来调节轴向距离具有很高的精确性，并且能对轴向距离微调；
3、可以直观的看出时序性位置对叶轮激励振动的影响。
4、可以较大程度的保证两次实验之间除了实验变量之外的影响因素保持不变。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置的结构示意图；
图2为图1中二级离心泵机构3的结构示意图；
图3为图1中滚珠丝杆机构1的结构示意图；
图4为图1中电机-支撑车机构机构2的结构示意图；
图5为图1中联轴器4的结构示意图；
图6为图2中首级叶轮轴3a的结构示意图；
图7为图2中次级叶轮轴3b的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1、叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置及方法，如图1-7所示，包括依次连接的滚珠丝杆机构1、电机-支撑车机构2和离心泵机构3。
滚珠丝杆机构1包括两个丝杆固定基座1a、一根螺纹丝杆1b、两个轴承1c和一个滚子套1d以及若干滚珠1e，丝杆固定基座1a上设置有通孔，螺纹丝杆1b穿过丝杆固定基座1a的通孔且两者之间设置有轴承1c，滚子套1d套设在螺纹丝杆1b上且位于两个丝杆固定基座1a之间，滚子套1d内设置有滚珠1e，螺纹丝杆1b上设置有与滚子套1d配合使用的螺纹槽。两个丝杆固定基座1a限制滚子套1d的轴向移动，只保留了其转动的自由度。
电机-支撑车机构2包括电机2a、支撑车2b和固定板2c；固定板2c上沿着其长度方向设置有导轨2c1和螺母导槽2c2，支撑车2b通过滚轮滑动设置在导轨2c1上，支撑车2b底部还设置有螺孔，螺钉2e穿过支撑车2b的螺孔后可以伸入螺母导槽2c2中与固定板螺母2c3连接(固定板螺母2c3位于螺母导槽2c2中)，通过螺钉2e固定于固定板2c上的螺母导槽2c2，限制支撑车2b的移动。电机2a通过螺纹连接固定在支撑车2b上。
螺纹丝杆1b的一端与电机-支撑车机构2固结在一起，螺纹丝杆1b首端与支撑车2b固定在一起，使得螺纹丝杆1b只存在一个轴向移动的自由度。通过转动滚子套1d，将圆周运动转化为轴向的直线运动，精确的控制支撑车2b的轴向移动距离。丝杆固定基座1a通过螺纹孔固定在固定板2c上。
离心泵机构3由首级叶轮轴3a、次级叶轮轴3b、首级叶轮3c、次级叶轮3d以及花键机构3e组成，首级叶轮3c与次级叶轮3d分别固定在首级叶轮轴3a与次级叶轮轴3b上。首级叶轮轴3a末端带有花键结构3a1，次级叶轮轴3b首端具有花键槽结构3b1并且与首级叶轮轴3a上的花键结构3a1相匹配，花键结构3a1和花键槽结构3b1组合形成花键机构3e，其中键槽数目为N，其中N＝(3、6、9、12、15、18、21…)；
次级叶轮轴3b尾端通过联轴器4与电机2a的转轴连接。联轴器4包括主动轴联轴器4a、从动轴联轴器4b、联轴器螺母4c与两个圆柱销4e，从动轴联轴器4b与主动轴联轴器4a通过三个联轴器螺母4c连接在一起。从动轴联轴器4b周向均匀分布3个圆孔4d，主动轴联轴器4a周向均匀分布着n个圆孔4d，从动轴联轴器4b的三个圆孔4d分别通过三个联轴器螺母4c与主动轴联轴器4a的其中三个圆孔4d固定连接。次级叶轮轴3b尾端插入动轴联轴器4b中啮合，电机2a的转轴插入主动轴联轴器4a啮合。主动轴联轴器4a、从动轴联轴器4b的侧壁上均设置有供圆柱销4e穿过的销孔，次级叶轮轴3b尾端与电机2a的转轴上也设置有相应的销孔，一个圆柱销4e穿过次级叶轮轴3b尾端和主动轴联轴器4a的销孔固定两者，另一个圆柱销4e穿过电机2a的转轴和从动轴联轴器4b的销孔固定两者，次级叶轮轴3b与电机2a的转轴通过圆柱销4e限制两者之间的轴向运动。
1、滚子套1d只存在一个方向的转动自由度，其在转动过程中通过内部的滚珠1e对螺纹槽产生一个轴向力，使得螺纹丝杆1b轴向运动拉动(推动)支撑车2b沿着导轨2c1移动。滚子套1d每转过m圈，螺纹丝杆1b运动的轴向为:
l＝m*p
l:轴向距离
p:螺距
p越小，精度越高。
2、电机-支撑车机构2在移动的过程中，次级叶轮轴3b也会随之移动，首级叶轮轴3a的花键结构3a1伸入次级叶轮轴3b的花键槽结构3b1中的长度改变，从而使得两个叶轮之间的跨距发生变化。
3、当电机-支撑车机构2移动一定的距离时，首级叶轮轴3a与次级叶轮轴3b分离(花键结构3a1从花键槽结构3b1中移动出来)，此时将联轴器4取下，手动将次级叶轮轴3b转动一定角度后重新联接，从动轴联轴器4b均匀分布3个圆孔4d，主动轴联轴器4a均匀分布着n个圆孔4d，每转过一个圆孔4d所转过的角度为：
α＝360/n
随着n的增大，叶轮时序角变化时的精度越高。
4、叶轮时序角改变后，通过固定件将主动轴联轴器4a和从动轴联轴器4b固定；转动滚子套1d，使首级叶轮轴3a、次级叶轮轴3b达到预设的位置(使得螺纹丝杆1b轴向运动拉动(推动)支撑车2b沿着导轨2c1移动，次级叶轮轴3b也会随之移动，首级叶轮轴3a的花键结构3a1伸入次级叶轮轴3b的花键槽结构3b1中的长度改变，从而使得两个叶轮之间的跨距发生变化)；接着通过螺钉2e将支撑车2b固定在固定板2c。
本发明的具体步骤包括：
S1、启动电机2a，电机2a的转轴通过联轴器4带动次级叶轮轴3b转动，次级叶轮轴3b通过花键结构3a1和花键槽结构3b1带动首级叶轮轴3a转动，从而使得首级叶轮3c与次级叶轮3d转动，测得数据；
S2、改变时序角与跨距，再次测量数据。
在改变跨距时，包括以下步骤：
S21、拧松螺钉2e，使得支撑车2b可以沿着导轨2c1方向移动，转动滚子套1d，使得螺纹丝杆1b轴向运动从而拉动或推动支撑车2b沿着导轨2c1移动；
S22、支撑车2b上的电机2a的转轴通过联轴器4带动次级叶轮轴3b共同轴向运动，首级叶轮轴3a的花键结构3a1伸入次级叶轮轴3b的花键槽结构3b1中的长度改变，从而使得首级叶轮3c与次级叶轮3d之间的跨距发生变化，将螺钉2e拧紧，限制支撑车2b的移动。
在改变时序角时，包括以下步骤：
S201、拧松螺钉2e，转动滚子套1d，使得螺纹丝杆1b轴向运动从而拉动支撑车2b沿着导轨2c1移动；
S202、支撑车2b上的电机2a的转轴通过联轴器4带动次级叶轮轴3b共同轴向运动，首级叶轮轴3a的花键结构3a1与次级叶轮轴3b的花键槽结构3b1分离；
S203、取下主动轴联轴器4a与次级叶轮轴3之间的圆柱销4e，使得主动轴联轴器4a与次级叶轮轴3b分离；
S204、取下联轴器螺母4c，手动将主动轴联轴器4a转动一定角度(从动轴联轴器4b不动，在从动轴联轴器4b上转动主动轴联轴器4a)，从而改变次级叶轮轴3b和次级叶轮3d相对于首级叶轮轴3a和首级叶轮3c的角度；
S205、然后重新安装联轴器螺母4c，固定主动轴联轴器4a和从动轴联轴器4b；转动滚子套1d，使得螺纹丝杆1b轴向运动从而推动支撑车2b沿着导轨2c1移动；支撑车2b上的电机2a的转轴通过联轴器4带动次级叶轮轴3b共同轴向运动，首级叶轮轴3a的花键结构3a1伸入次级叶轮轴3b的花键槽结构3b1中，将螺钉2e拧紧，限制支撑车2b的移动。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置，时序角由相邻两级叶轮将以某周向角度错位安装形成，其特征在于：包括依次连接的滚珠丝杆机构(1)、电机-支撑车机构(2)和离心泵机构(3)；
所述滚珠丝杆机构(1)包括丝杆固定基座(1a)、螺纹丝杆(1b)、轴承(1c)和滚子套(1d)，丝杆固定基座(1a)的数量为两个，螺纹丝杆(1b)穿过两个丝杆固定基座(1a)，滚子套(1d)套设在螺纹丝杆(1b)上且位于两个丝杆固定基座(1a)之间；
所述电机-支撑车机构(2)包括电机(2a)、支撑车(2b)和固定板(2c)；固定板(2c)上沿着其长度方向设置有导轨(2c1)，支撑车(2b)通过滚轮滑动设置在导轨(2c1)上，通过螺钉(2e)固定于固定板(2c)上的螺母导槽(2c2)，电机(2a)设置在支撑车(2b)上；
所述螺纹丝杆(1b)一端与支撑车(2b)连接，丝杆固定基座(1a)设置在固定板(2c)上；
所述离心泵机构(3)包括首级叶轮轴(3a)、次级叶轮轴(3b)、首级叶轮(3c)和次级叶轮(3d)，首级叶轮(3c)与次级叶轮(3d)分别设置在首级叶轮轴(3a)与次级叶轮轴(3b)上；首级叶轮轴(3a)末端设置有花键结构(3a1)，次级叶轮轴(3b)首端设置有花键槽结构(3b1)并且与首级叶轮轴(3a)上的花键结构(3a1)配合使用；
所述次级叶轮轴(3b)尾端通过联轴器(4)与电机(2a)的转轴连接，所述联轴器(4)包括相互连接的主动轴联轴器(4a)和从动轴联轴器(4b)，次级叶轮轴(3b)尾端插入动轴联轴器(4b)中，电机(2a)的转轴插入主动轴联轴器(4a)中；
所述螺纹丝杆(1b)和丝杆固定基座(1a)之间设置有轴承(1c)，滚子套(1d)与螺纹丝杆(1b)之间设置有滚珠(1e)；
所述从动轴联轴器(4b)周向均匀分布三个圆孔(4d)，主动轴联轴器(4a)周向均匀分布着至少三个圆孔(4d)，从动轴联轴器(4b)的圆孔(4d)通过联轴器螺母(4c)与主动轴联轴器(4a)的圆孔(4d)连接；
所述主动轴联轴器(4a)、从动轴联轴器(4b)的侧壁上均设置有供圆柱销(4e)穿过的销孔，次级叶轮轴(3b)尾端与电机(2a)的转轴上均设置有销孔；
圆柱销(4e)的数量为两个，一个圆柱销(4e)穿过次级叶轮轴(3b)尾端和主动轴联轴器(4a)的销孔固定两者，另一个圆柱销(4e)穿过电机(2a)的转轴和从动轴联轴器(4b)的销孔固定两者。
2.根据权利要求1所述的叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置，其特征在于：
所述固定板(2c)上沿着其长度方向设置有螺母导槽(2c2)，螺母导槽(2c2)中设置有固定板螺母(2c3)，支撑车(2b)底部设置有螺孔，螺钉(2e)穿过支撑车(2b)的螺孔后伸入螺母导槽(2c2)中与固定板螺母(2c3)连接。
3.利用如权利要求1或2所述的叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵装置的叶轮时序角与跨距可调的两级离心泵使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、启动电机(2a)，电机(2a)的转轴通过联轴器(4)带动次级叶轮轴(3b)转动，次级叶轮轴(3b)通过花键结构(3a1)和花键槽结构(3b1)带动首级叶轮轴(3a)转动，从而使得首级叶轮(3c)与次级叶轮(3d)转动，测得数据；
S2、改变时序角与跨距，再次测量数据；
改变跨距包括以下步骤：
S21、拧松螺钉(2e)，转动滚子套(1d)，使得螺纹丝杆(1b)轴向运动从而拉动或推动支撑车(2b)沿着导轨(2c1)移动；
S22、支撑车(2b)上的电机(2a)的转轴通过联轴器(4)带动次级叶轮轴(3b)共同轴向运动，首级叶轮轴(3a)的花键结构(3a1)伸入次级叶轮轴(3b)的花键槽结构(3b1)中的长度改变，从而使得首级叶轮(3c)与次级叶轮(3d)之间的跨距发生变化，将螺钉(2e)拧紧，限制支撑车(2b)的移动；
改变时序角包括以下步骤：
S201、拧松螺钉(2e)，转动滚子套(1d)，使得螺纹丝杆(1b)轴向运动从而拉动支撑车(2b)沿着导轨(2c1)移动；
S202、支撑车(2b)上的电机(2a)的转轴通过联轴器(4)带动次级叶轮轴(3b)共同轴向运动，首级叶轮轴(3a)的花键结构(3a1)与次级叶轮轴(3b)的花键槽结构(3b1)分离；
S203、取下主动轴联轴器(4a)与次级叶轮轴(3b)之间的圆柱销(4e)，使得主动轴联轴器(4a)与次级叶轮轴(3b)分离；
S204、取下联轴器螺母(4c)，手动将主动轴联轴器(4a)转动一定角度，从而改变次级叶轮(3d)相对于首级叶轮(3c)的角度；
S205、然后重新安装联轴器螺母(4c)，固定主动轴联轴器(4a)和从动轴联轴器(4b)；转动滚子套(1d)，使得螺纹丝杆(1b)轴向运动从而推动支撑车(2b)沿着导轨(2c1)移动；支撑车(2b)上的电机(2a)的转轴通过联轴器(4)带动次级叶轮轴(3b)共同轴向运动，首级叶轮轴(3a)的花键结构(3a1)伸入次级叶轮轴(3b)的花键槽结构(3b1)中，将螺钉(2e)拧紧，限制支撑车(2b)的移动。
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