CN112524085A - 一种具有多后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离心泵的轴向力平衡，属于流体机械领域，特指一种具有多后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构。本发明在后盖板上设置3～5后口环，后盖板外侧间隙内泄漏液体流经后口环间隙、密封腔、径向孔、轴向孔，通过叶轮螺母、导流管射入叶轮进口主流区，能有效减少泄漏量的同时使后口环下部压力下降幅度变大，减小作用在后盖板外侧的压力，从而减少轴向力。加装导流管使泄漏液体射入叶轮进口主流区，减弱泄漏液体对叶轮进口入流的干扰程度，减小对泵水力性能、汽蚀性能的影响。

Description

一种具有多后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构

技术领域

本发明涉及离心泵的轴向力平衡，属于流体机械领域，特指一种具有多后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构。

背景技术

离心泵在石油化工、航空航天等领域有着广泛的运用，作为输送系统中的关键设备，离心泵的稳定运行对装置系统安全运转起关键作用。因吸排液口压力不等，使并非完全对称的叶轮两侧所受液体压力不等，从而产生了轴向力。叶轮两侧液体压力如果不计轴的截面积，也不考虑叶轮旋转对压力分布的影响，则作用在叶轮上的力为轮盘(后盖板)受的力和轮盖(前盖板)受的力的差值。因为出口压力始终大于进口压力，所以，当离心泵旋转起来就一定有了一个沿轴并指向吸入口的力作用在转子上。不平衡的轴向力会加重止推轴承的工作负荷，对轴承不利，同时轴向力使泵转子向吸入口窜动，造成振动并可能使叶轮口环摩擦使泵体损坏。

单级泵一般是在叶轮后盖板上开平衡孔，当然还有在叶轮轮盘上安装平衡叶片等方式来平衡轴向力。国内的研究人员也提出了各种不同的新型轴向力平衡装置，例如张俊生等人发表的《多级离心泵平衡盘的新结构-阀门活塞式平衡盘》一文较为系统地研究了阀门活塞式平衡盘，在降低泵的泄漏、提高泵的效率、防止研磨和提高寿命方面较普通的平衡盘结构优越。马威发表的《屏蔽电泵轴向力自动平衡装置的研究》一文在研究平衡屏蔽电泵轴向力时在叶轮后盖板处采用双口环结构，通过增大口环直径来减小轴向力，在实验中双口环的内圈和外圈充当通向压力平衡室的节流装置，叶轮上的平衡孔作为通向压力平衡腔的控制阀，转子轴向位置的改变影响平衡孔被覆盖的面积从而影响泄流泄压等等。

现有的叶轮口环技术，大多采用单个后口环与后泵盖之间的缝隙阻碍泄漏以实现轴向力的平衡。在这种情况下，仍有10％-15％的不平衡轴向力存在。在实践中，平衡轴向力的同时也同样存在泄漏量大，平衡孔对叶轮内主流流动影响较大的问题，使得泵的性能下降。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种具有多个后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构，平衡效果好，减少了泄漏量，同时对泵的水力性能、汽蚀性能几乎没有影响，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

本发明与常规平衡孔平衡轴向力的方式不同。采用在后盖板上设置多个后口环且不开平衡孔的结构。在轴上设置径向孔、轴向孔，连通叶轮螺母和导流管，导出后盖板外侧泄漏液体。形成一个具有多个后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构。

根据本发明提供的一种具有多个后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构，包括泵头、导流板、导流管、叶轮、叶轮螺母、垫片、挡水环、轴、后盖板、后口环、轴向孔、径向孔、密封腔和后泵盖。

在本发明中，后口环数目介于3～5个之间，后口环与后泵盖的径向间隙b₁为0.3～0.7mm，轴向间隙b₂为0.8～1.2mm。以此增大泄漏液体流经后盖板外侧间隙的阻力损失，使后口环下部压力下降幅度变大，减小作用在后盖板外侧的轴向力，达到平衡轴向力的效果。

在本发明中，径向孔数目介于3～4个之间并交汇于轴向孔。

在本发明中，轴向孔与径向孔连通。

在本发明中，径向孔、轴向孔、叶轮螺母与导流管孔径D相同，根据平衡孔总面积S₁与间隙过流总面积S₂比值确定：S₁/S₂＝0.125D。

在本发明中，后盖板外侧间隙、径向孔、轴向孔、叶轮螺母与导流管的通孔，上述间隙与孔组成泄漏液体的内循环流动路径，将泄漏液体导入叶轮进口主流区。

本发明提供的一种具有多个后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构具有以下有益效果：

在后盖板上设置3～5后口环，后盖板外侧间隙内泄漏液体流经后口环间隙、密封腔、径向孔、轴向孔，通过叶轮螺母、导流管射入叶轮进口主流区，能有效减少泄漏量的同时使后口环下部压力下降幅度变大，减小作用在后盖板外侧的压力，从而减少轴向力。加装导流管使泄漏液体射入叶轮进口主流区，减弱泄漏液体对叶轮进口入流的干扰程度，减小对泵水力性能、汽蚀性能的影响。

附图说明

图1是本发明主要结构组成示意图。

图2是本发明轴上开孔示意图。

图3是本发明导流管与叶轮螺母的设置示意图。

图4是本发明后盖板外侧缝隙内泄漏流体内循环路径示意图。

图5是本发明叶轮后盖板上多后口环模型示意图。

【符号说明】

1-泵头；2-导流板；3-导流管；4-叶轮；5-叶轮螺母；6-垫片；7-挡水环；8-轴；9-后盖板；10-后口环；11-轴向孔；12-径向孔；13-密封腔；14-后泵盖。

具体实施方式

本发明提供了一种具有多个后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构。该结构在平衡轴向力的同时能有效减弱泄漏液体对叶轮进口入流的干扰程度。以下参照附图图例对本发明具体实施进一步详细说明。

如图1所示，本发明结构由泵头1、导流板2、导流管3、叶轮4、叶轮螺母5、垫片6、挡水环7、轴8、后盖板9、后口环10、轴向孔11、径向孔12、密封腔13和后泵盖14组成。

图5为叶轮后盖板上3个后口环模型示意图。具体结构布置如下：后口环10与叶轮4一起加工，降低结构难度，3个后口环间距相等。如图1中A图所示，后口环10与后泵盖14之间留有间隙，后泵盖14与其他零件采用常规装配方式，为留有一定的窜动余量，也能有效减少泄漏量，在本次实施中取b₁＝0.5mm,b₂＝1.0mm。如图5所示，轴8在密封腔13处的轴段四周钻4个均布的径向孔12并交汇于轴向孔11。如图2所示，在轴8顶端钻轴向孔11与径向孔12连通。图3为叶轮螺母5、导流管3的设置示意图，导流管3与导流板2一起加工，导流管3开通孔由导流板2固定，安装于叶轮螺母5前端2mm处，导流板2固定于泵头1中。叶轮螺母5、垫片6与挡水环7安装于轴8顶端，将叶轮4固定于轴8上，叶轮螺母5开通孔与导流管3、轴向孔11相通。

图4所示为后盖板9外侧缝隙内泄漏液体的内循环路径。泄漏液体流经后口环10、密封腔13、径向孔12、轴向孔11、叶轮螺母5与导流管3通孔射入叶轮进口主流区。其中上述径向孔、轴向孔以及通孔孔孔径大小D相同，根据平衡孔总面积(S₁)与间隙过流总面积(S₂)比值：S₁/S₂＝0.125D计算可得在本次实施中D＝7.38mm。

由于在叶轮后盖板上设置3个口环，且液体泄露路径边的复杂，使得叶轮出流泄漏量大大减少，经过间隙通孔流入泵进口主流区。使整个离心泵在正常运行时泄漏量趋近于零，在这种情况下泵腔结构及泵前、后盖板两侧的压力大小相等、方向相反，所以相互抵消。这个力是由于叶轮外表面流体压力分布不对称而引起的轴向力，该作用力方向由叶轮后盖板指向泵的进口。起到平衡轴向力的作用。同时，通过导流管将泄漏液体导入泵入口，远离叶轮进口，避免在叶轮入口出处产生复杂的非定常流动，使叶轮来流更加稳定，达到减弱对泵水力性能及气蚀性能的影响。

综上所述，本公开提供了一种具有多个后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构，该结构通过多个后口环与孔隙组成导出泄漏液体的内循环路径(附图4)，实现减弱泄漏液体对泵水力性能、汽蚀性能的影响以及达到平衡轴向力的效果。

Claims (6)

1.一种具有多后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构，包括泵头、导流板、导流管、叶轮、叶轮螺母、垫片、挡水环、轴、后盖板、后口环、轴向孔、径向孔、密封腔和后泵盖，其特征在于，采用在后盖板上设置多个后口环且不开平衡孔的结构；在轴上设置径向孔、轴向孔，连通叶轮螺母和导流管，导出后盖板外侧泄漏液体。

2.如权利要求1所述的一种具有多后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构，其特征在于，后口环数目介于3～5个之间，后口环与后泵盖的径向间隙b₁为0.3～0.7mm，轴向间隙b₂为0.8～1.2mm，以此增大泄漏液体流经后盖板外侧间隙的阻力损失，使后口环下部压力下降幅度变大，减小作用在后盖板外侧的轴向力，达到平衡轴向力的效果。

3.如权利要求1所述的一种具有多后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构，其特征在于，径向孔数目介于3～4个之间并交汇于轴向孔。

4.如权利要求1所述的一种具有多后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构，其特征在于，轴向孔与径向孔连通。

5.如权利要求1所述的一种具有多后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构，其特征在于，径向孔、轴向孔、叶轮螺母与导流管孔径相同，根据平衡孔总面积S₁与间隙过流总面积S₂比值确定：S₁/S₂＝0.125D。

6.如权利要求1所述的一种具有多后口环的内循环式离心泵轴向力平衡结构，其特征在于，后盖板外侧间隙、径向孔、轴向孔、叶轮螺母与导流管的通孔，上述间隙与孔组成泄漏液体的内循环流动路径，将泄漏液体导入叶轮进口主流区。

Images