CN116498593A - 一种可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，叶轮前侧设置叶轮螺母和卡盘组成的锁紧密封结构。叶轮后侧设置衬板、副叶轮构成的动力密封装置。泵盖后侧设置机械密封组件。泵结构采用陶瓷碳化硅轴承结构，其结构含对称布置的推力片，轴承外圈，轴承内圈。所述磁力耦合部件包括隔离套、内磁转子、外磁转子。泵盖，支承体，机械密封和隔离套形成密闭空间内充满隔离液。前座盘随轴旋转，带动隔离液在密闭空间内循环。泵外侧设置连接储液换热罐联通支承体。泵外侧设置压力平衡横罐一端联通泵吐出管，另一端联通储液换热罐，保持两腔体压力一致。泵体采用锻造形式，泵体采用中心支撑。

Description

一种可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵

技术领域

本发明属于流体机械技术领域，具体涉及一种可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵。

背景技术

常规磁力泵采用磁力驱动代替常规联轴器结构，可保证泵侧隔离液无法向电机侧泄露，因此磁力驱动是一种无泄露结构。

常规磁力泵主要由泵体、泵吐出管、叶轮、泵盖、支承体、轴、支架、磁力耦合部件和电机等组成。常规磁力泵结构仅适合常温常压介质，不适应高温高压工况。磁力泵在使用中环境温度应小于40℃。温度一旦超过规定标准，将会影响泵的运行效率。若温度进一步升高，在极限高温下磁力泵的磁性将会消失。此外，磁力泵也不适应含固体颗粒和少量气体工况。介质的高温高压特性不能改变，泵前置过滤器效果欠佳，少量气体仍然存在。亟待创新新结构泵型以解决目前现状。

现状中不允许有铁磁杂质、颗粒进入磁力耦合部件和滑动轴承冲突。(2)运送易结晶或沉淀介质后要及时冲刷，以保证滑动轴承的运用寿命。(3)运送富含固体颗粒的介质时，应在泵流管入口处过滤。

发明内容

本发明提供了一种可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，目的在于解决现有磁力泵无法输送含固体颗粒和少量气体的三相流高温高压介质的问题。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，所述磁力泵包括泵体，泵吐出管，叶轮，沿主轴方向设置的泵盖，支承体，主轴，支架，磁力耦合部件和电机；

所述叶轮的头端设有锁紧密封结构，用于密封锁紧叶轮头端；

所述叶轮与泵盖之间的空腔形成动力密封腔，动力密封腔内设有动力密封装置，动力密封装置用于阻断固体颗粒进入动力密封腔后侧；

所述泵盖与主轴之间设有机械密封组件，防止泵体内的液体进入支承体中；

还包括设于泵外的储液换热罐和压力平衡横罐，储液换热罐联通支承体N1接口处，用于对支承体内的隔离液进行冷却；压力平衡横罐一端联通泵吐出管N2接口、另一端联通储液换热罐，压力平衡横罐中间设置活塞装置，压力平衡横罐用于保持泵腔和储液换热罐两腔体压力平衡。

进一步地，所述锁紧密封结构包括叶轮螺母、卡盘、圆柱销、第一O形圈、环形垫片；

叶轮的中心设有轴孔，主轴的头端从叶轮轴孔头端穿出，卡盘套设于主轴上且后端面抵靠叶轮前端面，卡盘后端的凸缘嵌入叶轮轴孔中；卡盘后端面上设有环形槽，环形槽内设有第一O形圈密封，第一O形圈抵靠叶轮前端面；卡盘凸缘表面沿径向设有圆柱销且定位于叶轮键槽中；叶轮螺母螺纹连接于主轴的头端用于紧固卡盘和叶轮，叶轮螺母后端面与卡盘前端面之间使用环形垫片密封。

进一步地，所述动力密封装置包括叶轮、衬板和副叶轮；

叶轮的背面上设有放射筋条状叶轮背叶片；

衬板位于于叶轮后侧，衬板呈圆盘状，中心设有过轴孔，边缘设有与泵盖孔对应的螺孔，衬板通过螺孔与泵盖固定连接；衬板背面呈内凹盘状，内凹盘内均匀布置有绕中心呈放射筋条状衬板背叶片；

副叶轮位于衬板后侧，副叶轮为圆盘状，中心设有轴孔，副叶轮与主轴通过键连接；副叶轮背面均匀布置有绕中心呈放射筋条状的副叶轮背叶片。

进一步地，所述机械密封组件位于泵盖与主轴连接处，包括机械密封，机封轴套和静环压片；

机封轴套套设于主轴上，机封轴套前端抵靠副叶轮背面；

静环压片连接于机封静环背面，静环压片上连接有螺钉，螺钉固定于泵盖上。

进一步地，还包括设于机封轴套后侧支承体内的双列陶瓷碳化硅轴承，双列陶瓷碳化硅轴承之间套设有间隔套。

进一步地，位置靠近前端的陶瓷碳化硅轴承与机封轴套之间设有前座盘；前盘座通过键连接于主轴上，前盘座前端面抵靠机封轴套后端；推力片连接于前座盘的后端面上，推力片抵靠轴承外圈；前盘座的轮毂外缘还设有搅拌叶片。

进一步地，位置靠近后端部的陶瓷碳化硅轴承与内磁转子之间设有后座盘；后盘座通过键连接于主轴上，后盘座前端面抵靠轴承内圈、后盘座后端面抵靠内磁转子；推力片连接于后座盘的前端面上，推力片抵靠轴承外圈。

进一步地，所述主轴与轴承内圈的连接处设有至少两道第三O形圈。

进一步地，支承体后端连接有隔离套，内磁转子包裹于隔离套内，陶瓷碳化硅轴承也包裹于隔离套内；所述泵盖，支承体，机械密封，隔离套之间形成密闭空间，密闭空间内充满隔离液。

进一步地，所述泵体锻造生产，泵体采用中心支撑。

本发明的设计原理如下：

1.现有磁力泵靠泵送介质润滑轴承，泵送介质含固体颗粒时，固体颗粒进入轴承间隙加剧轴承磨损。本方案叶轮后盖板设置背叶片，同时叶轮后侧设置衬板、副叶轮构成的动力密封装置，形成三个动静旋转副，有效阻隔固体颗粒层层通向泵后腔；在动力密封装置后增设机械密封，进一步阻止部分穿过动力密封装置固体杂质进入支承体构成的轴承腔内，对固体颗粒进行二次阻隔，提高轴承寿命；隔离液储存于储液换热罐中，向下流动至支承体上方供给，保证陶瓷碳化硅轴承和机械密封润滑。

2.泵送介质含气时，气体紊乱流体流动，影响泵稳定性。本方案设置动力密封装置，通过在叶轮后盖板设计背叶片及在衬板后侧的副叶轮，叶轮背叶片（径向直叶片）和副叶轮上设置的径向直叶片，有效将积聚在泵后腔的气体排向泵体随泵送液体排出。

3.现有磁力泵未针对高温高压介质进行结构创新，无法输送高温高压介质。

本方案针对高温情况，增设机械密封，机械密封和陶瓷碳化硅轴承独立供给隔离液，不与泵送介质同液。隔离液储存于储液换热罐中，储液换热罐中含储液和换热两大功能，杜绝磁力耦合部件产生的涡流热量、陶瓷碳化硅轴承摩擦热量，高温介质轴传导热量三者给隔离液带来的升温效应，从而保证轴承和机械密封可靠性。增设动力密封装置有效降低泵后腔压力，高压介质对泵腔带来很大考验，泵体采用钢件锻造，材料具体高致密度和超高强度，适应高压。高温影响轴心泵轴心线位置变化，泵体采用中心支撑避免传统底脚因高温导致轴心抬高，泵体采用中心支撑后时刻保持电机轴与泵轴同心。

本发明的有益效果在于：

1.本发明通过设置叶轮螺母和卡盘组成的锁紧密封结构，防止介质接触主轴进而腐蚀主轴；

2.通过叶轮后侧设置衬板、副叶轮构成的动力密封装置，有效防止颗粒进入叶轮后腔磨损机封；

3.通过在叶轮后盖板设计背叶片及在衬板后侧的副叶轮，副叶轮上设置的径向直叶片，有效将积聚在泵后腔的气体排向泵体随泵送液体排出；

4.通过设置机械密封，防止动力密封装置后残余的颗粒进入由泵盖，支承体，机械密封，隔离套形成的密闭空间；

5.通过设置陶瓷碳化硅轴承结构，提高轴承的耐高温性能，保证轴承系统运行稳定；

6.通过设置含八枚径向叶片的前座盘，带动隔离液润滑机械密封、润滑陶瓷碳化硅轴承、冷却磁力耦合部件产生的涡流热量。机械密封采用隔离液润滑，有效杜绝泵空转时导致的机封失液干磨失效情况；

7.通过设置磁力耦合部件，内外磁转子之间插入隔离套，驱动的同时隔离套将主轴与电机轴隔离，杜绝隔离液沿轴向泄漏；

8.设置连接储液换热罐，对隔离液进行冷却，保证隔离液处于较低的温度；

9.通过设置压力平衡横罐，联通泵吐出管、储液换热罐，保持两腔压力一致，防止机械密封受反压过大失效。

10.泵体采用锻造形式，增加材料强度。同时泵体采用中心支撑，防止高温导致的泵轴心线位置变化，时刻保持电机轴与泵轴同心。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图；

图2是本发明的锁紧密封结构的示意图；

图3是本发明的动力密封装置的示意图；

图4是本发明的动力密封装置的零件展开图；

图5本发明机械密封组件及周边零件组装结构图；

图6是本发明陶瓷碳化硅轴承结构及周边零件组装结构图；

图7是本发明的磁力耦合部件结构示意图；

图8是泵外侧设置的储液换热罐和压力平衡横罐安装位置示意图；

图中：1-泵体，2-泵吐出管，3-叶轮，301-叶轮后盖板，302-叶轮背叶片，4-泵盖，5-支承体，6-主轴，7-支架，8-磁力耦合部件，801-隔离套，802-内磁转子，803-外磁转子，9-电机，10-叶轮螺母，11-卡盘，12-圆柱销，13-第一O形圈，14-环形垫片，15-衬板，1501-衬板前端面，1502-衬板背叶片，16-副叶轮，1601-副叶轮前端面，1602-副叶轮背叶片，17-第二O形圈，18-机械密封，19-机封轴套，20-静环压片，21-前座盘，22-推力片，23-轴承外圈，24-轴承内圈，25-后座盘，26-第三O形圈，27-间隔套，28-储液换热罐，29-压力平衡横罐。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理等技术方案进行详细描述。

1.本发明三相流高温高压磁力泵的结构剖视图

参见图1，一种可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，磁力泵包括泵体1，泵吐出管2，叶轮3，沿主轴6方向设置的泵盖4，支承体5，主轴6，支架7，磁力耦合部件8和电机9。

叶轮3的头端设有锁紧密封结构，用于密封锁紧叶轮3头端。

叶轮3与泵盖4之间的空腔形成动力密封腔，动力密封腔内设有动力密封装置，动力密封装置用于阻断固体颗粒进入动力密封腔。

泵盖4与主轴6之间设有机械密封18，防止泵体1内的液体进入支承体5及其后腔中。

还包括设于泵外的储液换热罐28和压力平衡横罐29，储液换热罐28联通支承体5N1接口处，用于对支承体5内的隔离液进行冷却；压力平衡横罐29一端联通泵吐出管N2接口、另一端联通储液换热罐28，压力平衡横罐29用于保持泵吐出管2和储液换热罐28两腔体压力平衡。

2.锁紧密封结构示意图

参见图2，锁紧密封结构包括叶轮螺母10，卡盘11；卡盘11端面与叶轮3端面间靠第一O形圈13密封；卡盘11嵌入叶轮3轴孔中；卡盘11径向设置圆柱销12，定位于叶轮3键槽中；叶轮螺母10紧固卡盘11、叶轮3；叶轮螺母10、卡盘11、轴头之间使用环形垫片14密封。

3.动力密封装置结构示意图

参见图3和4，装配关系从左到右，依次是叶轮3，衬板15，副叶轮16，泵盖4。

相关零件描述：

(a)叶轮后盖板301端面设置叶轮背叶片302，沿径向呈放射状；

(b)衬板15为盘状零件，外部为连接部，设置内凹螺钉孔；

(c)所述衬板15除连接部外，衬板15背面呈内凹盘状，内凹盘内均匀布置有绕中心呈放射筋条状衬板背叶片1502；

(d)衬板15内圆设置过轴孔，穿轴而过且不与主轴6贴合；

(e)副叶轮16主体为圆盘状，中间设置轴孔，与轴贴合，孔中拉有键槽，与轴通过键连接；

(f)副叶轮16右侧均匀布置沿中心放射筋条状的副叶轮背叶片1602；

(f)衬板前端面1501与叶轮背叶片301形成第一个间隙密封；

(g)衬板背叶片1502与副叶轮前端面1601形成第二间隙密封；

(h)副叶轮背叶片1602与泵盖4左侧平面形成第三间隙密封；

相对泵体1而言，叶轮3旋转，衬板15静止，副叶轮16旋转，泵盖4静止。三个间隙密封之间为均为旋转静止副，形成三种动力密封，有效层层阻隔固体颗粒进入叶轮3与泵盖4之间的腔体区域。

4.机械密封组件及周边零件组装结构

参见图5

(a)机封静环后端外侧使用静环压片20固定静环，防止静环被推开失效；

(b)机械密封套于机封轴套19上；

(c)机封轴套19套于主轴6上。

5.陶瓷碳化硅轴承结构及周边零件组装结构

参见图6

(a)前座盘21沿轮毂外缘均匀放射状延伸八枚径向叶片；

(b)前座盘21与主轴6之间通过键连接，主轴6带动前座盘21旋转，径向叶片带动隔离液循环；

(c)前座盘21左侧与机封轴套19端面相抵，右侧与推力片22外侧相抵；

(d)推力片22、轴承外圈23、轴承内圈24均为陶瓷碳化硅材料，可耐受高温。

(e)两个推力片22的外侧分别与前座盘21、后座盘25相抵；

(f)推力片22内侧与轴承外圈23外侧相抵；

(g)轴承外圈23内侧与支承体5内部止口相抵；

(h)间隔套27间隔轴承内圈24内侧；

(i)后座盘25与主轴6之间通过键连接，其左侧与推力片22外侧和轴承内圈24外侧相抵；

(j) 第三O形圈26用于轴承内圈24于主轴6之间的密封。

6.磁力耦合部件8结构示意图

参见图7

(a)内磁转子802呈毂状，中间设置过轴孔，与泵轴端贴合，通过键固定连接；

(b)外磁转子803右侧套入电机9轴，左侧向内凹进成套状；

(c)外磁转子803通过电机9轴带动，带动内磁转子802同步旋转。

(d)内、外磁转子802、803间插入隔离套801；

(e)隔离套801呈套状零件，一侧封闭，一侧与支承体5端面连接，将泵轴包覆。杜绝隔离液沿轴向进入非泵区域。

7.储液换热罐和压力平衡横罐安装位置示意图

参见图8

(a) 泵外侧设置连接储液换热罐28，联通支承体5N1接口处。对隔离液进行冷却，保证隔离液处于较低的温度。

(b)泵外侧设置压力平衡横罐，一端联通泵吐出管2N2接口处，另一端联通储液换热罐28，保持两腔体压力一致。防止机械密封受反压过大失效。

本发明创新性轴头锁紧密封结构，引入陶瓷碳化硅轴承结构，采用套筒状磁

圆环形结构磁力驱动，保证泵侧隔离液无法向电机9侧泄露，是一种无泄露结构。加入机械密封18与叶轮3、衬板15、副叶轮16构成的动力密封结构，同时配套压力平衡横罐29、储液换热罐28，保证机封系统平稳安全运行。隔离液润滑冷却机械密封和轴承，防止泵空转带来的机封失液干磨失效情况，杜绝介质进入轴承系统，保证轴承系统平稳安全运行。轴承系统采用耐高温陶瓷碳化硅材料，安全可靠。采用径向直叶片（叶轮3后盖板设计背叶片及在衬板15后侧的副叶轮16）将积聚在泵后腔的气体排向泵体1随泵送液体排出。泵体1采用锻造形式，增加材料强度。同时泵体1采用中心支撑，防止高温导致的泵轴心线位置变化，时刻保持电机9轴与泵轴同心。

结构创新后，泵可输送含固体颗粒和少量气体的三相流高温高压介质。

Claims (10)

1.一种可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，其特征在于，所述磁力泵包括泵体（1），泵吐出管（2），叶轮（3），沿主轴（6）方向设置的泵盖（4），支承体（5），支架（7），磁力耦合部件（8）和电机（9）；

所述叶轮（3）的头端设有锁紧密封结构，用于密封锁紧叶轮（3）头端；

所述叶轮（3）与泵盖（4）之间的空腔形成动力密封腔，动力密封腔内设有动力密封装置，动力密封装置用于阻断固体颗粒进入动力密封腔后侧；

所述泵盖（4）与主轴（6）之间设有机械密封组件，防止泵体（1）内的液体进入支承体（5）及其后腔中；

还包括设于泵外的储液换热罐（28）和压力平衡横罐（29），储液换热罐（28）联通支承体（5）N1接口处，用于对支承体（5）内的隔离液进行冷却；压力平衡横罐（29）一端联通泵吐出管（2）N2接口、另一端联通储液换热罐（28），压力平衡横罐（29）用于保持泵腔和储液换热罐（28）两腔体压力平衡。

2.根据权利要求1所述的可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，其特征在于，所述锁紧密封结构包括叶轮螺母（10）、卡盘（11）、圆柱销（12）、第一O形圈（13）、环形垫片（14）；

叶轮（3）的中心设有轴孔，主轴（6）的头端从叶轮（3）轴孔头端穿出，卡盘（11）套设于主轴（6）上且后端面抵靠叶轮（3）前端面，卡盘（11）后端的凸缘嵌入叶轮（3）轴孔中；卡盘（11）后端面上设有环形槽，环形槽内设有第一O形圈（13）密封，第一O形圈（13）抵靠叶轮（3）前端面；卡盘（11）凸缘表面沿径向设有圆柱销（12）且定位于叶轮（3）键槽中；叶轮螺母（10）螺纹连接于主轴（6）的头端用于紧固卡盘（11）和叶轮（3），叶轮螺母（10）后端面与卡盘（11）前端面之间使用环形垫片（14）密封。

3.根据权利要求1所述的可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，其特征在于，所述动力密封装置包括叶轮（3）、衬板（15）和副叶轮（16）；

叶轮（3）的背面上设有放射筋条状的叶轮背叶片（301）；

衬板（15）位于叶轮（3）后侧，衬板（15）呈圆盘状，中心设有过轴孔，边缘设有与泵盖孔对应的螺孔，衬板（15）通过螺孔与泵盖（4）固定连接；衬板（15）背面呈内凹盘状，内凹盘内均匀布置有绕中心呈放射筋条状衬板背叶片（1502）；

副叶轮（16）位于衬板（15）后侧，副叶轮（16）为圆盘状，中心设有轴孔，副叶轮（16）与主轴（6）通过键连接；副叶轮（16）背面均匀布置有绕中心呈放射筋条状的副叶轮背叶片（1602）。

4.根据权利要求1所述的可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，其特征在于，所述机械密封组件位于泵盖（4）与主轴（6）连接处，包括机械密封（18）、机封轴套（19）和静环压片（20）；

机封轴套（19）套设于主轴（6）上，机封轴套（19）前端抵靠副叶轮（16）背面；

机械密封（18）位于泵盖（4）后侧，静环压片（20）抵靠机封静环背面，静环压片（20）上连接有螺钉，螺钉固定于泵盖（4）上。

5.根据权利要求1所述的可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，其特征在于，还包括设于机封轴套（19）后侧支承体（5）内的双列陶瓷碳化硅轴承，双列陶瓷碳化硅轴承之间套设有间隔套（27）。

6.根据权利要求5所述的可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，其特征在于，位置靠近前端的陶瓷碳化硅轴承与机封轴套（19）之间设有前座盘（21）；前盘座通过键连接于主轴（6）上，前盘座前端面抵靠机封轴套（19）后端；推力片（22）连接于前座盘（21）的后端面上，推力片（22）抵靠轴承外圈（23）；前盘座的轮毂外缘还设有搅拌叶片。

7.根据权利要求6所述的可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，其特征在于，位置靠近后端部的陶瓷碳化硅轴承与内磁转子（802）之间设有后座盘（25）；后盘座通过键连接于主轴（6）上，后盘座前端面抵靠轴承内圈（24）、后盘座后端面抵靠内磁转子（802）；推力片（22）连接于后座盘（25）的前端面上，推力片（22）抵靠轴承外圈（23）。

8.根据权利要求5所述的可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，其特征在于，所述主轴（6）与轴承内圈（24）的连接处设有至少两道第三O形圈（26）。

9.根据权利要求5所述的可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，其特征在于，支承体（5）后端设置有隔离套（801），内磁转子（802）包裹于隔离套（801）内，陶瓷碳化硅轴承也包裹于隔离套（801）内；所述泵盖（4），支承体（5），机械密封（18），隔离套（801）之间形成密闭空间，密闭空间内充满隔离液。

10.根据权利要求1所述的可空载可输送含颗粒和少量气体的三相流磁力泵，其特征在于，所述泵体（1）锻造生产，泵体（1）采用中心支撑。