CN113530835A - 用于输送流体的离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于输送流体的离心泵，包括：泵壳体，其具有在吸入侧处的入口和在排放侧处的出口；用于将流体从入口输送到出口的至少一个叶轮；用于使叶轮绕轴向方向旋转的轴；用于在吸入侧处密封轴的第一密封装置；用于在排放侧处密封轴的第二密封装置；平衡鼓，其固定连接到轴且布置在至少一个叶轮和第二密封装置之间，其中平衡鼓限定面向至少一个叶轮的前侧和面向第二密封装置的后侧，其中泄放通道设置在平衡鼓和构造成相对于泵壳体固定的固定部分之间，其中泄放通道从前侧延伸到后侧，其中平衡管线设置成连接后侧与吸入侧，其中排放开口布置在泄放通道处位于前侧和后侧之间，并且其中连接管线设置成连接排放开口与第一密封装置。

Description

用于输送流体的离心泵

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分的用于输送流体的离心泵。

背景技术

在多种不同的工业中使用了用于输送流体（例如液体，诸如水）的离心泵。示例为：石油和天然气工业、发电工业、化学工业、水工业或纸浆及纸工业。离心泵具有至少一个叶轮和用于旋转该叶轮的轴。至少一个叶轮可构造为例如径向叶轮，或构造为轴向或半轴向叶轮，或构造为螺旋轴流式叶轮。此外，叶轮可构造为开放叶轮，或构造为封闭叶轮，其中护罩设置在叶轮上，所述护罩至少部分地覆盖叶轮的叶片。

离心泵可设计为单级泵，其仅具有安装至轴的一个叶轮，或设计为包括多个叶轮的多级泵，其中叶轮串联地布置在轴上。

多种离心泵在其上设有至少一个平衡装置以用于至少部分地平衡在泵的操作期间由一个或更多个叶轮产生的轴向推力。平衡装置减少作用在轴向轴承上或推力轴承上的轴向推力。平衡装置可包括平衡鼓以用于至少部分地平衡由旋转叶轮产生的轴向推力。平衡鼓以防转矩的方式固定地连接到泵的轴。通常，平衡鼓布置在泵的排放侧处位于末级叶轮和轴密封装置之间。平衡鼓限定前侧和后侧。前侧是面向末级叶轮的一侧。后侧是面向轴密封装置的一侧。泄放通道设置在平衡鼓和相对于泵壳体固定的固定部分之间。后侧通常借助于平衡管线连接到泵的吸入侧。在操作期间，存在从前侧沿平衡鼓穿过泄放通道到后侧以及从后侧穿过平衡管线到吸入侧的泄漏流。在平衡鼓的前侧处，高压或排放压力占优势，并且在后侧处基本上吸入压力占优势。前侧和后侧之间的压力差产生轴向力或轴向推力，该轴向力或轴向推力指向与由一个或更多个旋转叶轮产生的轴向推力相反的方向。因此，至少显著地减少了必须由轴向轴承或推力轴承所承担的轴向推力。当然，沿平衡鼓的泄漏流导致泵的液压性能或效率的降低。因此，泄放通道构造成使得：泄漏流尽可能少，但是仍然足以产生抵消由一个或更多个叶轮产生的轴向推力的轴向推力。

离心泵具有至少一个轴密封装置，该轴密封装置用于密封轴以防流体沿轴的泄漏。在所谓的轴承间设计中，旋转轴和所有的叶轮均布置在两个轴密封装置之间，这两个轴密封装置通常分别布置成邻近在轴的驱动端处和非驱动端处的轴承。

例如，密封装置可构造为机械密封。典型地，机械密封包括定子和转子。转子以防转矩的方式与泵的轴连接，并且定子相对于泵壳体是固定的，使得固定定子以防止其旋转。在轴的旋转期间，转子与定子滑动接触，由此实施密封动作。液体（例如由泵输送的流体或任何其它润滑剂）被供给到机械密封，以用于在定子和转子之间产生流体膜。

诸如机械密封的密封装置需要冷却以从密封装置移除热量，以及需要冲洗以保持颗粒物远离密封元件。因此，需要一些流以用于冷却和冲洗。已知的措施是，在泵的出口处或邻近泵的出口或在泵的中间级处提取所需要的用以冲洗和冷却密封装置的流。所需要的用于冲洗密封装置的该流导致了额外的损失，这样降低了泵的效率。

现在，在多种应用中，力求最有效地使用泵。可期望的是具有由泵实现的功率（尤其是液压功率）与用于驱动泵所需的功率的最高可能比率。该期望主要是基于对环保的认识提高和对可用资源的负责任的处理以及基于正在增加的能量成本。

发明内容

因此，本发明的目标是提出一种用于输送流体的离心泵，其具有高效率而不减少泵的操作安全性。

满足这些目标的本发明的主题的特征在于相应的独立权利要求的特征。

因此，根据本发明，提出了用于输送流体的离心泵，包括：泵壳体，其具有在吸入侧处的入口和在排放侧处的出口；至少一个叶轮，其用于将流体从入口输送到出口；轴，其用于使叶轮围绕轴向方向旋转；第一密封装置，其用于在吸入侧处密封轴；第二密封装置，其用于在排放侧处密封轴；平衡鼓，其固定地连接到轴并且布置在至少一个叶轮和第二密封装置之间，其中平衡鼓限定了面向至少一个叶轮的前侧和面向第二密封装置的后侧，其中泄放通道设置在平衡鼓和构造成相对于泵壳体固定的固定部分之间，其中泄放通道从前侧延伸到后侧，其中平衡管线设置成将后侧与吸入侧连接，其中排放开口布置在泄放通道处位于前侧与后侧之间，并且其中连接管线设置成用于将排放开口与第一密封装置连接。

因此，沿平衡鼓通过泄放通道的流的一部分被引导离开泄放通道穿过连接管线至第一密封装置，并且用于冲洗和冷却第一密封装置。因此，不需要例如在泵的排放侧处或在泵的中间级处提取额外的流体流。因为仅有不可避免的穿过泄放通道的泄漏流用于冲洗第一密封装置，所以这使得泵的效率的增加。不需要为了冲洗第一密封装置而额外地取出加压流体。

分别在第一密封装置处或在第一密封壳体/腔室中，占优势的压力至多略高于泵的吸入侧处的吸入压力。在泄放通道中的排放开口处的压力显著高于吸入压力。因此，在连接管线中的流体流朝向第一密封装置被引导，并且可用于冲洗第一密封装置。

优选地，连接管线包括至少一个流量控制元件以用于控制穿过连接管线的流量。这具有以下优点：可调节用于冲洗第一密封装置的体积流量。流量控制元件可为例如阀或孔口。

为了使泵甚至更加有效，优选的是，连接管线包括第一分支和第二分支，其中第一分支与第一密封装置连接，并且第二分支与第二密封装置连接。因此，穿过排放开口和连接管线从泄放通道排放的流量也额外地用来冲洗第二密封装置。

根据优选的构造，第一分支包括第一流量控制元件以用于控制穿过第一分支的流量，并且第二分支包括第二流量控制元件以用于控制穿过第二分支的流量。通过该措施，能够控制到第一密封装置的流量和到第二密封装置的流量两者。

此外，优选的是，连接管线包括第三分支，其中第三分支连接到吸入侧。例如，第三分支可连接到泵的入口，或连接到平衡管线，或连接到与泵的入口流体连通的吸入容器。例如，如果所提取的流量超过用于密封装置的所需要的流量或如果需要调节压力，则借助于第三分支，从泄放通道提取的流可被直接发送回到吸入侧，即不通过密封装置中的一个。对于调节穿过泄放通道的泄漏流，第三分支是特别有利的。

优选地，第三分支包括第三流量控制元件以用于控制穿过第三分支的流量。

根据优选的设计，流量控制元件中的至少一个构造为可调节阀。

对于多个实施例，有利的是，每个流量控制元件构造为可调节阀。

优选地，第一密封装置包括机械密封。

还优选的是，第二密封装置包括机械密封。

根据优选实施例，泵构造为具有多个叶轮的多级泵，其中叶轮一个接一个地布置在轴上。

此外，优选的是，泵构造为轴承间泵。

特别地，泵可构造为筒型类型泵，其包括外部筒型罩壳，泵壳体布置在其中。

本发明的进一步的有利措施和实施例将从从属权利要求中变得清楚的。

附图说明

在下文中将参考本发明的实施例并且参考附图来更详细地解释本发明。在示意性的附图中示出的是：

图1：根据本发明的离心泵的实施例的示意性截面图，以及

图2：示出平衡鼓和连接管线的构造的截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的离心泵的实施例的示意性截面图，该离心泵整体地以附图标记1所标示。泵1被设计为用于输送流体的离心泵，例如液体，诸如水。

离心泵1包括泵壳体2，该泵壳体具有用于待输送的流体的入口3和出口4。入口3布置在吸入侧S处，在该吸入侧S处吸入压力占优势，并且出口4布置在排放侧D处，在该排放侧D处排放压力占优势。吸入压力还被称为低压，并且排放压力还被称为高压。离心泵1进一步包括至少一个叶轮5，51以用于将流体从入口3输送到出口4，如由不带附图标记的虚线箭头所示，以及离心泵包括轴6以使每个叶轮5，51围绕轴向方向A旋转。轴向方向A由轴6的轴线所限定。每个叶轮5，51以防转矩的方式安装到轴6。轴6具有驱动端61，其可连接到驱动单元（未示出）以用于驱动轴6绕轴向方向的旋转。驱动单元可包括，例如，电动马达。轴6的另一端称作非驱动端62。

在下列描述中，通过示例的方式参考一个实施例，该实施例适于多种应用，即离心泵1构造为具有多个叶轮5，51的多级泵1，其中叶轮5，51一个接一个地布置在轴6上。附图标记51标示末级叶轮51，其为最靠近出口4的叶轮51。末级叶轮51将流体加压到排放压力。在图1中示出的实施例具有九级，必须理解的是，其为示例性的。多个叶轮5，51可布置成如图1中所示的同轴构造，或者布置成背靠背构造。

在图1中示出的多级离心泵1被设计为水平泵，这意味着在操作期间，轴6水平地延伸，即轴向方向A垂直于重力的方向。特别地，在图1中示出的离心泵1可被设计为水平筒型罩壳多级泵1，即双罩壳泵。例如，可将多级泵1根据API 610设计为具有泵类型BB5的泵1。当构造为BB5类型的泵时，离心泵1包括外部筒型罩壳100，泵壳体2布置在该外部筒型罩壳100中。

必须理解的是，本发明不限于该种类型的离心泵1。在其它实施例中，离心泵可构造成不带有外部筒型罩壳，例如构造为BB4类型的泵，或构造为轴向剖分多级泵，或构造为单级泵，或构造为立式泵（这意味着在操作期间，轴6在竖直方向（其为重力的方向）上延伸），或构造为任何其它类型的离心泵。

离心泵1包括在多个叶轮5，51的两侧（相对于轴向方向A）上的轴承，即离心泵1被设计为轴承间泵（between-bearing pump）。第一径向轴承81、第二径向轴承82和轴向轴承83设置成用于支承轴6。第一径向轴承81布置成邻近于轴6的驱动端61。第二径向轴承82布置成邻近于轴6的非驱动端62或布置在轴的非驱动端处。轴向轴承83布置在多个叶轮5，51与第一径向轴承81之间且邻近第一径向轴承81。轴承81，82，83构造成在轴向方向A和在径向方向（其为垂直于轴向方向A的方向）两者上支承轴6。径向轴承81和82相对于径向方向支承轴6，并且轴向轴承83相对于轴向方向A支承轴6。第一径向轴承81和轴向轴承83布置成使得第一径向轴承81更靠近轴6的驱动端61。当然，还可能的是，交换第一径向轴承81和轴向轴承83的位置，即将第一径向轴承81布置在轴向轴承83和多个叶轮5，51之间，使得轴向轴承83更靠近轴6的驱动端61。

径向轴承（诸如第一或第二径向轴承81和82）还被称为“轴颈轴承”，并且轴向轴承（诸如轴向轴承83）还被称为“推力轴承”。如在图1中所示，第一径向轴承81和轴向轴承83可构造为分开的轴承，但是还可能的是，第一径向轴承81和轴向轴承83构造为在径向和轴向方向两者上支承轴的单个的组合式径向和轴向轴承。

第二径向轴承82在径向方向上支承轴6。在图1中示出的实施例中，不存在设置在泵轴6的非驱动端62处的轴向轴承。当然，在其它实施例中，还可能的是，用于轴6的轴向轴承设置在非驱动端62处。在其中轴向轴承设置在非驱动端62处的实施例中，第二轴向轴承可设置在驱动端61处，或驱动端61可构造成不带有轴向轴承。

离心泵1还包括两个密封装置，即用于在吸入侧S处密封轴6的第一密封装置91和用于在排放侧D处密封轴6的第二密封装置92。相对于轴向方向A，第一密封装置91布置在多个叶轮5和第二径向轴承82之间，并且第二密封装置92布置在末级叶轮51和轴向泵轴承83之间。密封装置91，92两者密封轴6以防流体沿轴6的泄漏，例如泄漏至环境中。此外，通过密封装置91和92，可防止流体进入轴承81，82，83。优选地，每个密封装置91，92包括机械密封。在多种不同实施例中，机械密封在本领域中是众所周知的，并且因此不需要详细地解释。原则上，机械密封是用于旋转轴6的密封，并且包括固定到轴6且与轴6一起旋转的转子，以及相对于泵壳体2固定的固定定子。在操作期间，转子和定子沿彼此滑动（通常在它们之间具有作为润滑剂的液体）以提供密封动作，以防止流体逸出到环境或进入轴承81，82，83。在多个实施例中，设置了单独的轴承隔离器，其防止液体或固体进入轴承81，82，83。在此类设有单独的轴承隔离器的实施例中，密封装置91，92（例如机械密封）防止流体泄漏到环境中。

离心泵1还包括平衡鼓7以用于至少部分地平衡在离心泵1的操作期间由叶轮5，51产生的轴向推力。平衡鼓7以防转矩的方式固定地连接到轴6。平衡鼓7布置在排放侧D处位于末级叶轮51与第二密封装置92之间。平衡鼓7限定了前侧71和后侧72。前侧71是面向末级叶轮51的一侧。后侧72是面向第二密封装置92的一侧。平衡鼓7由固定部分21包围，使得泄放通道（relief passage）73形成在平衡鼓7的径向外表面与固定部分21之间。固定部分21构造成相对于泵壳体2是固定的。泄放通道73在平衡鼓7的外表面与固定部分21之间形成环形间隙，并且泄放通道从前侧71延伸到后侧72。前侧71与出口4流体连通，使得面向前侧71的平衡鼓7的轴向表面大体上暴露至排放压力，该排放压力在泵1的操作期间在出口4处占优势。当然，由于由在出口4与平衡鼓7之间的流体连通导致的较小的压力损失，在面向前侧71的平衡鼓7的轴向表面处占优势的压力可稍小于排放压力。然而，显著较大的压降产生在平衡鼓7上。在后侧72处设有腔室74，该腔室通过平衡管线10与吸入侧S（例如与入口3）连接。由于在平衡管线10上的压降，在后侧72处的腔室74中的压力稍大于吸入压力，但是显著地小于排放压力。

因为前侧71基本上暴露至在出口4处的排放压力，压降存在于平衡鼓7上，这导致了指向右侧（根据图1中的图示）的力，并且通过该力抵消在泵1的操作期间由叶轮5，51产生的轴向推力。

平衡管线10设置成用于将流体从在后侧72处的腔室74再次循环到吸入侧S。加压流体的部分从前侧71通过泄放通道73到后侧72，进入平衡管线10并且再次循环到离心泵1的吸入侧S。平衡管线10构成在后侧72和在泵入口3处的吸入侧S之间的流连接。平衡管线10可如在图1中所示地布置在泵壳体2的外部且在筒型罩壳100的内部。在其它实施例中，可将平衡管线10设计为完全地在泵壳体2内延伸的内部管线。在另外其它实施例中，平衡管线可布置在筒型罩壳100的外部。

根据本发明，排放开口70布置在泄放通道73处位于前侧71和后侧72之间，并且连接管线40设置成用于将排放开口70与第一密封装置91连接。因此，通过泄放通道73的流的一部分穿过排放开口70进入连接管线40，并且被引导到第一密封装置91以用于冲洗和冷却第一密封装置91。由于排放开口70的位置在前侧71与后侧72之间，在排放开口70处的压力为中间压力，该压力小于在泵1的出口4处的排放压力，并且大于在后侧72处的腔室74中的压力（其稍大于离心泵1的吸入侧S处的吸入压力）。在第一密封装置91中的压力（例如在机械密封的密封腔室中的压力）至多稍高于吸入压力，使得在第一密封装置91中的该压力显著低于在排放开口70处占优势的中间压力。因此，通过连接管线40排放的流可用于冲洗第一密封装置91，以使第一密封装置91冷却下来，并且用以保持颗粒物远离第一密封装置91的密封元件。在离心泵1的操作期间，从泄放通道72恒定地提取一定体积的泵送流体，其被引导穿过连接管线40并且注入到第一密封装置91中以用于冲洗。因此，不需要在任何其它位置（例如从出口4或在泵1的中间级处）提取加压流体以用于冲洗第一密封装置91。仅有沿平衡鼓7穿过泄放通道73的不可避免的泄露流的一部分用于冲洗第一密封装置91。因此，提高了离心泵1的效率。

现在参考图2，解释了一些优选的措施和变型，特别地，它们中的每个可在图1中所示出的实施例中实现。因为足以用于理解，在图2中仅示出了一个叶轮，例如，其可为单级泵的唯一叶轮或多级泵的末级叶轮51。

图2示出了图示平衡鼓7和连接管线40的构造的截面图。在图2中，连接管线40以及平衡管线10被至少部分地表示为单个管线，其中穿过特定管线的流的方向由不带有附图标记的箭头指示。流过泵1的流体由不带有附图标记的虚线箭头指示。

优选地，连接管线40包括至少一个流量控制元件，即第一流量控制元件45，以用于控制穿过连接管线40进入第一密封装置91的流量。第一流量控制元件45可被设计为节流阀，或设计为孔口，或设计为阀，诸如流量控制阀或任何其它可调节阀。利用第一流量控制元件45，可调节注入到第一密封装置91中的冲洗体积流量。

作为进一步的有利措施，连接管线40可包括第一分支41和第二分支42，其中第一分支41与第一密封装置91连接，并且第二分支42与第二密封装置92连接。如果在该设计中设置了第一流量控制元件45，则该第一流量控制元件45布置在第一分支41中。

利用从泄放通道73通过排放开口70提取的流冲洗第一密封装置91和第二密封装置92两者，这更增加了离心泵1的效率，因为不需要在离心泵的除泄放通道73中的排放开口70处以外的任何其它位置处提取流以用于冲洗第二密封装置92。因为第二密封装置92面向在平衡鼓7的后侧72处的腔室74，所以在第二密封装置92处或在第二密封装置中的压力至多与在后侧72处的压力一样高，即仅略高于吸入压力。因此，在第二密封装置92中的压力（例如在第二密封装置92的机械密封的密封腔室中的压力）显著低于在排放开口70处的中间压力。因此，从排放开口70取得并且被引导穿过连接管线40的流可被注入到第二密封装置92中。

优选地，连接管线40的第二分支42包括第二流量控制元件46，以用于控制穿过第二分支42进入第二密封装置92的流量。第二流量控制元件46可被设计为节流阀，或设计为孔口，或设计为阀，诸如流量控制阀或任何其它可调节阀。利用第二流量控制元件46，可调节注入到第二密封装置92中的冲洗体积流量。

进一步优选的措施是：连接管线40包括第三分支43，其中第三分支43连接到吸入侧S。因此，穿过排放开口70从泄放通道73排放的流的一部分可直接重新循环到吸入侧S，而不用通过密封装置91，92中的任一个。例如，第三分支43可连接到离心泵1的入口3或连接到容器，流体从该容器供给到离心泵1的入口3。此外，还可能的是，第三分支43通向平衡管线10中。

可选地，连接管线40的第三分支43包括第三流量控制元件47，以用于控制穿过第三分支43通向吸入侧S的流量。第三流量控制元件47可被设计为节流阀，或设计为孔口，或设计为阀，诸如流量控制阀或任何其它可调节阀。

必须注意的是，优选的措施，特别是参考图2所解释的，不必全部一起实现。措施中的每个可独立于其它措施实现。另外，可实现特定措施的所有组合。

该离心泵1使得能够控制并且调节通过泄放通道72和平衡管线10的平衡流，即能够调节穿过平衡管线10进行重新循环的流。可通过调整通过排放开口70进入连接管线40的流量实现所述调节。因此，通过控制穿过连接管线40的流量，能够调节重新循环到吸入侧S的平衡流。这对于离心泵1的设计成用于高至超高排放压力以及低排放流量的此类实施例是特别有利的。

Claims (13)

1.一种用于输送流体的离心泵，包括：泵壳体（2），其具有在吸入侧（S）处的入口（3）和在排放侧（D）处的出口（4）；至少一个叶轮（5，51），其用于将所述流体从所述入口（3）输送到所述出口（4）；轴（6），其用于使所述叶轮（5，51）围绕轴向方向（A）旋转；第一密封装置（91），其用于在所述吸入侧（S）处密封所述轴（6）；第二密封装置（92），其用于在所述排放侧（D）处密封所述轴（6）；平衡鼓（7），其固定地连接到所述轴（6）并且布置在所述至少一个叶轮（5，51）和所述第二密封装置（92）之间，其中所述平衡鼓（7）限定面向所述至少一个叶轮（5，51）的前侧（71）和面向所述第二密封装置（92）的后侧（72），其中泄放通道（73）设置在所述平衡鼓（7）和构造成相对于所述泵壳体（2）固定的固定部分（21）之间，其中所述泄放通道（73）从所述前侧（71）延伸到所述后侧（72），并且其中平衡管线（10）设置成将所述后侧（72）与所述吸入侧（S）连接，其特征在于，排放开口（70）布置在所述泄放通道（73）处位于所述前侧（71）与所述后侧（72）之间，其中连接管线（40）设置成用于将所述排放开口（70）与所述第一密封装置（91）连接。

2.根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于，所述连接管线（40）包括至少一个流量控制元件（45，46，47）以用于控制穿过所述连接管线（40）的流量。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的离心泵，其特征在于，所述连接管线（40）包括第一分支（41）和第二分支（42），其中所述第一分支（41）与所述第一密封装置（91）连接，并且所述第二分支（42）与所述第二密封装置（92）连接。

4.根据权利要求3所述的离心泵，其特征在于，所述第一分支（41）包括第一流量控制元件（45）以用于控制穿过所述第一分支（41）的流量，并且所述第二分支（42）包括第二流量控制元件（46）以用于控制穿过所述第二分支（42）的流量。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的离心泵，其特征在于，所述连接管线（40）包括第三分支（43），其中所述第三分支（43）连接到所述吸入侧（S）。

6.根据权利要求5所述的离心泵，其特征在于，所述第三分支（43）包括第三流量控制元件（47）以用于控制穿过所述第三分支（43）的流量。

7.根据权利要求2至6中的任一项所述的离心泵，其特征在于，流量控制元件（45，46，47）中的至少一个构造为可调节阀。

8.根据权利要求2至7中的任一项所述的离心泵，其特征在于，每个流量控制元件（45，46，47）构造为可调节阀。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的离心泵，其特征在于，所述第一密封装置（91）包括机械密封。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的离心泵，其特征在于，所述第二密封装置（92）包括机械密封。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的离心泵，其特征在于，所述泵构造为具有多个叶轮（5，51）的多级泵，其中所述叶轮（5，51）一个接一个地布置在所述轴（6）上。

12.根据权利要求11所述的离心泵，其特征在于，所述离心泵构造为轴承间泵。

13.根据权利要求11或12所述的离心泵，其特征在于，所述离心泵包括外部筒型罩壳（100），所述泵壳体（2）布置在所述外部筒型罩壳中。

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