CN117404325A - 一种离心泵设备及机械密封保护壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离心泵设备及机械密封保护壳体，其内部开设有机封腔，机封腔内用于放置机械密封组件，并用于供转轴贯穿设置，机封腔为圆锥台状设计，所述机械密封保护壳体于机封腔内腔口直径小的一端设置有多个缓冲块。本发明通过将机封腔设计成锥形结构，形成对机械密封组件的第一重保护；再利用机械密封保护壳体于机封腔内腔口直径小的一端设置多个缓冲块，形成对机械密封组件的第二重保护,更高效地防止固体颗粒对机封腔内机械密封组件的侵蚀问题，进而大大提高机械密封组件的使用寿命。

Description

一种离心泵设备及机械密封保护壳体
技术领域
本发明涉及一种离心泵技术领域，尤其是涉及一种离心泵设备及机械密封保护壳体。
背景技术
离心泵是指靠近叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵。离心泵在工作时泵轴旋转而壳体不动，其间的环向间隙如果不加以密封或密封不好，则外界的空气极易渗入叶轮中心的低压区，使泵的流量、效率下降，严重时导致流量为零而产生气缚现象。通常，离心泵轴封可以采用机械密封或填料密封来实现轴与壳之间的密封，进而保证离心泵正常、高效运转。
在离心泵刚刚发展起来的时候，大多数泵轴都是采用填料密封的，所以初期设计的机械密封没有专用的密封腔体，而是直接放入填料腔体中。但是，填料腔体为圆柱形构造，内径尺寸相对较小，不允许机械密封周围有足够的液体循环，故无法带走机械密封周围足够的热量，同时也不能使填料腔体内液体中的固体颗粒远离机械密封面，使固体颗粒慢慢堆积在机械密封表面，大大降低机械密封的使用寿命，从而达不到理想的密封效果。
故而亟需提出一种离心泵设备及机械密封保护壳体来解决所提出的问题。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种离心泵设备及机械密封保护壳体，能为机械密封的周围提供更多的空间，促进泵内部流体循环，将固体颗粒和空气从机械密封周围快速排出，并降低机械密封面温度，从而提高机械密封的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种机械密封保护壳体，其机械密封保护壳体内部开设有机封腔，所述机封腔内用于放置机械密封组件，并用于供转轴贯穿设置，所述机封腔为圆锥台状设计，所述机械密封保护壳体于所述机封腔内腔口直径小的一端设置有多个缓冲块。
在其中一个实施例中，所述机封腔腔口直径小的一端直径D1=机械密封组件的最大外径D+（60~80）mm，所述锥形腔体结构的锥角α=5°~30°，所述锥形腔体结构沿转轴轴向方向的轴向长度L1=机械密封组件长度L+（50~100）mm。
在其中一个实施例中，所述缓冲块为三棱锥的块状构造，所述缓冲块的其中第一个面与机械密封保护壳体的内侧壁贴合设置，所述缓冲块的其中第二个面及第三个面均为平面或曲面构造，所述缓冲块的其中第四个面为平面，该第四个面贴合所述机封板设置。
在其中一个实施例中，所述缓冲块的长度L2=（30～50）mm，所述缓冲块的高度H1=（20～30）mm，所述缓冲块的宽度B1=（30～40）mm。
在其中一个实施例中，所述机械密封保护壳体于所述机封腔内腔口直径大的一端设置有多个导叶。
在其中一个实施例中，所述导叶的制造方法，包括如下步骤，
根据水泵设计流量Q确定机封腔体内的流量q=（0.03～0.08）·Q；
根据Z0=int(20-4·D/Rj)获取导叶的数量Z0；其中，int指代向下取整为最接近的整数，D指代机械密封组件的最大外径，R j指代机封腔腔口直径大端所对应的半径；
获取导叶骨线弦长l；
获取导叶进口安放角αj；
确定导叶轴向尺寸L3，L3=(0.8～0.9）·l；
导叶骨线绘型；
对导叶加厚操作；以导叶进口圆周方向厚度Suj为基准来加厚叶片；
确定导叶高度H2；其中，导叶径向高度最佳范围值H2=Rj- D/2-（5～10）mm。
在其中一个实施例中，所述步骤获取导叶骨线弦长l的方法，具体操作如下：
根据l/t=1.15～1.25获取导叶骨线弦长l；其中，t=2πRj/Z0，，l指代导叶骨线弦长；t指代导叶分布展开圆上的间距；R j指代机封腔腔口直径大端所对应的半径。
在其中一个实施例中，所述步骤获取导叶进口安放角αj的方法，包括如下步骤：
4.1）获取进口液流角αj '
tanαj '=v mj/v uj
其中，v mj指代导叶进口计算点轴面速度；v uj指代导叶进口计算点圆周分速度；
其中，F j指代过导叶进口边计算点的轴面液流过水断面面积，F j =2πR j H2，H2指代导叶高度；
n指代水泵转轴的旋转速度；
φj指代导叶进口排挤系数，；
s uj指代导叶进口圆周方向厚度，
，
s j指代导叶进口计算点的流面厚度；
4.2）获取导叶进口安放角αj；
αj=αj '+△α
其中，△α指代为导叶进口冲角。
一种离心泵设备，其包括泵体、叶轮、转轴及座体，所述泵体内设置有泵腔，所述转轴一端通过轴承座设置在所述座体内，所述转轴另一端凸伸至所述泵腔内，所述叶轮置于所述泵腔内并固定在所述转轴上；所述泵体内于所述叶轮一侧设置有机械密封保护壳体，所述机械密封保护壳体内部开设有机封腔，所述机封腔为圆锥台状设计，所述机械密封保护壳体于所述机封腔内腔口直径小的一端设置有多个缓冲块，所述机封腔内设有机械密封组件，所述机封腔与所述泵腔连通设置，所述机械密封保护壳体一侧设置有机封板，所述转轴贯穿所述机封板及所述机械密封保护壳体设置；其中，所述机械密封保护壳体为上述的机械密封保护壳体构造。
在其中一个实施例中，所述机封腔的腔口直径大端所对应的端面与叶轮后端面之间的间隙δ=（1～2）mm。
综上所述，本发明一种离心泵设备及机械密封保护壳体通过将机封腔设计成锥形结构，形成对机械密封组件的第一重保护；再利用机械密封保护壳体于机封腔内腔口直径小的一端设置多个缓冲块，形成对机械密封组件的第二重保护；另外，还可配合在机械密封保护壳体于机封腔内腔口直径大的一端设置有多个导叶，形成对机械密封组件的第三重保护，更高效地防止固体颗粒对机封腔内机械密封组件的侵蚀问题，进而大大提高机械密封组件的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种离心泵设备的结构图；
图2为本发明一种机械密封保护壳体的结构剖视图；
图3为本发明一种机械密封保护壳体的结构示意图；
图4为本发明机封腔体内液体及固体流动示意图；
图5为本发明导叶的在展开面上的示意图；
图6是本发明导叶的导叶骨线绘型图；
图7是本发明机械密封组件使用寿命与导叶高度的关系示意图;
图8为图4所示本发明机封腔体内液体及固体流动的局部放大示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1至图4，本发明一种离心泵设备包括泵体1、叶轮2、转轴6及座体7，泵体1内设置有泵腔10，转轴6一端通过轴承座设置在座体7内，转轴6另一端凸伸至泵腔10内，叶轮2置于泵腔10内并固定在转轴6上；泵体1内于叶轮2一侧设置有机械密封保护壳体3，机械密封保护壳体3内部开设有机封腔30，机封腔30内设有机械密封组件5，机封腔30与泵腔10连通设置，机械密封保护壳体3一侧设置有机封板4，转轴6贯穿机封板4及机械密封保护壳体3设置，机械密封保护壳体3用于对机封腔30内的机械密封组件5进行保护；本实施例中，机械密封组件5本身不涉及本发明的发明点，可采用现有技术，如通过市场购买或本领域技术人员简单制造获得，在此不必赘述。
现有离心泵的机封腔30为圆柱形设计，为此，从机封腔30腔口流入的流体与从机封腔30腔口流出的流体形成对冲效果，导致流体中的固体颗粒极其容易在机封腔30内滞留乃至堆积在机械密封组件5表面，进而形成对机封腔30内机械密封组件5的侵蚀乃至堵塞，不利于机械密封组件5使用寿命的提高，为此，为降低流体中固体颗粒在机封腔30内的堆积问题，本发明具体采用如下结构来进行解决。
在一个实施例中，机封腔30为圆锥台状设计，具体地，机封腔30为靠近叶轮2一侧腔口直径大、靠近机械密封组件5一侧腔口直径小的锥形腔体结构，以便于机械密封组件5周围流体的流动与固体颗粒的排出，从而形成对机械密封组件5的保护效果。
在一个实施例中，机封腔30腔口直径小的一端直径D1=机械密封组件5的最大外径D+（60~80）mm，锥形腔体结构的锥角α=5°~30°，锥形腔体结构沿转轴6轴向方向的轴向长度L1=机械密封组件5长度L+（50~100）mm，能为机械密封组件5的周围提供更多的空间，促进泵体1内部流体循环，将固体颗粒和空气从机械密封周围快速排出，并降低机械密封组件5密封面温度，从而提高机械密封组件5的使用寿命。
具体地，将机械密封保护壳体3的机封腔30设计成锥形台腔体结构，使得外部流体从机封腔30腔口大的一端进入，在机封腔30内流动至机封腔30腔口小的一端后，再沿机械密封保护壳体3的内侧壁从机封腔30腔口大的一端流出，由于机封腔30腔口从大到小的锥形腔体设计，有效使得进入机封腔30内流体和流出机封腔30内的流体之间相互影响较小，便于机械密封组件5周围流体的流动与固体颗粒的排出，从而实现对机械密封组件5的保护效果。
现有离心泵的机封腔30为圆柱形设计，为此，在转轴6的旋转离心力作用下，从机封腔30腔口流入流体会往转轴6的径向方向移动，从而使得流体沿着机封腔30内侧进行周向运动，流体在机封腔30内流经至机械密封组件5处时，处于周向运动方向的流体则会顺势对机械密封组件5形成冲击，导致流体中的固体颗粒极其容易对机封腔30内机械密封组件5进行侵蚀乃至堵塞，不利于机械密封组件5使用寿命的提高，为此，为降低流体中固体颗粒对机封腔30内机械密封组件5进行侵蚀乃至堵塞的问题，本发明具体还采用如下结构来进行解决。
在一个实施例中，机械密封保护壳体3于机封腔30内腔口直径小的一端设置有多个缓冲块31，以防止随流体一起流入机封腔30的固体颗粒在机封腔30内堆积，该缓冲块31能显著降低机封腔30中的固体颗粒的渗入效果；具体地，外部流体从腔口直径大的一端进入到机封腔30内后，流体沿着机械密封保护壳体3内侧壁的周向速度较大，流体碰触到缓冲块31后，在缓冲块31的缓冲作用下，有效降低流体沿着机械密封保护壳体3内侧壁的周向速度，并提升流体沿转轴6轴向方向的轴向速度，另外，机封腔30内流体沿转轴6轴向方向的轴向速度增加，迫使流体内携带的固体颗粒往远离机械密封组件5的方向移动，有效防止流体内携带的固体颗粒由于周向速度过快而加快对机封腔30内的机械密封组件5的侵蚀，从而大大提高机械密封组件5的使用寿命；本实施例中，缓冲块31的数量设计为3~5个，既不影响流体在机封腔30内的流动，也能尽量降低流体沿机械密封保护壳体3内侧壁的周向速度及提升流体沿转轴6轴向方向的轴向速度。
另外，为提升缓冲块31的缓冲效果，以尽量减小流体沿着机械密封保护壳体3内侧壁的周向速度及提高流体沿转轴6轴向方向的轴向速度，有效防止流体内携带的固体颗粒由于周向速度过快而加快对机封腔30内的机械密封组件5的侵蚀的问题，本发明具体还采用如下结构来进行解决。
在一个实施例中，在机封腔30为圆锥台状设计的基础上，缓冲块31为类似三棱锥的块状构造；具体地，缓冲块31的其中第一个面与机械密封保护壳体3的内侧壁贴合设置，缓冲块31的其中第二个面及第三个面均为平面或曲面构造，缓冲块31的其中第四个面为平面，该第四个面贴合机封板4设置，该第一个面正好与机封腔30对应的锥形面重合，即该第一个面为曲面，该曲面与机封腔30对应的锥形面贴合处无台阶面构造，尽量降低流体从锥形面到缓冲块31其他表面时流动阻力，使得流体的流速尽量大的从机封腔30腔口直径大的一端流出，从而有效减小流体沿着机械密封保护壳体3内侧壁的周向速度及提高流体沿转轴6轴向方向的轴向速度，以防止流体内携带的固体颗粒由于周向速度过快而加快对机封腔30内的机械密封组件5的侵蚀，从而大大提高机械密封组件5的使用寿命；进一步地，相邻两缓冲块31中的其中一个缓冲块31的第二个面与其中另一个缓冲块31的第三个面相对设置，使得从机封腔30腔口直径大的一端进入的流体在对缓冲块31的平面进行冲击后，再经由另一个缓冲块31的曲面并沿机械密封壳体的内侧壁流动，最后再从机封腔30腔口直径大的一端流出，从而有效减小流体沿着机械密封保护壳体3内侧壁的周向速度及提高流体沿转轴6轴向方向的轴向速度，以防止流体内携带的固体颗粒由于周向速度过快而加快对机封腔30内的机械密封组件5的侵蚀，从而大大提高机械密封组件5的使用寿命。
在一个实施例中，缓冲块31的长度L2=（30～50）mm，此长度具体指代为缓冲块31沿转轴6轴向方向的轴向长度，缓冲块31的高度H1=（20～30）mm，此高度具体指代为缓冲块31沿转轴6径向方向的高度，缓冲块31的宽度B1=（30～40）mm，此宽度具体指代为缓冲块31与械密封壳体的内侧壁所贴合的曲面宽度，经测定，基于上述缓冲块31的设计结构，从机封腔30腔口直径大的一端进入的流体在缓冲块31的缓冲作用下，可将流体沿着机械密封保护壳体3内侧壁的周向速度降低至原周向速度的40%~50%，另外，可将流体沿转轴6轴向方向的轴向速度提高至原轴向速度的350%~450%，从而有效减小流体沿着机械密封保护壳体3内侧壁的周向速度及提高流体沿转轴6轴向方向的轴向速度，以防止流体内携带的固体颗粒由于周向速度过快而加快对机封腔30内的机械密封组件5的侵蚀，从而大大提高机械密封组件5的使用寿命。
本实施例中，缓冲块31的设计结构可单独进行应用，也可结合机封腔30为圆锥台状设计组合应用，均可有效减小流体沿着机械密封保护壳体3内侧壁的周向速度及提高流体沿转轴6轴向方向的轴向速度，以防止流体内携带的固体颗粒由于周向速度过快而加快对机封腔30内的机械密封组件5的侵蚀，从而大大提高机械密封组件5的使用寿命。
现有离心泵的机封腔30设计，机封腔30与叶轮2所在泵腔10之间直接连通，经叶轮2转动导送至机封腔30内的流体会毫无阻碍进入到机封腔30内，使得进入机封腔30的流体与流出机封腔30的流体之间流速处于均衡状态，导致流体中的固体颗粒极其容易对机封腔30内机械密封组件5进行侵蚀乃至堵塞，不利于机械密封组件5使用寿命的提高，为此，为降低流体中固体颗粒对机封腔30内机械密封组件5进行侵蚀乃至堵塞的问题，本发明具体还采用如下结构来进行解决。
在一个实施例中，机械密封保护壳体3于机封腔30内腔口直径大的一端设置有多个导叶32，随着转轴6的持续转动，利用导叶32结构可源源不断地由机封腔30内固体颗粒向导叶32所在区域④流动，同时还可阻止外界的固体颗粒随流体通畅地进入到锥形台状的机封腔30内，从而实现对机械密封组件5的保护效果；具体地，利用压力差别即压差原理，可快速将固体颗粒从锥形台状的机封腔30的腔口直径大端经过导叶32导流至机封腔30外部；在导叶32所在区域④，由于导叶32在空间上已经占有一定体积，从而增加了导叶32所在区域④的流体流动速度；根据伯努利方程P + 1/2ρv² + ρgh =常数，其中， P 是流体的静压（单位：帕斯卡，Pa），ρ 是流体的密度（单位：千克/立方米，kg/m³），v 是流体的速度（单位：米/秒，m/s），g 是重力加速度（单位：米/秒²，m/s²），h 是流体的相对高度（单位：米，m），该伯努利方程表明，在一个封闭系统中，沿着流线流动的非粘性、不可压缩流体的总能量保持不变。它包括三项：静压P、动能1/2ρv²和位能ρgh，当流体速度增加时，动能增加，静压会降低；相反，当流体速度减小时，静压会增加。
另外，叶轮2所在的泵腔10区域②的压力减小，而机封腔30的腔口直径大端所在区域过流面积大，流体流动速度小，压力相对较大，即锥形台状的机封腔30的腔口直径大端区域的压力大于叶轮2所在泵腔10区域②的压力，在压差的作用下含有固体颗粒的流体从机封腔30腔口直径大端经过导叶32从机封腔30排出，此时，导叶32就好似一个发射器装置一样，可持续地将机封腔30内的固体壳体持续向泵腔10排出，从而实现对机械密封组件5的保护效果；本实施例中，导叶32的数量Z0设计为12~20个，导叶32的数量Z0与机封腔30的腔口直径大端的直径大小有关，机封腔30的腔口直径大端的直径越大，导叶32的数量Z0取值也会越大，既可以利用导叶32结构可源源不断地由机封腔30内固体颗粒向泵腔10内排出，同时还可阻止外界的固体颗粒随流体通畅地进入到机封腔30内，从而实现对机械密封组件5的保护效果。
请参考图8，本发明对流体从流体流入的泵腔区域①从机封腔30腔口直径大端进入机封腔所在区域③内，流体经过机械密封组件5所在区域⑤后，通过导叶32所在区域④后，最后再进入叶轮2所在的泵腔区域②的流动过程进行具体说明如下：
在流体处于流体流入的泵腔区域①时，随着转轴6的持续转动，流体及流体内携带的固体颗粒以一定流速朝向机封腔流动；在流体处于机封腔30的腔口直径大端时，受限于导叶32所在区域④的阻碍，外界的固体颗粒随流体进入到锥形台状的机封腔30内时会从导叶32围设而成的机封腔30的腔口直径大端内环区域⑥流过，再进入到机封腔所在区域③；流体会持续向机械密封组件5所在区域⑤的机械密封面移动，用于润滑、冷却机械密封组件5，而固体颗粒、空气、蒸气等则在流体流动洗刷过程中从机械密封组件5表面流走；流体流经至机封腔30内腔口直径小的一端时，会碰触到缓冲块31，在缓冲块31的缓冲作用下，有效降低流体沿着机械密封保护壳体3内侧壁的周向速度，并提升流体沿转轴6轴向方向的轴向速度；经由缓冲块31的缓冲作用后的流体在经过导叶32所在区域④时，由导叶32结构而产生的低压区，从而增加了导叶32所在区域④的流体流动速度，固体颗粒、空气、蒸气等则在流体流动中从机封腔内排出，并进入到叶轮2所在的泵腔10区域②内，在该叶轮2所在的泵腔10区域②，一部分流体携带固体壳体持续往转轴所在的方向流动，而其他固体颗粒则随着另一部分流体在离心力作用（由叶轮的背叶片产生）而朝远离转轴所在方向被排出。
在一个实施例中，机封腔30的腔口直径大端所对应的端面与叶轮2后端面之间的间隙δ=（1～2）mm，以有效提升导叶32结构的持续从机封腔30内发射固体壳体效果，同时也不影响叶轮2随转轴6的转动操作；其中，将间隙δ设计成1~2mm的目的：一是为了减小机封腔30的腔口直径大端所对应的端面与叶轮2后端面之间的间隙，以保证间隙处的横向面积小于导叶所在区域④的纵向截面积，从而增加间隙处的流体流速，降低间隙处的压力，以便导叶所在区域④的流体快速导流至间隙处而从机封腔30内排出；二是间隙不能设置成低于1mm，是避免转轴转动时叶轮2的轴向移动会触碰到机械密封保护壳体3后产生摩擦而增加能量损耗；经研究发现，在间隙δ=（1～2）mm时，既能方便导叶所在区域④的流体快速导流至间隙处而从机封腔30内排，也有效避免了叶轮2与机械密封保护壳体3之间的摩擦损耗。
本实施例中，机械密封保护壳体3于机封腔30内腔口直径大的一端设置多个导叶32的设计结构可单独进行应用，也可结合机封腔30为圆锥台状设计、机械密封保护壳体3于机封腔30内腔口直径小的一端设置多个缓冲块31的设计结构进行两两组合应用，均可降低流体中固体颗粒对机封腔30内机械密封组件5进行侵蚀的问题，从而大大提高机械密封组件5的使用寿命；进一步地，还可将机械密封保护壳体3于机封腔30内腔口直径大的一端设置多个导叶32的设计结构、机封腔30为圆锥台状设计、及机械密封保护壳体3于机封腔30内腔口直径小的一端设置多个缓冲块31的设计结构同时应用在机封腔30内，以更高效地防止固体颗粒对机封腔30内机械密封组件5的侵蚀问题，进而大大提高机械密封组件5的使用寿命。
请参阅图1至图4，本发明还提供了一种机械密封保护壳体3，该机械密封保护壳体3内部开设有机封腔30，机封腔30内用于放置机械密封组件5，并供转轴6穿过设置，机封腔30为圆锥台状设计，机械密封保护壳体3于机封腔30内腔口直径小的一端设置有多个缓冲块31，具体地，外部流体从腔口直径大的一端进入到机封腔30内后，流体沿着机械密封保护壳体3内侧壁的周向速度较大，流体碰触到缓冲块31后，在缓冲块31的缓冲作用下，有效降低流体沿着机械密封保护壳体3内侧壁的周向速度，并提升流体沿转轴6轴向方向的轴向速度，另外，机封腔30内流体沿转轴6轴向方向的轴向速度增加，迫使流体内携带的固体颗粒往远离机械密封组件5的方向移动，有效防止流体内携带的固体颗粒由于周向速度过快而加快对机封腔30内的机械密封组件5的侵蚀，从而大大提高机械密封组件5的使用寿命。
在一个实施例中，机械密封保护壳体3于机封腔30内腔口直径大的一侧设置有多个导叶32，以随着转轴6的持续转动，利用导叶32结构可源源不断地由机封腔30内固体颗粒向外界内排出，同时还可阻止外界的固体颗粒随流体通畅地进入到锥形台状的机封腔30内，从而实现对机械密封组件5的保护效果。
上述一种机械密封保护壳体3的其他技术特征与上述一种离心泵设备的机械密封保护壳体3相同，此处不予赘述。
请参阅图5至图7，在一个实施例中，所述导叶32的制造方法，包括如下步骤：
1）根据水泵设计流量Q确定机封腔30内的流量q=（0.03～0.08）·Q；
2）根据Z0=int(20-4·D/Rj)获取导叶32的数量Z0，Z0取值为12～20，机封腔30腔口直径大端的直径越大，Z0取值越大；
其中，int指代向下取整为最接近的整数，D指代机械密封组件5的最大外径，R j指代机封腔30腔口直径大端所对应的半径；
3）获取导叶32骨线弦长l；
所述步骤3）获取导叶32骨线弦长l的方法，具体操作如下：
为使导叶32有超强的过流能力，根据l/t=1.15～1.25获取导叶32骨线弦长l；其中，t=2πRj/Z0，；
其中，t指代导叶32分布展开圆上的间距；R j指代机封腔30腔口直径大端所对应的半径；
4）获取导叶32进口安放角αj；
其中，所述步骤4）获取导叶32进口安放角αj的方法，包括如下步骤：
4.1）获取进口液流角αj '
tanαj '=v mj/v uj
其中，v mj指代导叶32进口计算点轴面速度；v uj指代导叶32进口计算点圆周分速度；
其中，F j指代过导叶32进口边计算点的轴面液流过水断面面积，，H2指代导叶高度；
n指代水泵转轴的旋转速度；
φj指代导叶32进口排挤系数，；
s uj指代导叶32进口圆周方向厚度，
，
s j指代导叶进口计算点的流面厚度，可近似认为其等于真实厚度。
4.2）获取导叶32进口安放角αj；
αj=αj '+△α
其中，△α指代为导叶32进口冲角，一般取0°～10°；
在导叶32进口安放角αj的设计初期，由于导叶32进口安放角αj为未知，故可先假设导叶32进口排挤系数φj计算αj，最终确定的φj和αj应与假设的值相等；否则应当用计算所得的αj或φj重新计算，达到假设值与计算值相等或近似位置。
5）确定导叶32轴向尺寸L3，L3=（0.8～0.9）·l；
6）导叶32骨线绘型；
其中，所述6）导叶32骨线绘型的方法，具体包括如下步骤：
6.1）先竖直绘制一条直线l 1，将直线l 1往左复制偏移一条平行直线l 2，两直线之间的水平距离为L3；
6.2）在直线m上任取一点O，以O点为圆心，l为半径画圆弧C，圆弧C与直线l 2相交于O1点，如图6所示位于O点的左上方，连接O1、O两点形成线段O1O；
6.3）过O点作一射线l 3，使其与直线l 1所成的角度为αj，过O点作l 3的垂线l 4；
6.4）作线段O1O的中垂线l 5与l 4相交于点O2；
6.5）以点O2为圆心，并过点O1、O两点绘圆，如图6所示O1、O两点之间的圆弧段9即为导叶32的骨线。
7）对导叶32加厚操作。
以导叶32进口圆周方向厚度s uj为基准来加厚叶片，该方法加厚的导叶32叶片厚度既能满足强度需要，同时又能做到水力损失最小。
沿导叶32弦长方向上，在叶片骨线上两边对称加厚厚度如下表：
表中，l i指代导叶32叶型断面至导叶32进口边的距离；
l指代导叶32的弦长；
s ui指代导叶32叶型断面的圆周厚度；
s uj指代导叶32进口圆周方向厚度。
8）确定导叶32高度H2；该导叶32高度H2指代为导叶32沿转轴径向方向的高度。
导叶32径向高度最佳范围值H2=Rj- D/2-（5～10）mm，导叶32高度与机械密封组件5的使用寿命息息相关，如图7所示，太高了会减小机封腔30内流体的流量，影响机封的冷却、散热效果，最终导致机械密封组件5提前损坏；太矮了会减小机械密封组件5腔内固体颗粒的发射量，让固体颗粒聚集在机械密封组件5外围排泄不出，最终抱死机械密封组件5导致机械密封组件5快速损坏。
在其中一个实施例中，导叶32的制造方法还包括步骤：
采用CFD软件进行数值模拟分析，根据分析结果修改导叶32的相关设计参数，直至达到设计要求后再进行生产制造，从而缩短研发周期、降低生产成本。
如图4所示，利用本发明所设计的机械密封保护壳体3，其固体颗粒10随着液体流动从外界进入到机封腔30内，在转轴6的旋转离心力作用下，固体颗粒会往径向方向移动，在缓冲块31的作用下，固体颗粒的圆周速度会降低50%左右，同时可以将其轴向速度提高400%左右，迫使固体颗粒往远离机封的轴向移动，在靠近近机封腔30的大端面时，在导叶32的作用下，固体颗粒会快速从机封腔30内往外排，以免聚集在机械密封保护壳体3内，且可以顺利将流体中含固量大于1%的固体颗粒排至机封腔30外，对机械密封组件5起到良好的保护作用，提升了机械密封组件5的使用寿命。
综上所述，本发明一种离心泵设备及机械密封保护壳体3通过将机封腔30设计成锥形结构，形成对机械密封组件5的第一重保护；再利用机械密封保护壳体3于机封腔30内腔口直径小的一端设置多个缓冲块31，形成对机械密封组件5的第二重保护；另外，还可配合在机械密封保护壳体3于机封腔30内腔口直径大的一端设置有多个导叶32，形成对机械密封组件5的第三重保护，更高效地防止固体颗粒对机封腔30内机械密封组件5的侵蚀问题，进而大大提高机械密封组件5的使用寿命。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种机械密封保护壳体，其特征在于，所述机械密封保护壳体内部开设有机封腔，所述机封腔内用于放置机械密封组件，并用于供转轴贯穿设置，所述机封腔为圆锥台状设计，所述机械密封保护壳体于所述机封腔内腔口直径小的一端设置有多个缓冲块，所述机械密封保护壳体于所述机封腔内腔口直径大的一端设置有多个导叶；
其中，所述导叶的制造方法，包括如下步骤，
根据水泵设计流量Q确定机封腔体内的流量q=（0.03～0.08）·Q；
根据Z0=int(20-4·D/Rj)获取导叶的数量Z0；其中，int指代向下取整为最接近的整数，D指代机械密封组件的最大外径，R j指代机封腔腔口直径大端所对应的半径；
获取导叶骨线弦长l；
获取导叶进口安放角αj；
确定导叶轴向尺寸L3，L3=(0.8～0.9）·l；
导叶骨线绘型；
对导叶加厚操作；以导叶进口圆周方向厚度Suj为基准来加厚叶片；
确定导叶高度H2；其中，导叶径向高度最佳范围值H2=Rj- D/2-（5～10）mm；
其中，所述步骤获取导叶骨线弦长l的方法，具体操作如下：
根据l/t=1.15～1.25获取导叶骨线弦长l；其中，t=2πRj/Z0，，l指代导叶骨线弦长；t指代导叶分布展开圆上的间距；R j指代机封腔腔口直径大端所对应的半径。
所述步骤获取导叶进口安放角αj的方法，包括如下步骤：
4.1）获取进口液流角αj '
tanαj '=v mj/v uj
其中，v mj指代导叶进口计算点轴面速度；v uj指代导叶进口计算点圆周分速度；
其中，F j指代过导叶进口边计算点的轴面液流过水断面面积，F j =2πR j H2，H2指代导叶高度；
n指代水泵转轴的旋转速度；
φj指代导叶进口排挤系数，；
s uj指代导叶进口圆周方向厚度，
，
s j指代导叶进口计算点的流面厚度；
4.2）获取导叶进口安放角αj；
αj=αj '+△α
其中，△α指代为导叶进口冲角。
2.根据权利要求1所述的一种机械密封保护壳体，其特征在于：所述机封腔腔口直径小的一端直径D1=机械密封组件的最大外径D+（60~80）mm，所述锥形腔体结构的锥角α=5°~30°，所述锥形腔体结构沿转轴轴向方向的轴向长度L1=机械密封组件长度L+（50~100）mm。
3.根据权利要求1所述的一种机械密封保护壳体，其特征在于：所述缓冲块为三棱锥的块状构造，所述缓冲块的其中第一个面与机械密封保护壳体的内侧壁贴合设置，所述缓冲块的其中第二个面及第三个面均为平面或曲面构造，所述缓冲块的其中第四个面为平面，该第四个面贴合所述机封板设置。
4.根据权利要求1所述的一种机械密封保护壳体，其特征在于：所述缓冲块的长度L2=（30～50）mm，所述缓冲块的高度H1=（20～30）mm，所述缓冲块的宽度B1=（30～40）mm。
5.一种离心泵设备，其特征在于：包括泵体、叶轮、转轴及座体，所述泵体内设置有泵腔，所述转轴一端通过轴承座设置在所述座体内，所述转轴另一端凸伸至所述泵腔内，所述叶轮置于所述泵腔内并固定在所述转轴上；所述泵体内于所述叶轮一侧设置有机械密封保护壳体，所述机械密封保护壳体内部开设有机封腔，所述机封腔为圆锥台状设计，所述机械密封保护壳体于所述机封腔内腔口直径小的一端设置有多个缓冲块，所述机封腔内设有机械密封组件，所述机封腔与所述泵腔连通设置，所述机械密封保护壳体一侧设置有机封板，所述转轴贯穿所述机封板及所述机械密封保护壳体设置；其中，所述机械密封保护壳体为权利要求1~4任一项所述的机械密封保护壳体构造。
6.根据权利要求5所述的一种离心泵设备，其特征在于：所述机封腔的腔口直径大端所对应的端面与叶轮后端面之间的间隙δ=（1～2）mm。
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