CN117703781A - 一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵，其包括变频调速电机、叶轮进口密封导流结构、叶轮后侧压力平衡密封结构和蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构，叶轮进口密封导流结构设置在叶轮进口侧，用于导流和密封，叶轮后侧压力平衡密封结构设置在叶轮与蜗壳后盖板之间，用于压力平衡和密封，蜗壳通过设置蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构进行缓冲维持平衡。本发明的变频调速离心泵，其泵轴向力有较好的平衡效果，能够减少对泵轴的损伤，提高泵轴的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及泵轴向力平衡技术领域，具体涉及一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵。
背景技术
变频调速泵作为一种常见的流体机械传输设备，被广泛的应用于生活生产中的各个环节中，为人们提供了巨大的便利性，其运行状态是否良好直接影响着现代工业的生产状况。
现有技术CN2610126Y公开了一种潜油电泵中压变频调速控制装置，其由CPU中央处理器、驱动板和操作面板显示屏组成控制系统，与绝缘栅晶体管模块相联，驱动控制绝缘栅晶体管模块的导通及关断，电压电流传感器与CPU中央处理器相联，CPU中央处理器处理信号输出给面板显示屏显示，输出电流由电流记录仪电路进行记录，但该专利仅对控制技术进行改进，其变频调速效果具有局限性。
如何平衡变频调速离心泵的轴向力，减少对泵轴的损伤，提高泵轴的安全性及降低维护成本，助力国家的节能减排计划，是本领域技术人员所迫切需要面对的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵，包括变频调速电机、电机侧轴承、叶轮侧轴承、轴承支架、泵轴、密封压盖螺栓、密封压盖、密封圈、轴套、蜗壳后盖板固定螺钉、蜗壳后盖板、蜗壳、泵出口、泵进口、叶轮、过流孔、蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构、叶轮进口密封导流结构、叶轮后侧压力平衡密封结构；
变频调速电机连接泵轴，泵轴依次穿过轴承支架、蜗壳后盖板、蜗壳后连接叶轮，泵轴通过电机侧轴承和叶轮侧轴承支撑于轴承支架内，泵轴与蜗壳后盖板之间通过密封压盖螺栓、密封压盖、密封圈、轴套密封；蜗壳后盖板与轴承支架通过蜗壳后盖板固定螺钉连接；离心泵具有泵出口、泵进口；叶轮下盖板侧设有过流孔；叶轮进口侧通过设置叶轮进口密封导流结构进行导流和密封，叶轮与蜗壳后盖板之间通过设置叶轮后侧压力平衡密封结构进行压力平衡和密封；蜗壳通过设置蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构进行缓冲维持平衡；
所述叶轮进口密封导流结构包括导流叶片、“十”字形密封环，密封环靠近叶轮的侧面设置有密封环轴向齿形密封齿、密封环径向齿形密封齿，导流叶片靠近密封环的一侧设置有导流叶片径向矩形密封齿、导流叶片轴向矩形密封齿；
所述叶轮后侧压力平衡密封结构包括外侧挡环、外侧弹簧、内侧挡环、内侧弹簧，外侧弹簧连接于外侧挡环和内侧挡环之间，内侧弹簧连接于内侧挡环和轴套之间。
上述技术方案中，所述内侧挡环上设置有平衡孔，平衡孔与过流孔构成流通通道，以平衡压力和密封。
上述技术方案中，所述外侧挡环和内侧挡环浮动连接于叶轮下盖板与蜗壳后盖板之间。
上述技术方案中，所述叶轮进口密封导流结构还包括密封环轴向弹簧一、密封环轴向弹簧二、密封环轴向弹簧三、密封环径向弹簧、挡圈、紧固螺栓，密封环轴向弹簧一位于“十”字形密封环的最左侧与蜗壳的台阶之间，密封环轴向弹簧二位于“十”字形密封环的左上侧与蜗壳的台阶之间，密封环轴向弹簧三位于“十”字形密封环的右上侧与挡圈之间，密封环径向弹簧位于“十”字形密封环的最上侧和蜗壳内壁之间。
上述技术方案中，所述挡圈通过紧固螺栓固定于蜗壳内壁，密封环内部设置有密封环消音腔。
上述技术方案中，所述“十”字形密封环下侧部分位于导流叶片与叶轮上盖板前侧之间；导流叶片与“十”字形密封环下侧部分之间的轴向距离A大于“十”字形密封环下侧部分与叶轮上盖板之间的轴向距离B，其中A：B＝2～4。
上述技术方案中，所述“十”字形密封环下侧部分在径向内侧凸出于导流叶片的径向内侧边，其凸出的高度h与导流叶片的径向高度H的比值为0.2～0.5。
上述技术方案中，所述蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构包括外圈稳压槽、外圈稳压柱、内圈稳压槽、内圈稳压柱；所述外圈稳压柱位于外圈稳压槽的几何中心，所述内圈稳压柱位于内圈稳压槽的几何中心。
上述技术方案中，所述外圈稳压槽在径向外侧呈圆周阵列排布，内圈稳压槽在径向内侧呈圆周阵列排布，外圈稳压槽和内圈稳压槽在径向上交错布置。
上述技术方案中，所述外圈稳压槽与内圈稳压槽在径向之间的距离S与叶轮的半径R比值为0.1～0.2。
本发明的有益效果为：本发明在叶轮进口侧通过设置叶轮进口密封导流结构进行导流和密封，在叶轮与蜗壳后盖板之间通过设置叶轮后侧压力平衡密封结构进行压力平衡和密封；蜗壳通过设置蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构进行缓冲维持平衡。本发明通过对泵结构进行改造和设置变频调速电机结构，使泵轴向力达到了较好的平衡效果，减少了对泵轴的损伤，提高了泵轴的安全性。与传统变频调速结构对比，本发明在节能效果和减少振动方面都优于传统变频调速结构，在维护成本方面有一定的优势，助力国家的节能减排计划。
附图说明
图1为本发明所述用于轴向力平衡的变频调速离心泵的剖视图；
图2为图1中叶轮进口密封导流结构的放大图；
图3为图1中叶轮后侧压力平衡密封结构的放大图；
图4为离心泵蜗壳叶轮侧内壁面的示意图。
图中：变频调速电机1、底座2、轴承压盖3、电机侧轴承4、叶轮侧轴承5、轴承支架6、泵轴7、密封压盖螺栓8、密封压盖9、密封圈10、轴套11、蜗壳后盖板固定螺钉12、蜗壳后盖板13、蜗壳14、泵出口15、泵进口16、叶轮17、过流孔18、蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构19、叶轮进口密封导流结构20、叶轮后侧压力平衡密封结构21、导流叶片22、导流叶片径向矩形密封齿23、导流叶片轴向矩形密封齿24、密封环轴向弹簧一25、密封环轴向弹簧二26、密封环轴向弹簧三27、密封环径向弹簧28、挡圈29、紧固螺栓30、密封环轴向齿形密封齿31、密封环径向齿形密封齿32、密封环消音腔33、外侧挡环211、外侧弹簧212、内侧挡环213、内侧弹簧214、平衡孔215、外圈稳压槽191、外圈稳压柱192、内圈稳压槽193、内圈稳压柱194。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作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。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-4所示，一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵，包括变频调速电机1、底座2、轴承压盖3、电机侧轴承4、叶轮侧轴承5、轴承支架6、泵轴7、密封压盖螺栓8、密封压盖9、密封圈10、轴套11、蜗壳后盖板固定螺钉12、蜗壳后盖板13、蜗壳14、泵出口15、泵进口16、叶轮17、过流孔18、蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构19、叶轮进口密封导流结构20和叶轮后侧压力平衡密封结构21。变频调速电机1安装在底座2上，变频调速电机1连接泵轴7，泵轴7依次穿过轴承支架6、蜗壳后盖板13、蜗壳14后连接叶轮17，泵轴7通过电机侧轴承4和叶轮侧轴承5支撑于轴承支架6内，且电机侧轴承4和叶轮侧轴承5远离轴承支架6的一侧均通过螺钉固定有轴承压盖3；泵轴7与蜗壳后盖板13之间通过密封压盖螺栓8、密封压盖9、密封圈10、轴套11密封；蜗壳后盖板13与轴承支架6通过蜗壳后盖板固定螺钉12连接；离心泵具有泵出口15、泵进口16；叶轮17下盖板侧设有过流孔18；叶轮17进口侧通过设置叶轮进口密封导流结构20进行导流和密封，叶轮17与蜗壳后盖板13之间通过设置叶轮后侧压力平衡密封结构21进行压力平衡和密封；蜗壳14通过设置蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构19进行缓冲维持平衡。
所述叶轮进口密封导流结构20包括导流叶片22、呈“十”形的密封环，密封环靠近叶轮17的侧面设置有密封环轴向齿形密封齿31、密封环径向齿形密封齿32，导流叶片22靠近密封环的一侧设置有导流叶片径向矩形密封齿23、导流叶片轴向矩形密封齿24。
所述叶轮后侧压力平衡密封结构21包括外侧挡环211、外侧弹簧212、内侧挡环213、内侧弹簧214，外侧弹簧212连接于外侧挡环211和内侧挡环213之间，内侧弹簧214连接于内侧挡环213和轴套11之间。
进一步地，所述内侧挡环213上设置有平衡孔215，平衡孔215与过流孔18构成流通通道，以平衡压力和密封。
进一步地，所述外侧挡环211和内侧挡环213浮动连接于叶轮17下盖板与蜗壳后盖板13之间，以平衡压力和密封。
进一步地，所述叶轮进口密封导流结构20还包括密封环轴向弹簧一25、密封环轴向弹簧二26、密封环轴向弹簧三27、密封环径向弹簧28、挡圈29和紧固螺栓30，密封环轴向弹簧一25位于“十”形密封环的最左侧与蜗壳14的台阶之间，密封环轴向弹簧二26位于“十”形密封环的左上侧与蜗壳14的台阶之间，密封环轴向弹簧三27位于“十”形密封环的右上侧与挡圈29之间，密封环径向弹簧28位于“十”形密封环的最上侧和蜗壳14内壁之间；弹簧等缓冲结构增加了密封效果。
进一步地，所述挡圈29通过紧固螺栓30固定于蜗壳14内壁，密封环内部设置有密封环消音腔33；增加消音结构减少了振动，有利于平衡。
进一步地，所述“十”形密封环下侧部分位于导流叶片22与叶轮17上盖板前侧之间；导流叶片22与“十”形密封环下侧部分之间的轴向距离A大于“十”形密封环下侧部分与叶轮17上盖板之间的轴向距离B，其中A：B＝2～4。
进一步地，所述“十”形密封环下侧部分在径向内侧凸出于导流叶片22的径向内侧边，其凸出的高度h与导流叶片22的径向高度H的比值为0.2～0.5。
进一步地，所述蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构19包括外圈稳压槽191、外圈稳压柱192、内圈稳压槽193、内圈稳压柱194，蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构的设置使得叶轮侧的流动效果更加的平顺，噪音和振动均有效的降低。
进一步地，所述外圈稳压柱192位于外圈稳压槽191的几何中心，所述内圈稳压柱194位于内圈稳压槽193的几何中心。
进一步地，所述外圈稳压槽191在径向外侧呈圆周阵列排布，内圈稳压槽193在径向内侧呈圆周阵列排布，外圈稳压槽191和内圈稳压槽193在径向上交错布置。
进一步地，所述外圈稳压槽191与内圈稳压槽193在径向之间的距离S与叶轮17的半径R比值为0.1～0.2。
本发明的变频调速离心泵包括变频调速电机1、叶轮进口密封导流结构20、叶轮后侧压力平衡密封结构21和蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构19，叶轮17进口侧通过设置叶轮进口密封导流结构20进行导流和密封，叶轮17与蜗壳后盖板13之间通过设置叶轮后侧压力平衡密封结构21进行压力平衡和密封；蜗壳14通过设置蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构19进行缓冲维持平衡。本发明通过对泵结构进行改造和设置变频调速电机结构使泵轴向力达到了较好的平衡效果，减少了对泵轴的损伤，提高了泵轴的安全性。
上述实施方式是对本发明的说明，不是对本发明的限定，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵，包括变频调速电机(1)、电机侧轴承(4)、叶轮侧轴承(5)、轴承支架(6)、泵轴(7)、密封压盖螺栓(8)、密封压盖(9)、密封圈(10)、轴套(11)、蜗壳后盖板固定螺钉(12)、蜗壳后盖板(13)、蜗壳(14)、泵出口(15)、泵进口(16)、叶轮(17)、过流孔(18)；其特征在于：还包括蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构(19)、叶轮进口密封导流结构(20)、叶轮后侧压力平衡密封结构(21)；
变频调速电机(1)连接泵轴(7)，泵轴(7)依次穿过轴承支架(6)、蜗壳后盖板(13)、蜗壳(14)后连接叶轮(17)，泵轴(7)通过电机侧轴承(4)和叶轮侧轴承(5)支撑于轴承支架(6)内，泵轴(7)与蜗壳后盖板(13)之间通过密封压盖螺栓(8)、密封压盖(9)、密封圈(10)、轴套(11)密封；蜗壳后盖板(13)与轴承支架(6)通过蜗壳后盖板固定螺钉(12)连接；离心泵具有泵出口(15)、泵进口(16)；叶轮(17)下盖板侧设有过流孔(18)；叶轮(17)进口侧通过设置叶轮进口密封导流结构(20)进行导流和密封，叶轮(17)与蜗壳后盖板(13)之间通过设置叶轮后侧压力平衡密封结构(21)进行压力平衡和密封；蜗壳(14)通过设置蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构(19)进行缓冲维持平衡；
所述叶轮进口密封导流结构(20)包括导流叶片(22)、“十”字形密封环，密封环靠近叶轮(17)的侧面设置有密封环轴向齿形密封齿(31)、密封环径向齿形密封齿(32)，导流叶片(22)靠近密封环的一侧设置有导流叶片径向矩形密封齿(23)、导流叶片轴向矩形密封齿(24)；
所述叶轮后侧压力平衡密封结构(21)包括外侧挡环(211)、外侧弹簧(212)、内侧挡环(213)、内侧弹簧(214)，外侧弹簧(212)连接于外侧挡环(211)和内侧挡环(213)之间，内侧弹簧(214)连接于内侧挡环(213)和轴套(11)之间。
2.如权利要求1所述的一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵，其特征在于，所述内侧挡环(213)上设置有平衡孔(215)，平衡孔(215)与过流孔(18)构成流通通道，以平衡压力和密封。
3.如权利要求2所述的一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵，其特征在于，所述外侧挡环(211)和内侧挡环(213)浮动连接于叶轮(17)下盖板与蜗壳后盖板(13)之间。
4.如权利要求1所述的一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵，其特征在于，所述叶轮进口密封导流结构(20)还包括密封环轴向弹簧一(25)、密封环轴向弹簧二(26)、密封环轴向弹簧三(27)、密封环径向弹簧(28)、挡圈(29)、紧固螺栓(30)，密封环轴向弹簧一(25)位于“十”字形密封环的最左侧与蜗壳(14)的台阶之间，密封环轴向弹簧二(26)位于“十”字形密封环的左上侧与蜗壳(14)的台阶之间，密封环轴向弹簧三(27)位于“十”字形密封环的右上侧与挡圈(29)之间，密封环径向弹簧(28)位于“十”字形密封环的最上侧和蜗壳(14)内壁之间。
5.如权利要求4所述的一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵，其特征在于，所述挡圈(29)通过紧固螺栓(30)固定于蜗壳(14)内壁，密封环内部设置有密封环消音腔(33)。
6.如权利要求1所述的一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵，其特征在于，所述“十”字形密封环下侧部分位于导流叶片(22)与叶轮(17)上盖板前侧之间；导流叶片(22)与“十”字形密封环下侧部分之间的轴向距离A大于“十”字形密封环下侧部分与叶轮(17)上盖板之间的轴向距离B，其中A：B＝2～4。
7.如权利要求6所述的一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵，其特征在于，所述“十”字形密封环下侧部分在径向内侧凸出于导流叶片(22)的径向内侧边，其凸出的高度h与导流叶片(22)的径向高度H的比值为0.2～0.5。
8.如权利要求1所述的一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵，其特征在于，所述蜗壳叶轮侧内壁面缓冲槽结构(19)包括外圈稳压槽(191)、外圈稳压柱(192)、内圈稳压槽(193)、内圈稳压柱(194)；所述外圈稳压柱(192)位于外圈稳压槽(191)的几何中心，所述内圈稳压柱(194)位于内圈稳压槽(193)的几何中心。
9.如权利要求8所述的一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵，其特征在于，所述外圈稳压槽(191)在径向外侧呈圆周阵列排布，内圈稳压槽(193)在径向内侧呈圆周阵列排布，外圈稳压槽(191)和内圈稳压槽(193)在径向上交错布置。
10.如权利要求9所述的一种用于轴向力平衡的变频调速离心泵，其特征在于，所述外圈稳压槽(191)与内圈稳压槽(193)在径向之间的距离S与叶轮(17)的半径R比值为0.1～0.2。
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