CN112392774B - 带有轴向力平衡管结构的低噪声屏蔽泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有轴向力平衡管结构的低噪声屏蔽泵,包括转子部件、循环管、平衡管、隔区盘,转子部件依次穿过泵体、泵盖、电机壳并通过轴承进行旋转支撑,泵体、泵盖、电机壳相互之间通过紧固件固定,电机壳尾部壁面以及泵体出口端侧壁上开设通孔并使用循环管连接起来。转子部件包括主轴、叶轮和平衡组件,主轴通过轴承支撑安装在泵体、泵盖、电机壳的中轴线上,叶轮安装在主轴上并位于泵体内,平衡组件安装在主轴上并位于电机壳内,电机壳内安装有静止的隔区盘,隔区盘与平衡组件在主轴轴向上重合且将电机壳内分隔为两个区域,其中一个区域通过循环管连接至泵体出口端、另一个区域通过平衡管连接至泵体进口端。
Description
本申请是分案申请,原申请申请日:2019-12-13,申请号:201911279696.5,发明创造名称:一种带有轴向力平衡管结构的低噪声屏蔽泵。
技术领域
本发明涉及屏蔽泵领域,具体是一种带有轴向力平衡管结构的低噪声屏蔽泵。
背景技术
屏蔽泵是离心泵的一种,常常被用于输送高危有毒有害的介质,因为这些介质需要输送装置完全无泄漏,常规离心泵由于电机的外置,需要通过联轴器等部件进行主轴连接,所以势必存在动密封,而动密封即使再高级的机械密封,也不能做到完全的无泄漏。屏蔽泵由于电机内置,所以,没有动密封的存在,其余的静密封在不是特高压的情况下可以做到零泄漏,从而实现屏蔽泵的完全无泄漏。
屏蔽泵由于需要将液体引流进电机内部,其轴承常常采用石墨材质的滑动轴承,由于转动部件的轴向力,滑动轴承的磨损是一个最常见的故障。
现有技术中,轴向力通常通过叶轮上开设平衡孔来进行平衡,平衡孔的开设导致高低压区的泄漏较大,影响泵效率,而且平衡不完善,转动部件受到轴向扰动时,也没有相应结构进行平衡与复位,全靠轴承处进行硬抗,进一步降低滑动轴承的寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有轴向力平衡管结构的低噪声屏蔽泵,以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种带有轴向力平衡管结构的低噪声屏蔽泵,包括转子部件、泵体、泵盖、电机壳、轴承,转子部件依次穿过泵体、泵盖、电机壳并通过轴承进行旋转支撑,泵体、泵盖、电机壳相互之间通过紧固件固定,屏蔽泵还包括循环管,电机壳尾部壁面以及泵体出口端侧壁上开设通孔并使用循环管连接起来。
转子部件包括叶轮,叶轮在泵体中旋转进行做功,做功原理同一般的离心泵,屏蔽泵相比于一般的离心泵,其叶轮出口端与电机内部是连通的,泵盖、电机壳依次连接、相互紧固形成屏蔽泵主要的静止部件形成一个完整整体,轴承支撑起转子部件,通过设置循环管,将部分泵体出口处的高压液体回流进电机壳内,反流往叶轮背面再汇同叶轮出口处液体流往泵体出口,循环流量与泵体出口压力、叶轮背面压力、循环通路上的流程阻力相关,但流量总是存在的,循环流动的介质可以充分带走电机壳内的定转子做功产生的热量,改善屏蔽泵的散热条件,屏蔽泵常常用作泵送一些高危易燃易爆的介质,所以输送温度应当要有严格的控制,相比于在电机壳外表设置散热片等传统散热措施,通过循环管流动起来的介质可以充分冷却电机,防止从叶轮背面流动过来的介质积聚在电机内部形成流动死区,从而热量累积造成安全隐患。
进一步的,屏蔽泵还包括平衡管、隔区盘,转子部件包括主轴、叶轮和平衡组件,主轴通过轴承支撑安装在泵体、泵盖、电机壳的中轴线上,叶轮安装在主轴上并位于泵体内,平衡组件安装在主轴上并位于电机壳内,电机壳内安装有静止的隔区盘,隔区盘与平衡组件在主轴轴向上重合且将电机壳内分隔为两个区域,其中一个区域通过循环管连接至泵体出口端、另一个区域通过平衡管连接至泵体进口端。
屏蔽泵的轴承磨损是一个普遍存在的问题,转子部件上存在轴向力是引起磨损的主要因素,本发明设置平衡组件,配合平衡管、隔区盘实现转子部件的轴向力平衡,具体原理是:平衡组件一侧为连接叶轮背面、泵体出口端的高压区,一侧为连接屏蔽泵进口端的低压区,高压区与低压区在平衡组件上产生的压差背向叶轮,而在叶轮处由于前后背板的压力差其轴向力是指向叶轮的,此两种力相互抵消,完成轴向力的平衡过程,隔区盘是安装在电机壳内的静止件,与平衡组件相对应,由于一静一动,存在相应间隙防止磨损发生,由于平衡组件是要平衡叶轮处前后背板的差压所生成的轴向力,从屏蔽泵进口引流可以方便平衡组件的大小计算,主要关系是:平衡组件的压差作用面积近似等于叶轮进口面积减去叶轮轮毂面积。高压区与低压区各自从其引流处到达平衡组件的压降,平衡组件的压差作用面积需要进行相应的些微调整。
进一步的,平衡组件包括调隙块和调隙盘,调隙块和调隙盘分别套设在主轴上并轴向抵紧,调隙块比调隙盘靠近叶轮,调隙块与隔区盘具有圆锥形的相面对的斜面,圆锥斜面的大径端朝向叶轮,调隙块与隔区盘的相面对斜面存有间隙;调隙盘与隔区盘具有沿主轴轴线径向的间隙。
调隙块与隔区盘相面对存留一个间隙,调隙盘与隔区盘相面对存留一个间隙,两个间隙之间留出第三个压力区(中间区),设置一个中间区可以达到轴向力的微小自适应调节,当转子部件受到轴向力而轴向窜动一定距离时,以远离泵体窜动为例:调隙块与隔区盘之间的斜面间隙减小,而调隙盘与隔区盘之间的竖直面间隙增大,从而中间区压强增大,中间区对于调隙盘的压力减小,调隙盘向右运动的驱动力变小,当调隙块与隔区盘之间的斜面间隙减低至非常小的时候,中间区的压强近似等于低压区处压强,从而平衡组件不再提供向右的平衡力,叶轮处的前后背板差压使得转子部件具有向左轴向力,促使转子部件复位;当转子部件受到扰动而向左窜动时:调隙盘与隔区盘的间隙减小而调隙块与隔区盘的间隙增大,从而中间区压强升高,中间区升高的压强为调隙盘提供更大的向右压力,抵抗向左的运动趋势直至转子部件消除扰动并复位。
进一步的,调隙盘上紧邻隔区盘的间隙处表面为泄压面,泄压面上设有鼓液槽,鼓液槽的鼓液方向为从泄压面径向两侧往泄压面中间部位鼓送。叶轮受到压差所产生的轴向力是向左的,所以,如果平衡组件由于间隙设置不合理或者其他因素造成平衡功能丧失的话,转子组件是具有向左的窜动趋势的,为防止泄压面撞上隔区盘,所以在泄压面上设置鼓液槽,当调隙盘与隔区盘靠的非常近时,鼓液槽鼓动其一端连接区域的液体送往间隙中防止间隙进一步闭合,从而避免调隙盘与隔区盘发生撞击。
进一步的,鼓液槽为弧形,鼓液槽一端连接泄压面外缘、一端连接泄压面中间部位,位于泄压面外缘处的鼓液槽端部为切向,位于泄压面中间部位处的鼓液槽端部为径向。鼓液槽是将液体加压并填充在调隙盘与隔区盘之间的间隙中的,所以,如果是将中间区区域的液体加压填充进间隙,那么中间区往低压区区域的流量会增大,低压区区域通往屏蔽泵进口,所以平衡组件处的泄漏流量较大的话,屏蔽泵整体的流量损失也就增大,整机效率降低;而鼓液槽是将外缘的液体鼓送进间隙,即是将低压区区域的液体加压填补间隙,间隙内液体与中间区区域液体压强接近,从而泄漏小,平衡组件处的流量损失小,整体效率不受影响。
进一步的,屏蔽泵还包括加长段和诱导轮,加长段通过紧固件安装于泵体进口,诱导轮通过紧固件安装在主轴上并紧挨叶轮进口端。
屏蔽泵输送的介质如前述常常是易燃易爆高危的液体,要求零泄漏才出现的无动密封的屏蔽泵结构,而这类介质有些是较为容易汽化的,所以屏蔽泵的汽蚀性能应当可靠保证,加入诱导轮后,汽蚀性能大大改善,防止介质在叶轮入口发生汽化并造成安全隐患与危害。加长段容置诱导轮。
进一步的,转子部件还包括口环,口环安装在叶轮进口的外表面,口环外表面设有螺纹。
口环是离心形式泵在叶轮进口处常用的防磨损部件,其按设置位置不同分为固定在叶轮上的动口环和与泵体相固定的静口环,本发明使用动口环结构,口环与泵体之间存留比常规间隙稍小的间隙,口环上再设置相应的螺纹用于鼓送,鼓送方向是朝向泵体的泵腔,具体的螺纹方向是:当叶轮由进口端看是顺时针旋转时,螺纹的旋向为左旋,螺纹跟随叶轮旋转,螺纹牙槽内推送周围液体使其朝向泵腔内流动,抵抗从泵腔往泵体进口的泄漏,降低屏蔽泵的流量损失,提高整机效率。
进一步的,螺纹为细牙矩形螺纹。细牙螺纹具有较短的螺距,矩形的牙槽更大,液体推送性能更好。
进一步的,转子部件还包括轴承套,轴承为滑动轴承,轴承套套设在主轴上并与主轴传动连接,轴承套外表抵触轴承。由于屏蔽泵内流场的特殊性,其转子部件的支撑轴承通常为石墨材质的滑动轴承防止磨损主轴,而本发明使用金属材质的滑动轴承,使用轴承套用于支撑面接触,轴承套使用石墨等较软材质,磨损发生后,更换轴承套更加方便一些且成本降低。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明通过将电机壳内与泵体出口处相连通,使得流动往电机内的介质形成循环,消除流动死区,防止电机内部热量积聚;将叶轮入口处的低压引流至电机壳内,并通过平衡组件与隔区盘相隔离为两个区域,两个区域分别在平衡组件上产生背离叶轮进口的轴向力用以平衡叶轮处所受到的朝向叶轮进口的轴向力,当转子部件发生轴向窜动时,平衡组件与隔区盘的相关间隙发生适应性变化,产生复位力,防止转子部件轴向窜动长时间保持;泄压面上的鼓液槽运行时将周围液体鼓送进调隙盘与隔区盘间隙内,防止调隙盘与隔区盘产生撞击;带有螺纹的动口环降低叶轮处流量损失,提高整机效率。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解,下面根据具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的总装结构示意图;
图2为图1中的局部视图A;
图3为图2中的视图C-C;
图4为图1中的局部视图B。
图中:1-转子部件、11-主轴、12-叶轮、13-轴承套、14-口环、141-螺纹、15-平衡组件、151-调隙块、152-调隙盘、1521-泄压面、1522-鼓液槽、16-诱导轮、2-泵体、3-泵盖、4-电机壳、5-后盖、6-加长段、71-循环管、72-平衡管、8-隔区盘、9-滑动轴承。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,一种带有轴向力平衡管结构的低噪声屏蔽泵,包括转子部件1、泵体2、泵盖3、电机壳4、轴承9,转子部件1依次穿过泵体2、泵盖3、电机壳4并通过轴承9进行旋转支撑,泵体2、泵盖3、电机壳4相互之间通过紧固件固定,屏蔽泵还包括循环管71,电机壳4尾部壁面以及泵体2出口端侧壁上开设通孔并使用循环管71连接起来。
转子部件1包括叶轮12,叶轮12在泵体2中旋转进行做功,做功原理同一般的离心泵,屏蔽泵相比于一般的离心泵,其叶轮12出口端与电机内部是连通的,泵盖3、电机壳4依次连接、相互紧固形成屏蔽泵主要的静止部件形成一个完整整体,轴承9支撑起转子部件1,通过设置循环管71,将部分泵体2出口处的高压液体回流进电机壳4内,反流往叶轮12背面再汇同叶轮12出口处液体流往泵体2出口,循环流量与泵体2出口压力、叶轮12背面压力、循环通路上的流程阻力相关,但流量总是存在的,循环流动的介质可以充分带走电机壳4内的定转子做功产生的热量,改善屏蔽泵的散热条件,屏蔽泵常常用作泵送一些高危易燃易爆的介质,所以输送温度应当要有严格的控制,相比于在电机壳4外表设置散热片等传统散热措施,通过循环管71流动起来的介质可以充分冷却电机,防止从叶轮12背面流动过来的介质积聚在电机内部形成流动死区,从而热量累积造成安全隐患。
如图1、2所示,屏蔽泵还包括平衡管72、隔区盘8,转子部件1包括主轴11、叶轮12和平衡组件15,主轴11通过轴承9支撑安装在泵体2、泵盖3、电机壳4的中轴线上,叶轮12安装在主轴11上并位于泵体2内,平衡组件15安装在主轴11上并位于电机壳4内,电机壳4内安装有静止的隔区盘8,隔区盘8与平衡组件15在主轴11轴向上重合且将电机壳4内分隔为两个区域,其中一个区域通过循环管71连接至泵体2出口端、另一个区域通过平衡管72连接至泵体2进口端。
屏蔽泵的轴承磨损是一个普遍存在的问题,转子部件1上存在轴向力是引起磨损的主要因素,本发明设置平衡组件15,配合平衡管72、隔区盘8实现转子部件1的轴向力平衡,具体原理是:平衡组件15一侧为连接叶轮12背面、泵体2出口端的高压区P1,一侧为连接屏蔽泵进口端的低压区P3,高压区P1与低压区P3在平衡组件15上产生的压差背向叶轮12,而在叶轮12处由于前后背板的压力差其轴向力是指向叶轮12的,此两种力相互抵消,完成轴向力的平衡过程,隔区盘8是安装在电机壳4内的静止件,与平衡组件15相对应,由于一静一动,存在相应间隙防止磨损发生,由于平衡组件15是要平衡叶轮12处前后背板的差压所生成的轴向力,从屏蔽泵进口引流可以方便平衡组件15的大小计算,主要关系是:平衡组件15的压差作用面积近似等于叶轮进口面积减去叶轮12轮毂面积。高压区P1与低压区P3各自从其引流处到达平衡组件15的压降,平衡组件15的压差作用面积需要进行相应的些微调整。
如图2所示,平衡组件15包括调隙块151和调隙盘152,调隙块151和调隙盘152分别套设在主轴11上并轴向抵紧,调隙块151比调隙盘152靠近叶轮12,调隙块151与隔区盘8具有圆锥形的相面对的斜面,圆锥斜面的大径端朝向叶轮12,调隙块151与隔区盘8的相面对斜面存有间隙;调隙盘152与隔区盘8具有沿主轴11轴线径向的间隙。
调隙块151与隔区盘8相面对存留一个间隙,调隙盘152与隔区盘8相面对存留一个间隙,两个间隙之间留出第三个压力区P2(中间区),压力分布由高至低依次是P1>P2>P3,设置一个中间区P2可以达到轴向力的微小自适应调节,当转子部件1受到轴向力而轴向窜动一定距离时,以图2中向右窜动为例:调隙块151与隔区盘8之间的斜面间隙减小,而调隙盘152与隔区盘8之间的竖直面间隙增大,从而P2的压强接近P3而远离P1,中间区P2对于调隙盘152的压力减小,从而调隙盘152向右运动的驱动力变小,当调隙块151与隔区盘8之间的斜面间隙减低至非常小的时候,中间区P2的压强近似等于P3处压强,从而平衡组件15不再提供向右的平衡力,叶轮12处的前后背板差压使得转子部件1具有向左轴向力,促使转子部件1复位;当转子部件1受到扰动而向左窜动时:调隙盘152与隔区盘8的间隙减小而调隙块151与隔区盘8的间隙增大,从而P2区域与P1连通度较大而压强升高,P2区域升高的压强为调隙盘152提供更大的向右压力,抵抗向左的运动趋势直至转子部件1消除扰动并复位。
如图2、3所示,调隙盘152上紧邻隔区盘8的间隙处表面为泄压面1521,泄压面1521上设有鼓液槽1522,鼓液槽1522的鼓液方向为从泄压面1521径向两侧往泄压面1521中间部位鼓送。叶轮12受到压差所产生的轴向力是向左的,所以,如果平衡组件15由于间隙设置不合理或者其他因素造成平衡功能丧失的话,转子组件1是具有向左的窜动趋势的,为防止泄压面1521撞上隔区盘8,所以在泄压面1521上设置鼓液槽1522,当调隙盘152与隔区盘8靠的非常近时,鼓液槽1522鼓动其一端连接区域的液体送往间隙中防止间隙进一步闭合,从而避免调隙盘152与隔区盘8发生撞击。
如图3所示,鼓液槽1522为弧形,鼓液槽1522一端连接泄压面1521外缘、一端连接泄压面1521中间部位,位于泄压面1521外缘处的鼓液槽1522端部为切向,位于泄压面1521中间部位处的鼓液槽1522端部为径向。鼓液槽1522是将液体加压并填充在调隙盘152与隔区盘8之间的间隙中的,所以,如果是将P2区域的液体加压填充进间隙,那么P2往P3区域的流量会增大,P3区域通往屏蔽泵进口,所以平衡组件15处的泄漏流量较大的话,屏蔽泵整体的流量损失也就增大,整机效率降低;而鼓液槽1522是将外缘的液体鼓送进间隙,即是将P3区域的液体加压填补间隙,间隙内液体与P2区域液体压强接近,从而泄漏小,平衡组件15处的流量损失小,整体效率不受影响。
如图1所示,屏蔽泵还包括加长段6和诱导轮16,加长段6通过紧固件安装于泵体2进口,诱导轮16通过紧固件安装在主轴11上并紧挨叶轮12进口端。
屏蔽泵输送的介质如前述常常是易燃易爆高危的液体,要求零泄漏才出现的无动密封的屏蔽泵结构,而这类介质有些是较为容易汽化的,所以屏蔽泵的汽蚀性能应当可靠保证,加入诱导轮16后,汽蚀性能大大改善,防止介质在叶轮12入口发生汽化并造成安全隐患与危害。加长段6容置诱导轮16。
如图1、4所示,转子部件1还包括口环14,口环14安装在叶轮12进口的外表面,口环14外表面设有螺纹141。
口环14是离心形式泵在叶轮进口处常用的防磨损部件,其按设置位置不同分为固定在叶轮12上的动口环和与泵体相固定的静口环,本发明使用动口环结构,口环14与泵体2之间存留比常规间隙小20~30%的间隙,口环14上再设置相应的螺纹用于鼓送,鼓送方向是朝向泵体2的泵腔,具体的螺纹方向是:当叶轮12由进口端看是顺时针旋转时,螺纹141的旋向为左旋,螺纹141跟随叶轮12旋转,螺纹牙槽内推送周围液体使其朝向泵腔内流动,抵抗从泵腔往泵体进口的泄漏,降低屏蔽泵的流量损失,提高整机效率。
螺纹141为细牙矩形螺纹。细牙螺纹具有较短的螺距,矩形的牙槽更大,液体推送性能更好。
如图1所示,转子部件1还包括轴承套13,轴承9为滑动轴承,轴承套13套设在主轴11上并与主轴11传动连接,轴承套13外表抵触轴承9。由于屏蔽泵内流场的特殊性,其转子部件1的支撑轴承通常为石墨材质的滑动轴承防止磨损主轴,而本发明使用金属材质的滑动轴承,使用轴承套13用于支撑面接触,轴承套13使用石墨等较软材质,磨损发生后,更换轴承套13更加方便一些且成本降低。
本发明的运行过程是:屏蔽泵从进口吸取介质进入叶轮12,并从泵体2出口离开屏蔽泵,叶轮12背板处压力液体流往电机内进行冷却,并通过电机壳4侧面设置的循环管71形成流动循环,防止产生流动死区;转子部件1的轴向力主要分两部分,一部分是叶轮处由于前后盖板面积差导致的朝向叶轮12入口的轴向力,另一部分是电机壳4内被隔区盘8与平衡组件15所隔开的区域在平衡组件15上产生的背离叶轮12的轴向力,此二者相抵消,如果转子部件1受到扰动而发生轴向窜动时,平衡组件15可以根据窜动方向不同而改变两侧区域在平衡组件15上的施力大小,从而达成轴向力动态平衡。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (1)
1.一种带有轴向力平衡管结构的低噪声屏蔽泵,包括转子部件(1)、泵体(2)、泵盖(3)、电机壳(4)、轴承(9),所述转子部件(1)依次穿过泵体(2)、泵盖(3)、电机壳(4)并通过轴承(9)进行旋转支撑,所述泵体(2)、泵盖(3)、电机壳(4)相互之间通过紧固件固定,其特征在于:所述屏蔽泵还包括循环管(71),所述电机壳(4)尾部壁面以及泵体(2)出口端侧壁上开设通孔并使用循环管(71)连接起来;
所述屏蔽泵还包括平衡管(72)、隔区盘(8),所述转子部件(1)包括主轴(11)、叶轮(12)和平衡组件(15),所述主轴(11)通过轴承(9)支撑安装在泵体(2)、泵盖(3)、电机壳(4)的中轴线上,所述叶轮(12)安装在主轴(11)上并位于泵体(2)内,所述平衡组件(15)安装在主轴(11)上并位于电机壳(4)内,所述电机壳(4)内安装有静止的隔区盘(8),所述隔区盘(8)与平衡组件(15)在主轴(11)轴向上重合且将电机壳(4)内分隔为两个区域,其中一个区域通过循环管(71)连接至泵体(2)出口端、另一个区域通过平衡管(72)连接至泵体(2)进口端;
所述平衡组件(15)包括调隙块(151)和调隙盘(152),所述调隙块(151)和调隙盘(152)分别套设在主轴(11)上并轴向抵紧,所述调隙块(151)比调隙盘(152)靠近叶轮(12),所述调隙块(151)与隔区盘(8)具有圆锥形的相面对的斜面,圆锥斜面的大径端朝向叶轮(12),所述调隙块(151)与隔区盘(8)的相面对斜面存有间隙;所述调隙盘(152)与隔区盘(8)具有沿主轴(11)轴线径向的间隙;
所述屏蔽泵还包括加长段(6)和诱导轮(16),所述加长段(6)通过紧固件安装于泵体(2)进口,所述诱导轮(16)通过紧固件安装在主轴(11)上并紧挨叶轮(12)进口端;
所述转子部件(1)还包括轴承套(13),所述轴承(9)为滑动轴承,所述轴承套(13)套设在主轴(11)上并与主轴(11)传动连接,轴承套(13)外表抵触轴承(9)。
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