CN116044807A - 一种高温高压泵转子及其冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压泵转子，包括转轴和固定安装在转轴上的叶片，转轴为两端设置有转轴阶梯部的阶梯轴，转轴两端转轴阶梯部上各设置有一个带孔套筒，带孔套筒为两端设置有套筒阶梯部的阶梯型圆环，在内径面形成凸台，带孔套筒两端套筒阶梯部各设置有一个用于支撑带孔套筒的轴承，转轴两端转轴阶梯部均固定有固定套筒，带孔套筒一端通过转轴的轴肩限位，另一端通过固定安装在转轴上的固定套筒限位，本发明通过在转子内部设置一系列流道，直接对转子内部进行冷却，增强转子的整体冷却效果；另外通过对轴承的多次冷却，提高轴承的冷却效果；通过叶片上设置有多个叶间轴向通孔，通过增加冷却液在叶片内的流经面积，提高叶片的冷却效果。

Description

一种高温高压泵转子及其冷却系统

技术领域

本发明涉及流体机械技术领域，具体是一种高温高压泵转子及其冷却系统。

背景技术

高温泵广泛应用于化工、电力、医药食品、冶金矿山、纺织印染、核工业、能源等国防及国民经济的各个领域，输送各种具有高温高压的介质。一般情况下，高温泵输送介质温度在200～400℃之间，因此高温泵的转子工作时处于较高的温度环境。高温工况造成关键零部件可靠性差的问题越发突出，由此导致泵装置运行效率低、稳定性差、转子部件寿命短，严重制约了相关行业的发展。由于轴承和其他机械部件的工作温度一般要求在100度以下，超过这个温度就需要通过外部手段进行冷却降温，保证整个泵体在一个相对较低的温度下正常工作。

现有的对泵体进行冷却降温时，常对转子外部进行冷却，一方面，考虑到设置的冷却系统不能妨碍转子的正常工作，尤其是不能妨碍转子内部叶片的转动，设置的冷却系统和转子之间会存在一定距离，影响转子的冷却效果，再或者将冷却系统贴着转子设置，这样需要考虑转子转动时冷却系统内的冷却流道也需要跟着转子转动，增加了转子转动的能量损耗，且增加的能量损耗也会有一部分转化热能，导致转子升温加快，进而影响转子的冷却效果，牺牲了泵的效率还影响转子的冷却效果，另一方面，冷却系统内的冷却流道设置在转子外部，也需要增加额外的体积，导致泵的体积过大，影响泵的可携带性。

发明内容

针对现有的转子常将冷却系统加装到转子外部，导致泵体积过大且转子的冷却效果不佳，本发明提供一种高温高压泵转子，通过将冷却液流道设置在转子内部，使冷却液可流经轴承、叶片，直接对其实现内部冷却，减少体积的同时提高轴承叶片的冷却效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高温高压泵转子，包括转轴和固定安装在转轴上的叶片，转轴为两端设置有转轴阶梯部的阶梯轴，转轴两端转轴阶梯部上各设置有一个带孔套筒，带孔套筒为两端设置有套筒阶梯部的阶梯型圆环，在内径面形成凸台，带孔套筒两端套筒阶梯部各设置有一个用于支撑带孔套筒的轴承，转轴两端转轴阶梯部均固定有固定套筒，带孔套筒一端通过转轴的轴肩限位，另一端通过固定安装在转轴上的固定套筒限位；

带孔套筒的凸台上设置有圆环形的凹槽，转轴两端的带孔套筒外侧分别固定有冷却液进口管和冷却液出口管，冷却液进口管和冷却液出口管均设置在带孔套筒两端的轴承之间，带孔套筒上设置有套筒通孔用于连通凹槽和冷却液进口管/冷却液出口管；叶片上设置有前缘导流道、后缘导流道以及多个用于连通前缘导流道和后缘导流道的叶间轴向通孔；转轴上两端分别设置有连通一端带孔套筒上的凹槽与前缘导流道的入流管路和连通另一端带孔套筒上的凹槽与后缘导流道的出流管路，入流管路和出流管路分别流经转轴两端的轴承圆心，用于转轴两端的轴承冷却。

进一步的，入流管路包括按冷却液流动方向依次连接的入流径向盲孔、前侧边轴向盲孔、前端面连接孔、前中心轴向盲孔、前导流径向盲孔，入流径向盲孔与一端的凹槽连通，前导流径向盲孔与前缘导流道连通，前端面连接孔设置在转轴上的端部，前中心轴向盲孔与转轴同心且流经转轴一端的轴承圆心；出流管路包括按冷却液流动方向依次连接的后导流径向盲孔、后中心轴向盲孔、后端面连接孔、后侧边轴向盲孔、出流径向盲孔，后导流径向盲孔与后缘导流道连通，出流径向盲孔与另一端的凹槽连通，后端面连接孔设置在转轴上的端部，后中心轴向盲孔与转轴同心且流经转轴另一端的轴承圆心。

进一步的，叶片通过轮毂固定安装在转轴上，轮毂上设置有连通前导流径向盲孔与前缘导流道的前导流径向通孔以及连通后缘导流道与后导流径向盲孔的后导流径向通孔。

进一步的，转轴上的轴承两端均设置有轴承端盖，且轴承端盖均设置在带孔套筒的套筒阶梯部内，固定套筒抵接最外侧的轴承端盖，通过固定套筒-轴承端盖-轴承-轴承端盖-带孔套筒-轴承端盖-轴承-轴承端盖-转轴的轴肩的连接关系实现轴承和带孔套筒限位。

进一步的，叶片两端分别固定安装有叶片前缘盖板、叶片后缘盖板。

进一步的，前端面连接孔和后端面连接孔均为沉孔，转轴两端固定安装有用于密封前端面连接孔/后端面连接孔的轴盖。

进一步的，前缘导流道高度大于或等于前导流径向通孔的直径，所述后缘导流道高度大于或等于后导流径向通孔的直径。

一种高温高压泵转子的冷却系统，包括转子、冷却箱、设置在冷却箱内的换热管、循环泵和连接管道，将换热管、循环泵和连接管道以及转子连接形成一个循环闭环系统；工作时冷却箱内盛装有用于热交换的低温液体。

进一步的，换热管上设置有浸没在冷却箱低温液体内的冷凝段，冷凝段由数个U型管相互串联。

进一步的，通过法兰将换热管、循环泵和连接管道以及转子连接。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过在转子内部设置一系列流道，相比于转子外部设置冷却流道，直接对转子内部进行冷却，增强转子的整体冷却效果；另外将冷却液的流道设置在转子内部，无需额外增加体积，即相比于冷却流道设置在外部的转子，本发明的体积更小，增加了泵的可便携性，同时减少转子工作时的能量损耗，避免了这部分能量损耗转化为热量，进而减缓了转子的升温速度，进而提高转子的冷却效果。

2.本发明通过轴承设置在凸台两端的套筒阶梯部，即凸台上的凹槽设置在一端的两个轴承中间，当冷却液流经凹槽时可实现对轴承的一次冷却，后冷却液流经入流管路/出流管路时，会流经转轴两端轴承的中心，实现对轴承的再次冷却；通过对轴承的多次冷却，提高轴承的冷却效果。

3.本发明通过叶片上设置有多个叶间轴向通孔，通过增加冷却液在叶片内的流经面积，提高叶片的冷却效果。

4.本发明中将凹槽设置成圆环形，一方面增加冷却液的流经面积，提高轴承的冷却效果；另一方面，当转轴工作转动时，圆环形凹槽的设置还可保证带孔套筒无需转动即可实现冷却液从凹槽内流进入流管路或从出流管路流进另一端的凹槽内，即工作时冷却无需冷却液进口管/冷却液出口管无需跟着转轴转动，减少能量损耗。

5.本发明中冷却液在后缘导流道中受到的离心力方向与冷却液的流向相反，会增强冷却液在叶片上的后缘导流道的停留时间，可以带走叶片上更多的热量，进而增强叶片的冷却效果。

附图说明

图1为本发明中高温高压泵转子剖面图。

图2为本发明中高温高压泵转子局部二维爆炸示意图。

图3为本发明中带孔套筒三维剖视图。

图4为本发明中高温高压泵转子立体示意图。

图5为本发明中高温高压泵转子三维爆炸示意图。

图6为本发明中冷却系统示意图。

图中，1、轴盖；2、前端面连接孔；3、转轴；301、转轴阶梯部；4、固定套筒；5、轴承端盖；6、轴承；7、带孔套筒；701、凹槽；702、套筒阶梯部；703、套筒通孔；8、前中心轴向盲孔；9、前导流径向盲孔；10、轮毂；11、前导流径向通孔；12、叶片前缘盖板；13、前缘导流道；14、叶片；15、叶间轴向通孔；16、后缘导流道；17、叶片后缘盖板；18、后导流径向通孔；19、后导流径向盲孔；20、后中心轴向盲孔；21、后端面连接孔；22、前侧边轴向盲孔；23、入流径向盲孔；24、冷却液进口管；25、冷却液出口管；26、出流径向盲孔；27、后侧边轴向盲孔；28、法兰；30、冷凝段；32、冷却箱；33、循环泵；34、连接管道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1-图5所示的高温高压泵转子的二维及三维图，一种高温高压转子包括转轴3和通过轮毂10固定在转轴3上的叶片14，叶片14的大小和数量可以根据实际情况选择固定安装，转轴3为两端设置有转轴阶梯部301的阶梯轴，转轴3两端转轴阶梯部301上各设置有一个带孔套筒7，带孔套筒7为两端设置有套筒阶梯部702的阶梯型圆环，在内径面形成凸台，凸台两端为套筒阶梯部702，带孔套筒7两端套筒阶梯部702各设置有一个用于支撑带孔套筒7的轴承6，所述转轴3上的轴承6两端均设置有轴承端盖5，且轴承端盖5均设置在带孔套筒7的套筒阶梯部702内，转轴3两端转轴阶梯部301均固定有固定套筒4，固定套筒4抵接最外侧的轴承端盖5，通过固定套筒4-轴承端盖5-轴承6-轴承端盖5-带孔套筒7-轴承端盖5-轴承6-轴承端盖5-转轴3的轴肩的连接关系实现轴承6和带孔套筒7的限位。

结合图2和图3，带孔套筒7上的凸台上设置有圆环形的凹槽701，转轴3两端的带孔套筒7外侧分别固定有冷却液进口管24和冷却液出口管25，冷却液进口管24和冷却液出口管25均设置在带孔套筒7两端的轴承6之间，带孔套筒7上设置有套筒通孔703用于连通凹槽701和冷却液进口管24/冷却液出口管25，叶片14上设置有前缘导流道13、后缘导流道16以及多个用于连通前缘导流道13和后缘导流道16的叶间轴向通孔15，多个叶间轴向通孔15的设置，增强叶片14的冷却效果，叶片14两端分别固定安装有用于对前缘导流道13密封的叶片前缘盖板12、用于对后缘导流道16密封的叶片后缘盖板17；转轴3上两端分别设置有连通一端带孔套筒7上的凹槽701与前缘导流道13的入流管路和连通另一端带孔套筒7上的凹槽701与后缘导流道16的出流管路，叶片前缘盖板12和叶片后缘盖板17与叶片14连接部分均涂有密封胶，以保证连接处的密封。

入流管路包括按冷却液流动方向依次连接的入流径向盲孔23、前侧边轴向盲孔22、前端面连接孔2、前中心轴向盲孔8、前导流径向盲孔9，入流径向盲孔23与一端的凹槽701连通，前导流径向盲孔9与前缘导流道13连通，前端面连接孔2设置在转轴3上的端部，前中心轴向盲孔8与转轴3同心且流经转轴3一端的轴承6圆心，实现凹槽701和入流管路对一端的轴承6的多次冷却，提高轴承6的冷却效果；出流管路包括按冷却液流动方向依次连接的后导流径向盲孔19、后中心轴向盲孔20、后端面连接孔21、后侧边轴向盲孔27、出流径向盲孔26，后导流径向盲孔19与后缘导流道16连通，出流径向盲孔26与另一端的凹槽701连通，后端面连接孔21设置在转轴3上的端部，后中心轴向盲孔20与转轴3同心且流经转轴3另一端的轴承6圆心，实现凹槽701和出流管路对另一端的轴承6的多次冷却，提高轴承6的冷却效果。轮毂10上设置有连通前导流径向盲孔9与前缘导流道13的前导流径向通孔11以及连通后缘导流道16与后导流径向盲孔19的后导流径向通孔18，前缘导流道13高度大于或等于前导流径向通孔11的直径，后缘导流道16高度大于或等于后导流径向通孔18的直径。前端面连接孔2和后端面连接孔21均为沉孔，转轴3两端固定安装有用于密封前端面连接孔2/后端面连接孔21的轴盖1，轴盖1和转轴3之间连接处涂有密封胶，以保证连接处的密封。

如图4所示为转子的冷却系统示意图，高温高压泵转子的冷却系统，包括转子、用于换热的冷却箱32、设置在冷却箱32内的换热管、用于给冷却液提供循环动力的循环泵33以及连接管道34，通过法兰28将换热管、循环泵33和连接管道34以及转子连接形成一个循环闭环系统，以实现对转子的循环冷却。工作时冷却箱32内盛装有低温液体，换热管上设置有浸没在冷却箱32内低温液体内的冷凝段30，冷凝段30由数个U型管相互串联，低温液体用于实现冷凝段30的热交换。

所述实例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高温高压泵转子，其特征在于：包括转轴(3)和固定安装在转轴(3)上的叶片(14)，转轴(3)为两端设置有转轴阶梯部(301)的阶梯轴，转轴(3)两端转轴阶梯部(301)上各设置有一个带孔套筒(7)，带孔套筒(7)为两端设置有套筒阶梯部(702)的阶梯型圆环，在内径面形成凸台，带孔套筒(7)两端套筒阶梯部(702)各设置有一个用于支撑带孔套筒(7)的轴承(6)，转轴(3)两端转轴阶梯部(301)均固定有固定套筒(4)，带孔套筒(7)一端通过转轴(3)的轴肩限位，另一端通过固定安装在转轴(3)上的固定套筒(4)限位；

带孔套筒(7)的凸台上设置有圆环形的凹槽(701)，转轴(3)两端的带孔套筒(7)外侧分别固定有冷却液进口管(24)和冷却液出口管(25)，冷却液进口管(24)和冷却液出口管(25)均设置在带孔套筒(7)两端的轴承(6)之间，带孔套筒(7)上设置有套筒通孔(703)用于连通凹槽(701)和冷却液进口管(24)/冷却液出口管(25)；叶片(14)上设置有前缘导流道(13)、后缘导流道(16)以及多个用于连通前缘导流道(13)和后缘导流道(16)的叶间轴向通孔(15)；转轴(3)上两端分别设置有连通一端带孔套筒(7)上的凹槽(701)与前缘导流道(13)的入流管路和连通另一端带孔套筒(7)上的凹槽(701)与后缘导流道(16)的出流管路，入流管路和出流管路分别流经转轴(3)两端的轴承(6)圆心，用于转轴(3)两端的轴承(6)冷却。

2.根据权利要求1所述的高温高压泵转子，其特征在于：所述入流管路包括按冷却液流动方向依次连接的入流径向盲孔(23)、前侧边轴向盲孔(22)、前端面连接孔(2)、前中心轴向盲孔(8)、前导流径向盲孔(9)，入流径向盲孔(23)与一端的凹槽(701)连通，前导流径向盲孔(9)与前缘导流道(13)连通，前端面连接孔(2)设置在转轴(3)上的端部，前中心轴向盲孔(8)与转轴(3)同心且流经转轴(3)一端的轴承(6)圆心；

所述出流管路包括按冷却液流动方向依次连接的后导流径向盲孔(19)、后中心轴向盲孔(20)、后端面连接孔(21)、后侧边轴向盲孔(27)、出流径向盲孔(26)，后导流径向盲孔(19)与后缘导流道(16)连通，出流径向盲孔(26)与另一端的凹槽(701)连通，后端面连接孔(21)设置在转轴(3)上的端部，后中心轴向盲孔(20)与转轴(3)同心且流经转轴(3)另一端的轴承(6)圆心。

3.根据权利要求2所述的高温高压泵转子，其特征在于：所述叶片(14)通过轮毂(10)固定安装在转轴(3)上，轮毂(10)上设置有连通前导流径向盲孔(9)与前缘导流道(13)的前导流径向通孔(11)以及连通后缘导流道(16)与后导流径向盲孔(19)的后导流径向通孔(18)。

4.根据权利要求1所述的高温高压泵转子，其特征在于：所述转轴(3)上的轴承(6)两端均设置有轴承端盖(5)，且轴承端盖(5)均设置在带孔套筒(7)的套筒阶梯部(702)内，固定套筒(4)抵接最外侧的轴承端盖(5)，通过固定套筒(4)-轴承端盖(5)-轴承(6)-轴承端盖(5)-带孔套筒(7)-轴承端盖(5)-轴承(6)-轴承端盖(5)-转轴(3)的轴肩的连接关系实现轴承(6)和带孔套筒(7)限位。

5.根据权利要求1所述的高温高压泵转子，其特征在于：所述叶片(14)两端分别固定安装有叶片前缘盖板(12)、叶片后缘盖板(17)。

6.根据权利要求1所述的高温高压泵转子，其特征在于：所述前端面连接孔(2)和后端面连接孔(21)均为沉孔，转轴(3)两端固定安装有用于密封前端面连接孔(2)/后端面连接孔(21)的轴盖(1)。

7.根据权利要求3所述的高温高压泵转子，其特征在于：所述前缘导流道(13)高度大于或等于前导流径向通孔(11)的直径，所述后缘导流道(16)高度大于或等于后导流径向通孔(18)的直径。

8.权利要求1-7任一项所述的高温高压泵转子的冷却系统，其特征在于：还包括冷却箱(32)、设置在冷却箱(32)内的换热管、循环泵(33)和连接管道(34)，将换热管、循环泵(33)和连接管道(34)以及转子连接形成一个循环闭环系统；工作时冷却箱(32)内盛装有用于热交换的低温液体。

9.根据权利要求8所述的高温高压泵转子的冷却系统，其特征在于：所述换热管上设置有浸没在冷却箱(32)低温液体内的冷凝段(30)，冷凝段(30)由数个U型管相互串联。

10.根据权利要求8所述的高温高压泵转子的冷却系统，其特征在于：通过法兰(28)将换热管、循环泵(33)和连接管道(34)以及转子连接。

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