CN115143139B - 一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵及其设计方法 - Google Patents

一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵及其设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115143139B
CN115143139B CN202210851561.7A CN202210851561A CN115143139B CN 115143139 B CN115143139 B CN 115143139B CN 202210851561 A CN202210851561 A CN 202210851561A CN 115143139 B CN115143139 B CN 115143139B
Authority
CN
China
Prior art keywords
inclined plane
floating impeller
plane
hydraulic component
impeller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210851561.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115143139A (zh
Inventor
顾延东
王东成
成立
张帝
司乔瑞
王鹏
王川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yangzhou University
Original Assignee
Yangzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yangzhou University filed Critical Yangzhou University
Priority to CN202210851561.7A priority Critical patent/CN115143139B/zh
Publication of CN115143139A publication Critical patent/CN115143139A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115143139B publication Critical patent/CN115143139B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2261—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures
    • F04D29/2266—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures for sealing or thrust balance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046—Bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2261—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures
    • F04D29/2294—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures for protection, e.g. against abrasion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/426—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/669—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for liquid pumps
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/08—Fluids
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Abstract

本发明公开了一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵及其设计方法，浮动式叶轮的前端面和后端面为斜面，分别为浮动式叶轮前端斜面和浮动式叶轮后端斜面；且静止水力部件相对应的端面也相应地为斜面，分别为静止水力部件前端斜面和静止水力部件后端斜面；且分别与浮动式叶轮前端斜面和浮动式叶轮后端斜面相平行，形成一个可以相对浮动的卡槽空间；浮动式叶轮前端斜面或静止水力部件前端斜面上加工有径向推力轴承，浮动式叶轮后端斜面或静止水力部件后端斜面上加工有径向推力轴承，径向推力轴承产生的额定承载力与浮动式叶轮的轴向力和径向力相平衡，使浮动式叶轮具有自动限位功能，保障离心泵外特性平稳，防止动静部件磨损。

Description

一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵及其设计方法
技术领域
本发明属于水利工程中的水力机械领域，涉及一种浮动式叶轮离心泵，尤其涉及一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵及其设计方法。
背景技术
在生产实际中，浮动式叶轮离心泵一般用于深井泵等高扬程液体输送系统。在离心泵运行工作时，旋转的浮动式叶轮会受到径向力和轴向力作用，若浮动式叶轮在这些力的作用下自由移动，会造成离心泵外特性大幅度波动、动静部件磨损等后果。
发明内容
本发明提供一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵及其设计方法，以克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵，包括浮动式叶轮、静止水力部件、驱动源，驱动源带动浮动式叶轮在静止水力部件内部转动，具有这样的特征：浮动式叶轮的前端面和后端面为斜面，分别为浮动式叶轮前端斜面和浮动式叶轮后端斜面；且静止水力部件的与浮动式叶轮前端斜面和浮动式叶轮后端斜面相对应的端面也相应地为斜面，分别为静止水力部件前端斜面和静止水力部件后端斜面；且静止水力部件前端斜面和静止水力部件后端斜面分别与浮动式叶轮前端斜面和浮动式叶轮后端斜面相平行，形成一个可以相对浮动的卡槽空间；浮动式叶轮前端斜面或静止水力部件前端斜面上加工有径向推力轴承，浮动式叶轮后端斜面或静止水力部件后端斜面上加工有径向推力轴承，径向推力轴承产生的额定承载力与浮动式叶轮的轴向力和径向力相平衡，使浮动式叶轮具有自动限位功能，保障离心泵外特性平稳，防止动静部件磨损。
进一步，本发明提供一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵，还可以具有这样的特征：其中，设带浮动式叶轮的离心泵在设计工况下，平均径向力为Fr，平均轴向力为Fa，则tanα0＝Fa/Fr；由α0选取浮动式叶轮前端斜面的斜面角度α1和浮动式叶轮后端斜面的斜面角度α2，α1＝α0+α3，α2＝α0+α4；α3的取值：-10°≤α3≤10°；α4的取值：-10°≤α4≤10°。
进一步，本发明提供一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵，还可以具有这样的特征：其中，所述径向推力轴承的额定承载力为Fb；设带浮动式叶轮的离心泵在设计工况下，径向力和轴向力的最大合力是Fmax，则Fb＞C1Fmax，1＜C1≤3。
进一步，本发明提供一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵，还可以具有这样的特征：其中，所述α3和α4的取值遵循以下规律：设带浮动式叶轮的离心泵在设计工况下，径向力最大值是Fr,max，轴向力最大值是Fa,max；若Fr,max-Fr＞Fa,max-Fa，径向力的波动较大，则将α1、α2变大，α3和α4取正值；若Fr,max-Fr＜Fa,max-Fa，轴向力的波动较大，则将α1、α2变小，α3和α4取负值。
本发明还提供一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵的设计方法，具有这样的特征：所述径向推力轴承为包括加工出轴瓦和沟槽的斜-平面推力轴承。
进一步，本发明提供一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵的设计方法，还可以具有这样的特征：其中，所述轴瓦和沟槽以轴颈轴线为中心周向均匀分布；沟槽为不等深槽。
进一步，本发明提供一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵的设计方法，还可以具有这样的特征：其中，所述斜-平面推力轴承的加工方案包括四种类型：在浮动式叶轮前端斜面和浮动式叶轮后端斜面上加工斜-平面推力轴承，在静止水力部件前端斜面和静止水力部件后端斜面上不加工斜-平面推力轴承；在浮动式叶轮前端斜面和静止水力部件后端斜面上加工斜-平面推力轴承，在浮动式叶轮后端斜面和静止水力部件前端斜面上不加工斜-平面推力轴承；在静止水力部件前端斜面和浮动式叶轮后端斜面上加工斜-平面推力轴承，在浮动式叶轮前端斜面和静止水力部件后端斜面上不加工斜-平面推力轴承；在静止水力部件前端斜面和静止水力部件后端斜面上加工斜-平面推力轴承，在浮动式叶轮前端斜面和浮动式叶轮后端斜面上不加工斜-平面推力轴承。
进一步，本发明提供一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵的设计方法，还可以具有这样的特征：包括如下步骤：
S1、设带浮动式叶轮的离心泵在设计工况下，平均径向力为Fr，最大径向力Fr,max，平均轴向力为Fa，最大轴向力Fa,max；tanα0＝Fa/Fr；由α0选取浮动式叶轮前端斜面的斜面角度α1和浮动式叶轮后端斜面的斜面角度α2，α1＝α0+α3，α2＝α0+α4；α3的取值：-10°≤α3≤10°；α4的取值：-10°≤α4≤10°；且α3和α4的取值遵循以下规律：Fr,max-Fr＞Fa,max-Fa，径向力的波动较大，则将α1、α2变大，α3和α4取正值；Fr,max-Fr＜Fa,max-Fa，轴向力的波动较大，则将α1、α2变小，α3和α4取负值；
S2、确定斜-平面推力轴承的加工方案及瓦数Z：在斜-平面推力轴承的四种类型加工方案中确定加工方案；然后根据实际需要，确定瓦数Z；
S3、选取宽长比B/L：加工所在斜面的内径为R1，加工所在斜面的外径为R2；L为瓦面平均圆周长，L＝2πR2/Z；可由B/L＝0.7～2，且B≤R2－R1，计算得到B；
S4、选取斜面长度L1：可取L1/L＝0.5～0.9；
S5、取沟槽槽深h1、h2：取沟槽槽深h1、h2：h1≥50～100μm，h2≥125～250μm；瓦面坡高h＝h2-h1；
S6、采用CFD软件计算斜-平面推力轴承的额定承载力为Fb：按照S2-S5得到的斜-平面推力轴承的几何参数以及在叶轮进口与出口处采用的压力入口边界条件和出口边界条件，利用CFD软件在设定的计算域内进行流体计算得出斜-平面推力轴承的额定承载力为Fb；
S7：校核检验，结束设计：设带浮动式叶轮的离心泵在设计工况下，径向力和轴向力的最大合力为Fmax；检验要求：Fb＞C1Fmax，1＜C1≤3；如果设计满足检验要求，则设计步骤结束；如果Fb≤C1Fmax，即可能仍然存在动静部件磨损、离心泵外特性大幅度波动，则步骤转至S2，选取不同的参数重新设计，直到满足检验要求为止。
进一步，本发明提供一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵的设计方法，还可以具有这样的特征：其中，S2中，瓦数最少可选3瓦，优选的，瓦数Z＝6～12。瓦数少，易使轴承温升高；瓦数多，则不利于安装调整，且使承载能力下降。
进一步，本发明提供一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵的设计方法，还可以具有这样的特征：其中，S4中，当斜面长度L1＝0.8L时，轴承承载能力最大，所以优选取L1＝0.8L，相应的槽宽为0.2L。
本发明的有益效果在于：
在离心泵运行工作时，旋转的浮动式叶轮会受到径向力和轴向力作用，若浮动式叶轮在这些力的作用下自由移动，会造成离心泵外特性大幅度波动、动静部件磨损等后果。本发明将浮动式叶轮的前端面和后端面设计成斜面，并且在静止水力部件上相对应地设计成斜面，形成一个可以相对浮动的卡槽空间。在浮动式叶轮和静止水力部件斜面上，加工出径向推力轴承。在离心泵工作时，由径向推力轴承产生的额定承载力与浮动式叶轮的轴向力和径向力相平衡，使浮动式叶轮具有自动限位功能，保障离心泵外特性平稳，防止动静部件磨损。
附图说明
图1a是浮动式叶轮与静止水力部件整体剖面图；
图1b是浮动式叶轮与静止水力部件的前端面和后端面的局部位置图；
图2a是斜-平面推力轴承的沟槽和轴瓦的示意图；
图2b是斜-平面推力轴承的沟槽和轴瓦的剖面示意图；
图3是在浮动式叶轮前端斜面上加工斜-平面推力轴承的剖面图；
图4是在静止水力部件前端斜面上加工斜-平面推力轴承的剖面图；
图5是在浮动式叶轮后端斜面上加工斜-平面推力轴承的剖面图；
图6是在静止水力部件后端斜面上加工斜-平面推力轴承的剖面图；
图7a是在浮动式叶轮前端斜面上加工斜-平面推力轴承的三维示意图；
图7b是在浮动式叶轮前端斜面上加工斜-平面推力轴承的另一角度的三维示意图。
图中：1浮动式叶轮、2静止水力部件、3驱动源、4-1轴瓦、4-2沟槽、1-1浮动式叶轮前端斜面、1-2浮动式叶轮后端斜面、2-1静止水力部件前端斜面、2-2静止水力部件后端斜面、α1浮动式叶轮前端斜面的斜面角度、α2浮动式叶轮后端斜面的斜面角度。
具体实施方式
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
如图1a和1b所示，本实施提供一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵，包括浮动式叶轮1、静止水力部件2、驱动源3，驱动源3带动浮动式叶轮1在静止水力部件2内部转动。
其中，浮动式叶轮1的前端面和后端面为斜面，分别为浮动式叶轮前端斜面1-1和浮动式叶轮后端斜面1-2。且静止水力部件2的与浮动式叶轮前端斜面1-1和浮动式叶轮后端斜面1-2相对应的端面也相应地为斜面，分别为静止水力部件前端斜面2-1和静止水力部件后端斜面2-2。且静止水力部件前端斜面2-1和静止水力部件后端斜面2-2分别与浮动式叶轮前端斜面1-1和浮动式叶轮后端斜面1-2相平行，形成一个可以相对浮动的卡槽空间。浮动式叶轮前端斜面1-1或静止水力部件前端斜面2-1上加工有径向推力轴承，浮动式叶轮后端斜面1-2或静止水力部件后端斜面2-2上加工有径向推力轴承，径向推力轴承产生的额定承载力与浮动式叶轮1的轴向力和径向力相平衡，使浮动式叶轮1具有自动限位功能，保障离心泵外特性平稳，防止动静部件磨损。
其中，设带浮动式叶轮1的离心泵在设计工况下，平均径向力为Fr，平均轴向力为Fa，则tanα0＝Fa/Fr；α0选取浮动式叶轮前端斜面1-1的斜面角度α1和浮动式叶轮后端斜面1-2的斜面角度α2，α1＝α0+α3，α2＝α0+α4；α3的取值：-10°≤α3≤10°；α4的取值：-10°≤α4≤10°。
α3和α4的取值遵循以下规律：设带浮动式叶轮的离心泵在设计工况下，径向力最大值是Fr,max，轴向力最大值是Fa,max；若Fr,max-Fr＞Fa,max-Fa，径向力的波动较大，则将α1、α2变大，α3和α4取正值；若Fr,max-Fr＜Fa,max-Fa，轴向力的波动较大，则将α1、α2变小，α3和α4取负值。
径向推力轴承的额定承载力为Fb；设带浮动式叶轮1的离心泵在设计工况下，径向力和轴向力的最大合力是Fmax，则Fb＞C1Fmax，1＜C1≤3。
该带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵的设计方法为：径向推力轴承为包括加工出轴瓦4-1和沟槽4-2的斜-平面推力轴承4，如图2a、2b、7a和7b所示。轴瓦4-1和沟槽4-2以轴颈轴线为中心周向均匀分布；沟槽4-2为不等深槽。
斜-平面推力轴承4的加工方案包括四种类型：在浮动式叶轮前端斜面1-1和浮动式叶轮后端斜面1-2上加工斜-平面推力轴承4，在静止水力部件前端斜面2-1和静止水力部件后端斜面2-2上不加工斜-平面推力轴承4；在浮动式叶轮前端斜面1-1和静止水力部件后端斜面2-2上加工斜-平面推力轴承4，在浮动式叶轮后端斜面1-2和静止水力部件前端斜面2-1上不加工斜-平面推力轴承4；在静止水力部件前端斜面2-1和浮动式叶轮后端斜面1-2上加工斜-平面推力轴承4，在浮动式叶轮前端斜面1-1和静止水力部件后端斜面2-2上不加工斜-平面推力轴承4；在静止水力部件前端斜面2-1和静止水力部件后端斜面2-2上加工斜-平面推力轴承4，在浮动式叶轮前端斜面1-1和浮动式叶轮后端斜面1-2上不加工斜-平面推力轴承4。
设计方法具体包括如下步骤：
S1、设带浮动式叶轮的离心泵在设计工况下，平均径向力为Fr，最大径向力Fr,max，平均轴向力为Fa，最大轴向力Fa,max；tanα0＝Fa/Fr；由α0选取浮动式叶轮前端斜面的斜面角度α1和浮动式叶轮后端斜面的斜面角度α2，α1＝α0+α3，α2＝α0+α4；α3的取值：-10°≤α3≤10°；α4的取值：-10°≤α4≤10°；且α3和α4的取值遵循以下规律：Fr,max-Fr＞Fa,max-Fa，径向力的波动较大，则将α1、α2变大，α3和α4取正值；Fr,max-Fr＜Fa,max-Fa，轴向力的波动较大，则将α1、α2变小，α3和α4取负值；
S2、确定斜-平面推力轴承4的加工方案及瓦数Z：在斜-平面推力轴承4的四种类型加工方案中确定加工方案；然后根据实际需要，确定瓦数Z；瓦数最少可选3瓦，优选的，瓦数Z＝6～12，瓦数少，易使轴承温升高；瓦数多，则不利于安装调整，且使承载能力下降；
S3、选取宽长比B/L：如图3-6所示，加工斜-平面推力轴承4所在斜面的内径为R1，加工斜-平面推力轴承4所在斜面的外径为R2；L为瓦面平均圆周长，L＝2πR2/Z；可由B/L＝0.7～2，且B≤R2－R1，计算得到B；
S4、选取斜面长度L1：可取L1/L＝0.5～0.9；当斜面长度L1＝0.8L时，轴承承载能力最大，所以优选取L1＝0.8L，相应的槽宽为0.2L；
S5、取沟槽槽深h1、h2：从制造工艺和安全运转考虑，应取h1≥50～100μm，h2≥125～250μm，中等尺寸的轴承取最小值，大型轴承取大值；瓦面坡高h＝h2-h1；
S6、采用CFD软件计算斜-平面推力轴承的额定承载力为Fb：按照S2-S5得到的斜-平面推力轴承的几何参数以及在叶轮进口与出口处采用的压力入口边界条件和出口边界条件，利用CFD软件在设定的计算域内进行流体计算得出斜-平面推力轴承的额定承载力为Fb；
S7：校核检验，结束设计：设带浮动式叶轮的离心泵在设计工况下，径向力和轴向力的最大合力为Fmax；检验要求：Fb＞C1Fmax，1＜C1≤3；如果设计满足检验要求，则设计步骤结束；如果Fb≤C1Fmax，即可能仍然存在动静部件磨损、离心泵外特性大幅度波动，则步骤转至S2，选取不同的参数重新设计，直到满足检验要求为止。
在一具体的实施中，已知浮动式叶轮1进口的直径为70mm，浮动式叶轮前端斜面1-1内径为10mm，浮动式叶轮前端斜面1-1外径为25mm。浮动式叶轮后端斜面1-2内径为15mm，浮动式叶轮后端斜面1-2外径为40mm。浮动式叶轮1出口轴面速度与轴线方向的夹角取值为90°。
具体设计步骤如下：
S1、设带浮动式叶轮的离心泵在设计工况下，平均径向力为Fr＝11N，最大径向力Fr,max＝13N，平均轴向力为Fa＝14N，最大轴向力Fa,max＝15.5N；tanα0＝Fa/Fr，α0＝51°；Fr,max-Fr＞Fa,max-Fa，α3＝4°，α4＝9°；则选取浮动式叶轮前端斜面1-1的斜面角度α1＝55°，浮动式叶轮后端斜面的斜面角度α2＝60°；
S2、确定斜-平面推力轴承4的加工方案及瓦数Z：
在浮动式叶轮前端斜面1-1和浮动式叶轮后端斜面1-2上加工斜-平面推力轴承，在静止水力部件前端斜面2-1和静止水力部件后端斜面2-2上不加工斜-平面推力轴承；
选用瓦数Z＝8；
S3、选取宽长比B/L：
因为浮动式叶轮前端斜面1-1内径为10mm，浮动式叶轮前端斜面1-1外径为25mm，即对于该斜面R1＝10mm，R2＝25mm；则浮动式叶轮前端斜面1-1的斜-平面推力轴承4的瓦面平均圆周长L约为19mm，取B/L＝0.737，计算得到浮动式叶轮前端斜面1-1的斜-平面推力轴承4的B＝14mm；
因为浮动式叶轮后端斜面1-2内径为15mm，浮动式叶轮后端斜面1-2外径为40mm，即对于该斜面R1＝15mm，R2＝40mm；则浮动式叶轮后端斜面1-2的斜-平面推力轴承4的瓦面平均圆周长L约为31mm，取B/L＝0.774，计算得到浮动式叶轮后端斜面1-2的斜-平面推力轴承4的B＝24mm；
S4、选取斜面长度L1：
浮动式叶轮前端斜面1-1的斜-平面推力轴承4，其瓦面平均圆周长L＝19mm，斜面长度L1＝15.2mm；
浮动式叶轮后端斜面1-2的斜-平面推力轴承4，其瓦面平均圆周长L＝31mm，斜面长度L1＝24.8mm；
S5、取沟槽槽深h1、h2：
取h1＝50μm，h2＝125μm；
瓦面坡高h＝75μm1；
S6、采用CFD软件计算斜-平面推力轴承4的额定承载力为Fb：按照S2-S5得到的斜-平面推力轴承4的几何参数以及在叶轮进口与出口处采用的压力入口边界条件和出口边界条件，利用CFD软件在设定的计算域内进行流体计算得出斜-平面推力轴承的额定承载力为Fb＝39N；
S7：校核检验，结束设计：
经计算，设带浮动式叶轮的离心泵在设计工况下，径向力和轴向力的最大合力为Fmax＝17N，取C1＝2，Fb＞C1Fmax＝34N，额定承载力Fb满足检验要求，结束设计。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵，包括浮动式叶轮、静止水力部件、驱动源，驱动源带动浮动式叶轮在静止水力部件内部转动，其特征在于：
浮动式叶轮的前端面和后端面为斜面，分别为浮动式叶轮前端斜面和浮动式叶轮后端斜面；
且静止水力部件的与浮动式叶轮前端斜面和浮动式叶轮后端斜面相对应的端面也相应地为斜面，分别为静止水力部件前端斜面和静止水力部件后端斜面；
且静止水力部件前端斜面和静止水力部件后端斜面分别与浮动式叶轮前端斜面和浮动式叶轮后端斜面相平行，形成一个可以相对浮动的卡槽空间；
浮动式叶轮前端斜面或静止水力部件前端斜面上加工有径向推力轴承，浮动式叶轮后端斜面或静止水力部件后端斜面上加工有径向推力轴承，径向推力轴承产生的额定承载力与浮动式叶轮的轴向力和径向力相平衡，使浮动式叶轮具有自动限位功能；
所述带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵的设计方法为：所述径向推力轴承为包括加工出轴瓦和沟槽的斜-平面推力轴承；
形成同一沟槽的两侧边的高度不同；
所述斜-平面推力轴承的加工方案包括四种类型：在浮动式叶轮前端斜面和浮动式叶轮后端斜面上加工斜-平面推力轴承，在静止水力部件前端斜面和静止水力部件后端斜面上不加工斜-平面推力轴承；在浮动式叶轮前端斜面和静止水力部件后端斜面上加工斜-平面推力轴承，在浮动式叶轮后端斜面和静止水力部件前端斜面上不加工斜-平面推力轴承；在静止水力部件前端斜面和浮动式叶轮后端斜面上加工斜-平面推力轴承，在浮动式叶轮前端斜面和静止水力部件后端斜面上不加工斜-平面推力轴承；在静止水力部件前端斜面和静止水力部件后端斜面上加工斜-平面推力轴承，在浮动式叶轮前端斜面和浮动式叶轮后端斜面上不加工斜-平面推力轴承；
设计方法包括如下步骤：
S1、设带浮动式叶轮的离心泵在设计工况下，平均径向力为Fr，最大径向力Fr,max，平均轴向力为Fa，最大轴向力Fa,max；tanα0=Fa/Fr；由α0选取浮动式叶轮前端斜面的斜面角度α1和浮动式叶轮后端斜面的斜面角度α2，α1=α0+α3，α2=α0+α4；α3的取值：-10°≤α3≤10°；α4的取值：-10°≤α4≤10°；且α3和α4的取值遵循以下规律：Fr,max-Fr＞Fa,max-Fa，径向力的波动较大，则将α1、α2变大，α3和α4取正值；Fr,max-Fr＜Fa,max-Fa，轴向力的波动较大，则将α1、α2变小，α3和α4取负值；
S2、确定斜-平面推力轴承的加工方案及瓦数Z：在斜-平面推力轴承的四种类型加工方案中确定加工方案；然后根据实际需要，确定瓦数Z；
S3、选取宽长比B/L：加工所在斜面的内径为R1，加工所在斜面的外径为R2；L为瓦面平均圆周长，L=2πR2/Z；可由B/L=0.7~2，且B≤R2－R1，计算得到B；
S4、选取斜面长度L1：可取L1/L=0.5~0.9；
S5、取沟槽两侧边的高度h1、h2：h1≥50~100μm，h2≥125~250μm；瓦面坡高h=h2-h1；
S6、采用CFD软件计算斜-平面推力轴承的额定承载力为Fb：按照S2-S5得到的斜-平面推力轴承的几何参数以及在叶轮进口与出口处采用的压力入口边界条件和出口边界条件，利用CFD软件在设定的计算域内进行流体计算得出斜-平面推力轴承的额定承载力为Fb；
S7：校核检验，结束设计：设带浮动式叶轮的离心泵在设计工况下，径向力和轴向力的最大合力为Fmax；检验要求：Fb＞C1Fmax，1＜C1≤3；如果设计满足检验要求，则设计步骤结束；如果Fb≤C1Fmax，即可能仍然存在动静部件磨损、离心泵外特性大幅度波动，则步骤转至S2，选取不同的参数重新设计，直到满足检验要求为止。
2.根据权利要求1所述的带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵的设计方法，其特征在于：
其中，所述轴瓦和沟槽以轴颈轴线为中心周向均匀分布。
3.根据权利要求1所述的带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵的设计方法，其特征在于：
其中，S2中，瓦数最少可选3瓦。
4.根据权利要求3所述的带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵的设计方法，其特征在于：
其中，S2中，瓦数Z=6~12。
5.根据权利要求1所述的带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵的设计方法，其特征在于：
其中，S4中，当斜面长度L1=0.8L时，轴承承载能力最大，所以选取L1=0.8L，相应的槽宽为0.2 L。
CN202210851561.7A 2022-07-20 2022-07-20 一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵及其设计方法 Active CN115143139B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210851561.7A CN115143139B (zh) 2022-07-20 2022-07-20 一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵及其设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210851561.7A CN115143139B (zh) 2022-07-20 2022-07-20 一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵及其设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115143139A CN115143139A (zh) 2022-10-04
CN115143139B true CN115143139B (zh) 2023-05-05

Family

ID=83411432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210851561.7A Active CN115143139B (zh) 2022-07-20 2022-07-20 一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵及其设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115143139B (zh)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4445297C1 (de) * 1994-12-19 1996-03-14 Man B & W Diesel Ag Laufrad für eine Strömungsmaschine
GB9506851D0 (en) * 1995-04-03 1995-05-24 Zhang Wei Min Axial flow pump/marine propeller
US6244835B1 (en) * 1996-06-26 2001-06-12 James F. Antaki Blood pump having a magnetically suspended rotor
AUPO902797A0 (en) * 1997-09-05 1997-10-02 Cortronix Pty Ltd A rotary blood pump with hydrodynamically suspended impeller
CN2499607Y (zh) * 2001-09-20 2002-07-10 成都希望电子研究所 一种离心式制冷压缩装置
DE102013217261A1 (de) * 2013-08-29 2015-03-05 Robert Bosch Gmbh Kompressor
EP3112692B1 (en) * 2014-02-26 2018-08-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Centrifugal compressor, turbocharger with said centrifugal compressor, and method for manufacturing said centrifugal compressor
CN104389793A (zh) * 2014-10-17 2015-03-04 山东科技大学 一种磁悬浮轴流式叶轮驱动装置
CN207687039U (zh) * 2017-12-07 2018-08-03 湖南斯德尔节能技术有限责任公司 一种新型的中开泵叶轮密封环密封结构
CN111870752B (zh) * 2020-08-06 2023-05-12 济南大学 一种磁液耦合被动悬浮式双吸离心血泵
CN114278605B (zh) * 2021-12-13 2023-04-14 扬州大学 一种带浮动式叶轮立式离心泵的轮毂摩擦副
CN114278610B (zh) * 2021-12-15 2023-08-18 扬州大学 一种用于浮动式叶轮离心泵的防摩擦磨损装置的设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115143139A (zh) 2022-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103846459B (zh) 一种动静压集成气体轴承支承的电主轴
CN104526546A (zh) 一种磨床超高精度砂轮架主轴用的静动压轴承
TWI704295B (zh) 槽式動壓氣體徑向軸承
CN203822685U (zh) 一种近零内泄漏的氟塑料磁力泵
CN105673689A (zh) 动静压轴承和安装有动静压轴承的主轴
CN105570301A (zh) 高精度静压主轴
TW201704650A (zh) 混合式動壓氣體徑向軸承
CN112762095B (zh) 一种水润滑径向轴承
CN102359596A (zh) 一种单向旋转三维l形槽端面密封结构
CN115143139B (zh) 一种带自动限位功能的浮动式叶轮离心泵及其设计方法
CN107538347A (zh) 一种精密平面磨床主轴
CN114278610B (zh) 一种用于浮动式叶轮离心泵的防摩擦磨损装置的设计方法
CN109322917A (zh) 一种磁悬浮轴承径向和轴向保护结构
CN104930193A (zh) 一种密封环
CN105715676B (zh) 双排球面滚柱轴承，制造方法以及风轮机轴承结构
CN106050922B (zh) 自循环式的滑动轴承
CN105402411A (zh) 密封环以及带有该密封环的机械密封装置
CN113236781B (zh) 一种端面具有减摩散热结构的密封环及其加工方法
US10920784B2 (en) Magnetic bearing centrifugal compressor and controlling method thereof
CN203570644U (zh) 多级离心泵的轴心动力平衡盘
CN109128224A (zh) 高速水润滑动压螺旋槽轴承电主轴
CN212553328U (zh) 带自动循环供油系统的磨床专用动压轴系
CN106763779A (zh) 一种具有多锯齿形螺旋槽的机械密封环
CN207621355U (zh) 一种能有效改善转子动力特性的环形密封组件
KR102557978B1 (ko) 터치다운 베어링 및 터치다운 베어링 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant