CN115324901A - 一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置及其安装方法，属于水利工程、海洋船舶工程、流体机械工程领域，包括竖井进水流道、水泵段、出水流道，所述竖井进水流道内部设置有传动轴，传动轴的一端支承在竖井进水流道内，另一端支承在前导叶轮毂内；前导叶轮毂通过两个径向轴承支承在传动轴上，两个所述径向轴承的外侧设置调节螺母，所述传动轴外周对应调节螺母设置有外螺纹；所述水泵段内设置有叶轮轮毂，所述叶轮轮毂内设置有阶梯通孔，阶梯通孔上设置有紧固件将叶轮轮毂固定在传动轴上；所述叶轮轮毂的外壁通过紧固件安装有叶轮。本装置及其安装方法提高了传动轴在运行过程中的同心度和稳定性，减小了正、反向运行时传动轴的轴向位移。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置及其安装方法，属于水利工程、海洋船舶工程、流体机械工程领域。
背景技术
我国沿江和沿海地区存在较多低扬程泵站，这些泵站普遍采用轴流泵，这些泵站在旱期需要排水，而在汛期需要引水，这就需要这些泵站具有双向抽水的功能。现有技术中，叶轮作为一种传递能量的水力机械，其作用主要是将电机的机械能转化为水的势能和动能，而要形成这种能量的传递，必须通过电机和叶轮之间的传动轴来实现。其不足之处在于：叶轮分别在正向和反向运行时，传动轴所受的轴向力相反，而单向运行工况的设计会使传动轴在流道内轴向窜动，对机组性能和水流流态产生了较大的负面影响，甚至会损伤电机，严重影响机组的安全稳定运行。
发明内容
本发明针对上述技术的不足，提出一种能够有效减小了水泵在正、反向运行时传动轴的轴向位移的竖井结构的双向全贯流泵装置及其安装方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置，包括竖井进水流道、水泵段、出水流道，所述竖井进水流道内部设置有传动轴，所述传动轴的一端支承在竖井进水流道内，所述传动轴的另一端支承在前导叶轮毂内，所述前导叶轮毂通过两个径向轴承支承在传动轴上，两个所述径向轴承的外侧设置调节螺母，所述传动轴外周对应前导叶的两个径向轴承的调节螺母设置有外螺纹，所述前导叶轮毂外周固定设置有前导叶，所述水泵段内设置有叶轮轮毂，所述叶轮轮毂内设置有阶梯通孔，阶梯通孔上设置有紧固件将叶轮轮毂固定在传动轴上；所述叶轮轮毂的外壁通过紧固件安装有叶轮，所述叶轮上一体设置有转子，所述水泵的外壳对应转子设置有通槽，所述通槽与转子之间的间隙为“工”字型结构。
本发明使用时，有益效果在于：将泵装置进水流道设置为竖井结构，流道较为顺直，可有效改善泵内水流流态；两点式传动轴支承结构提高了传动轴在运行时的同心度和稳定性；前导叶的轮毂设置两个径向轴承，轴承两端通过调节螺母可以对传动轴位置进行锁定，在对传动轴进行支撑的同时，可有效减小运行过程中传动轴的轴向位移。
作为本发明的进一步改进，所述径向轴承由内环、外环、滚动体组成，所述滚动体为球，所述内环和外环上均设置有键槽，所述键槽中均设置有键，内环通过对应键与传动轴周向固定，外环通过对应键与前导叶轮毂周向固定，键连接的结构简单，方便装拆。
作为本发明的进一步改进，所述竖井内设置有支撑环，所述支撑环右侧设置有凸缘，所述传动轴对应竖井的端部外周设置有螺纹，所述螺纹上的调节螺母将设置在传动轴上的径向轴承与凸缘抵接，能够有效限制传动轴在竖井内的轴向位移。
作为本发明的进一步改进，所述传动轴和竖井管道壁之间套有机械密封装置，所述机械密封装置由动环、左静环、右静环、橡胶波纹管、压紧弹簧连接构成，所述橡胶波纹管在轴向上设置在左静环和右静环之间，所述橡胶波纹管的外壁和内壁均套有压紧弹簧，所述左静环在压紧弹簧的作用下与动环形成接触连接，所述动环的另一侧与径向轴承内环接触，所述传动轴上与右静环接触设置有可拆卸的套筒，弥补了传统橡胶垫密封摩擦阻力大和密封效果差的缺点，有效提高水泵机组的稳定性，还可以通过改变套筒长度选择合适的松紧度，在适当的压力作用下动静环面保持贴合达到密封和阻漏的效果。
作为本发明的进一步改进，所述水泵段内还设置有后导叶，所述后导叶轮毂上设置有导水锥，可以为出水流道提供均匀的水流。
作为本发明的进一步改进，所述叶轮的翼型为“S”型，可以直接反转机组实现反向抽水，极大地节省泵站运行和管理费用。
作为本发明的进一步改进，所述竖井内设置有电机，电机处于水隔绝的状态，可以避免因进水导致的电机故障。
一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置的安装方法，包括以下步骤：
S1：根据CAD图纸尺寸对传动轴进行机械加工，在传动轴对应前导叶的两个径向轴承的调节螺母的位置上车出两段螺纹；在传动轴对应竖井内径向轴承的调节螺母的位置上车出一段螺纹；在传动轴靠近前导叶的端面钻出螺纹孔；
S2：将传动轴穿过前导叶轮毂的通孔并将前导叶放置在两段螺纹之间；
S3：在前导叶轮毂的两侧分别安装径向轴承并通过调节螺母与传动轴上的螺纹相配合将两个径向轴承紧锁在传动轴上；
S4：根据CAD图纸尺寸对叶轮轮毂进行机械加工，在叶轮轮毂上钻出阶梯通孔；在阶梯通孔的侧面钻出安装孔用于连接叶轮；
S5：通过安装在阶梯通孔上的紧固件与传动轴螺纹孔相配合将叶轮轮毂与传动轴连接；
S6：根据CAD图纸尺寸对叶轮进行机械加工，在叶轮上钻出螺纹孔用于连接叶轮轮毂；
S7：通过安装在阶梯通孔的侧面的紧固件与叶轮螺纹孔相配合，将叶轮以一定的安装角度固定在叶轮轮毂上；
S8：选择套筒安装在传动轴靠近竖井的位置上，套筒的右侧需与竖井内壁接触；
S9：在传动轴上安装机械密封装置并保证机械密封装置的右静环与套筒的左侧接触，在适当的压力作用下动静环面保持贴合达到密封和阻漏的效果；
S10：在传动轴上安装径向轴承并保证径向轴承的内环与机械密封装置的动环左侧接触；
S11：调节螺母与传动轴对应竖井的螺纹配合将径向轴承与竖井的支撑环的凸缘进行锁定；
S12：将电机安装在竖井内并对竖井进行密封处理；
S13：根据CAD图纸尺寸对叶轮段外壳进行机械加工，对叶轮段外壳内壁对应转子处上开设通槽，确保通槽与转子之间的间隙为“工”字型结构；
S14：根据CAD图纸尺寸对后导叶段外壳进行机械加工，后导叶段外壳内壁钻出螺纹孔用于装配后导叶；
S15：将导水锥安装在后导叶轮毂的侧面，并通过紧固件将后导叶安装在后导叶段外壳上；
S16：将已与传动轴固定连接的叶轮放置在叶轮段外壳内，保证叶轮转子放置在通槽中；
S17：将已与后导叶固定连接的后导叶段外壳放置在叶轮段外壳的右侧，通过外壳两端的紧固件进行固定连接；
S18：在后导叶段外壳的右侧通过外壳两端的紧固件安装出水流道段外壳；
S19：在叶轮段外壳的左侧通过外壳两端的紧固件安装前导叶段外壳；
S20：在前导叶段外壳的左侧通过外壳两端的紧固件安装竖井进水流道段外壳。
附图说明
图1为本发明的正面剖视图。
图2为本发明的水泵段正面剖视图。
图3为图2中A处放大图。
图4为本发明的竖井段正面剖视图。
图5为径向轴承的正视图。
图6为机械密封的剖面图。
图7为叶轮转子的正视图。
图8为“S”型叶片的正视图。
其中，1竖井进水流道，2水泵段，3出水流道，4传动轴，5前导叶轮毂，6径向轴承，601外环，602内环，603滚动体，604键槽，7调节螺母，8前导叶，9叶轮轮毂，10叶轮，1001转子，11紧固件，12通槽，13竖井，14支撑环，1401凸缘，15机械密封装置，1501动环，1502左静环，1503右静环，1504橡胶波纹管，1505压紧弹簧，16套筒，17后导叶，18后导叶轮毂，19导水锥，20竖井进水流道段外壳，21前导叶段外壳，22叶轮段外壳，23后导叶段外壳，24出水流道段外壳。
具体实施方式
如图1-8所示，为一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置，包括竖井进水流道1、水泵段2、出水流道3，在竖井进水流道1内部设置两点式支承结构的传动轴4，所述传动轴4的一端支承在竖井进水流道1内，所述传动轴4的另一端支承在前导叶轮毂5内，所述前导叶轮毂5通过两个径向轴承6支承在传动轴4上，两个所述径向轴承6的外侧设置调节螺母7，所述传动轴4外周对应前导叶8的两个径向轴承6的调节螺母7设置有外螺纹。如图5所示，所述径向轴承6由内环602、外环601、滚动体603组成，所述滚动体603为球，所述内环602和外环601上均设置有键槽604，所述键槽604中均设置有键，内环602通过对应键与传动轴4周向固定，外环601通过对应键与前导叶轮毂5周向固定。所述前导叶轮毂5外周固定设置有前导叶8。所述水泵段2内设置有叶轮轮毂9，所述叶轮轮毂9内设置有阶梯通孔，阶梯通孔上的紧固件11将叶轮轮毂9固定在传动轴4上；所述叶轮轮毂9的外壁通过紧固件11安装有“S”翼型的叶轮10，所述叶轮10上一体设置有转子1001，所述水泵段2外壳对应转子1001设置有通槽12，所述通槽12与转子1001之间的间隙为“工”字型结构。目前广泛使用的全贯流泵是通过将电机安装在转子1001上，转子1001外面再安装一圈定子，转子1001和叶轮10为一个整体，根据电磁原理，转子1001通电之后转动，从而驱动叶轮10做功，但该种驱动方式实现难度较大，电机难以完全与水隔绝，容易进水导致电机故障，因此本装置将电机置于竖井13中，电机通过传动轴4带动叶轮10和转子1001旋转来做功。所述竖井13内还设置有支撑环14，所述支撑环14右侧设置有凸缘1401，所述传动轴4对应竖井13的端部外周设置有螺纹，所述螺纹上的调节螺母7将设置在传动轴4上的径向轴承6与凸缘1401抵接。一般情况下，传动轴4与流道边壁密封难度大，容易出现泄漏，故在传动轴4和竖井13管道壁之间套有机械密封装置15。如图6所示，所述机械密封装置15由动环1501、左静环1502、右静环1503、橡胶波纹管1504、压紧弹簧1505连接构成，橡胶波纹管1504在轴向上设置在左静环1502和右静环1503之间，橡胶波纹管1504的外壁和内壁均套有压紧弹簧1505，所述左静环1502在压紧弹簧1505的作用下与动环1501形成接触连接，所述动环1501的另一侧与径向轴承内环602接触，所述传动轴4上与右静环1503接触设置有可拆卸的套筒16。所述水泵段2内还设置有后导叶17，所述后导叶轮毂18上设置有导水锥19。
本发明在使用时，通过以下步骤进行安装：
S1：根据CAD图纸尺寸对传动轴4进行机械加工，在传动轴4对应前导叶8的两个径向轴承6的调节螺母7的位置上车出两段螺纹；在传动轴4对应竖井13内径向轴承6的调节螺母7的位置上车出一段螺纹；在传动轴4靠近前导叶8的端面钻出螺纹孔；
S2：将传动轴4穿过前导叶轮毂5的通孔并将前导叶8放置在两段螺纹之间；
S3：在前导叶轮毂5的两侧分别安装径向轴承6并通过调节螺母7与传动轴4上的螺纹相配合将两个径向轴承6紧锁在传动轴4上；
S4：根据CAD图纸尺寸对叶轮轮毂9进行机械加工，在叶轮轮毂9上钻出阶梯通孔；在阶梯通孔的侧面钻出安装孔用于连接叶轮10；
S5：通过安装在阶梯通孔上的紧固件11与传动轴4螺纹孔相配合将叶轮轮毂9与传动轴4连接；
S6：根据CAD图纸尺寸对叶轮10进行机械加工，在叶轮10上钻出螺纹孔用于连接叶轮轮毂9；
S7：通过安装在阶梯通孔的侧面的紧固件11与叶轮10螺纹孔相配合，将叶轮10以一定的安装角度固定在叶轮轮毂9上；
S8：选择套筒16安装在传动轴4靠近竖井13的位置上，套筒16的右侧需与竖井13内壁接触；
S9：在传动轴4上安装机械密封装置15并保证机械密封装置15的右静环1503与套筒16的左侧接触，在适当的压力作用下动静环面保持贴合达到密封和阻漏的效果；
S10：在传动轴4上安装径向轴承6并保证径向轴承6的内环602与机械密封装置15的动环1501左侧接触；
S11：调节螺母7与传动轴4对应竖井13的螺纹配合将径向轴承6与竖井13的支撑环14的凸缘1401进行锁定；
S12：将电机安装在竖井13内并对竖井13进行密封处理；
S13：根据CAD图纸尺寸对叶轮段外壳22进行机械加工，对叶轮段外壳22内壁对应转子1001处上开设通槽12，确保通槽12与转子1001之间的间隙为“工”字型结构；
S14：根据CAD图纸尺寸对后导叶段外壳23进行机械加工，后导叶段外壳23内壁钻出螺纹孔用于装配后导叶17；
S15：将导水锥19安装在后导叶轮毂18的侧面，并通过紧固件11将后导叶17安装在后导叶段外壳23上；
S16：将已与传动轴4固定连接的叶轮10放置在叶轮段外壳22内，保证转子1001放置在通槽12中；
S17：将已与后导叶17固定连接的后导叶段外壳23放置在叶轮段外壳22的右侧，通过外壳两端的紧固件11进行固定连接；
S18：在后导叶段外壳23的右侧通过外壳两端的紧固件11安装出水流道段外壳24；
S19：在叶轮段外壳22的左侧通过外壳两端的紧固件11安装前导叶段外壳21；
S20：在前导叶段外壳21的左侧通过外壳两端的紧固件11安装竖井进水流道段外壳20。
本发明的优点在于：采用竖井进水流道1设计，可使装置内的水流流态均匀顺直，提高了流速的均匀度，减小了水力损失，有效提高了泵装置效率；采用“S”型叶轮10，可以直接反转机组实现反向抽水，极大地节省泵站运行和管理费用；传动轴4采用两点式支承，一端支承在前导叶轮毂5内，另一端支承在竖井进水流道1内，提高了传动轴4在运行时的同心度和稳定性；前导叶轮毂5内设置两个径向轴承6，两个径向轴承6的端部通过调节螺母7对传动轴4进行固定，在对传动轴4进行支撑的同时，可有效防止传动轴4的轴向位移；传动轴4与竖井13之间使用了动静环结合的机械密封方式来减少泄露，并可以通过改变套筒16长度选择合适的松紧度，弥补了传统橡胶垫密封摩擦阻力大和密封效果差的缺点，有效提高水泵机组的稳定性；采用分段式组装的方法，解决了装置整体加工困难、安装操作难度大的问题。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置，包括竖井进水流道、水泵段、出水流道，其特征在于，所述竖井进水流道内部设置有传动轴，所述传动轴的一端支承在竖井进水流道内，所述传动轴的另一端支承在前导叶轮毂内，所述前导叶轮毂通过两个径向轴承支承在传动轴上，两个所述径向轴承的外侧设置调节螺母，所述传动轴外周对应前导叶的两个径向轴承的调节螺母设置有外螺纹，所述前导叶轮毂外周固定设置有前导叶，所述水泵段内设置有叶轮轮毂，所述叶轮轮毂内设置有阶梯通孔，阶梯通孔上设置有紧固件将叶轮轮毂固定在传动轴上；所述叶轮轮毂的外壁通过紧固件安装有叶轮，所述叶轮上一体设置有转子，所述水泵的外壳对应转子设置有通槽，所述通槽与转子之间的间隙为“工”字型结构。
2.根据权利要求1所述的一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置，其特征在于，所述径向轴承由内环、外环、滚动体组成，所述滚动体为球，所述内环和外环上均设置有键槽，所述键槽中均设置有键，内环通过对应键与传动轴周向固定，外环通过对应键与前导叶轮毂周向固定。
3.根据权利要求1所述的一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置，其特征在于，所述竖井内设置有支撑环，所述支撑环右侧设置有凸缘，所述传动轴对应竖井的端部外周设置有螺纹，所述螺纹上的调节螺母将设置在传动轴上的径向轴承与凸缘抵接。
4.根据权利要求1或3所述的一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置，其特征在于，所述传动轴和竖井管道壁之间套有机械密封装置，所述机械密封装置由动环、左静环、右静环、橡胶波纹管、压紧弹簧连接构成，所述橡胶波纹管在轴向上设置在左静环和右静环之间，所述橡胶波纹管的外壁和内壁均套有压紧弹簧，所述左静环在压紧弹簧的作用下与动环形成接触连接，所述动环的另一侧与径向轴承内环接触，所述传动轴上与右静环接触设置有可拆卸的套筒。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置，其特征在于，所述水泵段内还设置有后导叶，所述后导叶轮毂上设置有导水锥。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置，其特征在于，所述叶轮的翼型为“S”型。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置，其特征在于，所述竖井内设置有电机。
8.一种新型竖井结构的双向全贯流泵装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据CAD图纸尺寸对传动轴进行机械加工，在传动轴对应前导叶的两个径向轴承的调节螺母的位置上车出两段螺纹；在传动轴对应竖井内径向轴承的调节螺母的位置上车出一段螺纹；在传动轴靠近前导叶的端面钻出螺纹孔；
S2：将传动轴穿过前导叶轮毂的通孔并将前导叶放置在两段螺纹之间；
S3：在前导叶轮毂的两侧分别安装径向轴承并通过调节螺母与传动轴上的螺纹相配合将两个径向轴承紧锁在传动轴上；
S4：根据CAD图纸尺寸对叶轮轮毂进行机械加工，在叶轮轮毂上钻出阶梯通孔；在阶梯通孔的侧面钻出安装孔用于连接叶轮；
S5：通过安装在阶梯通孔上的紧固件与传动轴螺纹孔相配合将叶轮轮毂与传动轴连接；
S6：根据CAD图纸尺寸对叶轮进行机械加工，在叶轮上钻出螺纹孔用于连接叶轮轮毂；
S7：通过安装在阶梯通孔的侧面的紧固件与叶轮螺纹孔相配合，将叶轮以一定的安装角度固定在叶轮轮毂上；
S8：选择套筒安装在传动轴靠近竖井的位置上，套筒的右侧需与竖井内壁接触；
S9：在传动轴上安装机械密封装置并保证机械密封装置的右静环与套筒的左侧接触，在适当的压力作用下动静环面保持贴合达到密封和阻漏的效果；
S10：在传动轴上安装径向轴承并保证径向轴承的内环与机械密封装置的动环左侧接触；
S11：调节螺母与传动轴对应竖井的螺纹配合将径向轴承与竖井的支撑环的凸缘进行锁定；
S12：将电机安装在竖井内并对竖井进行密封处理；
S13：根据CAD图纸尺寸对叶轮段外壳进行机械加工，对叶轮段外壳内壁对应转子处上开设通槽，确保通槽与转子之间的间隙为“工”字型结构；
S14：根据CAD图纸尺寸对后导叶段外壳进行机械加工，后导叶段外壳内壁钻出螺纹孔用于装配后导叶；
S15：将导水锥安装在后导叶轮毂的侧面，并通过紧固件将后导叶安装在后导叶段外壳上；
S16：将已与传动轴固定连接的叶轮放置在叶轮段外壳内，保证叶轮转子放置在通槽中；
S17：将已与后导叶固定连接的后导叶段外壳放置在叶轮段外壳的右侧，通过外壳两端的紧固件进行固定连接；
S18：在后导叶段外壳的右侧通过外壳两端的紧固件安装出水流道段外壳；
S19：在叶轮段外壳的左侧通过外壳两端的紧固件安装前导叶段外壳；
S20：在前导叶段外壳的左侧通过外壳两端的紧固件安装竖井进水流道段外壳。
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