CN117738923A - 一种低温离心泵及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低温离心泵及制备方法，属于低温泵技术领域，包括泵壳、电机组件、叶轮、布流器组件、蜗壳结构、泵底端盖、诱导轮、锥体、连接管、集流段，电机组件一端与泵壳的一端连接，电机组件包括泵轴，泵轴包括伸入泵壳内的第一部；叶轮设置于泵壳内，叶轮与第一部连接；布流器组件设置于叶轮与电机组件之间，蜗壳结构设置于泵壳内；泵底端盖与泵壳背离电机组件的一端连接，泵底端盖与第一部转动连接；诱导轮与第一部连接；锥体与泵底端盖连接；锥体用于容纳诱导轮；连接管与布流器组件连通；集流段与电机组件背离泵壳的一端连接，集流段与连接管连通。本发明提供的一种低温离心泵及制备方法，扩大了低温泵型谱范围。
Description
技术领域
本发明属于低温泵技术领域，更具体地说，是涉及一种低温离心泵及制备方法。
背景技术
低温离心泵，用于输送低温液体，如液氮、液氧、液氢、液化天然气和液化二氧化碳等。在航天、能源、交通、科研等领域广泛应用。
现有低温离心泵采用铸造叶轮和导叶。叶轮流道和导叶流道表面粗糙度高，影响水力效率提升。对于比转速极小叶轮，需要减小叶轮出口宽度，往往超出了铸造工艺极限而无法实现。铸造叶轮重量大，转动惯量大，对驱动原动机(电机)的起动力矩要求高，制动时间长。铸造叶轮在装配前需做动平衡。铸造叶轮和导叶还存在着制造成本高、制造周期长问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温离心泵及制备方法，旨在解决现有的低温离心泵使用效果较差的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种低温离心泵，包括：
泵壳；
电机组件，一端与所述泵壳的一端连接，所述电机组件包括泵轴，所述泵轴包括伸入所述泵壳内的第一部；
叶轮，设置于所述泵壳内，所述叶轮与所述第一部连接，且所述叶轮的轴线与所述第一部的轴线相重合；
布流器组件，设置于所述叶轮与所述电机组件之间，所述布流器组件的轴线与所述第一部的轴线相重合；
蜗壳结构，设置于所述泵壳内，用于罩住所述叶轮；
泵底端盖，与所述泵壳背离所述电机组件的一端连接，所述泵底端盖与所述第一部转动连接；
诱导轮，与所述第一部连接；
锥体，与所述泵底端盖连接；所述锥体用于容纳所述诱导轮；
连接管，与所述布流器组件连通；
集流段，与所述电机组件背离所述泵壳的一端连接，所述集流段与所述连接管连通。
优选地，所述蜗壳结构包括：
蜗壳主体，沿所述叶轮的长度方向设有若干个，若干首尾连接的所述蜗壳主体用于容纳所述叶轮；
第一轴承，设置于相邻所述蜗壳主体之间，用于相邻所述蜗壳主体的转动连接。
优选地，所述锥体包括：
进口锥，一端与所述泵底端盖；
轴套，套设在所述第一部上；
轴承支撑，一端与所述轴套连接，另一端与所述进口锥连接。
优选地，所述布流器组件包括：
布流器主体，一端与所述叶轮背离所述泵底端盖的一端连接；
压簧，一端与所述布流器主体背离所述叶轮的一端连接，另一端与所述电机组件接触。
优选地，所述集液段背离所述连接管一端的端面嵌设有第一O形圈。
优选地，所述电机组件背离所述泵壳的一端设有与所述集流段适配的节流嘴，所述节流嘴外套设有导流锥。
优选地，所述电机组件通过法兰结构与所述泵壳连通。
优选地，还包括一端与所述电机组件连接，另一端穿过所述法兰结构，且与所述泵底端盖连接的连接组件。
优选地，所述叶轮为不锈钢板材冲压焊接解结构件；所述诱导轮为不锈钢板材冲压焊接解结构件。
本发明还提供一种低温离心泵的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对叶轮进行水力设计、对诱导轮进行水力设计，并设计泵体流道结构、外围结构；
步骤2、对所述诱导轮、所述泵体流道结构分别进行水力仿真；
步骤3、进行强度、刚度有限元分析；
步骤4、加工制造构成低温离心泵的各部件，其中包括冲压不锈钢板，然后采用激光焊接形式得到的所述主叶轮、所述诱导轮以及离心泵泵体主结构；
步骤5、将各部件按预设进行装配，并对成品进行测试。
本发明提供的一种低温离心泵及制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种低温离心泵及制备方法，不锈钢板冲压激光焊接叶轮流道表面粗糙度小，水力损失小，水力效率高。对于极小比转速叶轮，极小的叶轮出口宽度也可以实现，扩大了低温泵型谱范围。相比铸造叶轮，该叶轮重量轻，转动惯量小，对电机组件的起动力矩要求低，制动时间短。该叶轮，无需做动平衡。相比铸造叶轮，该叶轮制造成本低、制造周期短。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种低温离心泵的剖视结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种低温离心泵的结构示意图一；
图3为本发明实施例提供的一种低温离心泵的结构示意图二。
图中：1、泵底端盖；2、第一蜗壳；3、第一轴承；4、蜗壳主体；5、泵壳；6、第一下法兰；7、第二下法兰；8、电机定子组件；9、第三法兰；10、集流段；11、第一密封圈；12、第一O形圈；13、连接管；14、第二密封圈；15、导流锥；16、节流嘴；17、垫片；18、布流器主体；19、压簧；20、第二轴承；21、蝶形弹簧；22、第一螺母；23、平垫；24、弹簧垫圈；25、拉杆螺栓；26、电机定子；27、进口锥；28、轴承支撑；29、轴套；30、第二螺栓；31、泵轴；32、叶轮；33、第一隔环；34、第二隔环；35、陶瓷轴套；36、压紧环；37、开口销；38、定位环；39、电机转子组件；40、弹簧垫圈；41、第二螺母；42、诱导轮。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的一种低温离心泵进行说明。所述一种低温离心泵，包括：泵壳5、电机组件、叶轮32、布流器组件、蜗壳结构、泵底端盖1、诱导轮42、锥体、连接管13、集流段10，电机组件一端与泵壳5的一端连接，电机组件包括泵轴31，泵轴31包括伸入泵壳5内的第一部；叶轮32设置于泵壳5内，叶轮32与第一部连接，且叶轮32的轴线与第一部的轴线相重合；布流器组件设置于叶轮32与电机组件之间，布流器组件的轴线与第一部的轴线相重合；蜗壳结构设置于泵壳5内，用于罩住叶轮32；泵底端盖1与泵壳5背离电机组件的一端连接，泵底端盖1与第一部转动连接；诱导轮42与第一部连接；锥体与泵底端盖1连接；锥体用于容纳诱导轮42；连接管6与布流器组件连通；集流段10与电机组件背离泵壳5的一端连接，集流段10与连接管13连通。叶轮32为不锈钢板材冲压焊接解结构件。
本发明提供的一种低温离心泵，与现有技术相比，不锈钢板冲压激光焊接叶轮32流道表面粗糙度小，水力损失小，水力效率高。对于极小比转速叶轮32，极小的叶轮32出口宽度(小于1mm)也可以实现，扩大了低温泵型谱范围。相比铸造叶轮，该叶轮32重量轻，转动惯量小，对电机组件的起动力矩要求低，制动时间短。该叶轮32，无需做动平衡。相比铸造叶轮，该叶轮32制造成本低、制造周期短。
在本实施例中，诱导轮42为不锈钢板材冲压焊接解结构件，诱导轮42流道表面粗糙度小，水力损失小，水力效率高。诱导轮42通过设置于第一部上的开口销37与第一部连接。
作为本发明实施例的一些实施方式，请一并参阅图1至图3，蜗壳结构包括：蜗壳主体4以及第一轴承3，蜗壳主体4沿叶轮32的长度方向设有若干个，若干首尾连接的蜗壳主体4用于容纳叶轮32；第一轴承3设置于相邻蜗壳主体4之间，用于相邻蜗壳主体4的转动连接。蜗壳结构还包括第一蜗壳2。第一蜗壳2设置于蜗壳主体4与泵底端盖1之间。第一蜗壳2作用是将进口段液体倒入，将第一级叶轮泵出液体，通过出口导叶导出。
作为本发明实施例的一些实施方式，请一并参阅图1至图3，锥体包括：进口锥27、轴套29以及轴承支撑28，进口锥27一端与泵底端盖1；轴套29套设在第一部上；轴承支撑28一端与轴套29连接，另一端与进口锥27连接。
在一些实施例中，进口锥27通过第二螺栓30与泵底端盖1可拆卸连接。
作为本发明实施例的一些实施方式，请一并参阅图1至图3，布流器组件包括：布流器主体18以及压簧19，布流器主体18一端与叶轮32背离泵底端盖1的一端连接；压簧19一端与布流器主体18背离叶轮32的一端连接，另一端与电机组件接触。
在一些实施例中，布流器主体18以及压簧19之间设有垫片17。
在一些实施例中，第一部通过定位环38与布流器组件连接。
作为本发明实施例的一些实施方式，请一并参阅图1至图3，集流段10背离连接管13一端的端面嵌设有第一O形圈12。
作为本发明实施例的一些实施方式，请一并参阅图1至图3，电机组件背离泵壳5的一端设有与集流段10适配的节流嘴16，节流嘴16外套设有导流锥15。
作为本发明实施例的一些实施方式，请一并参阅图1至图3，电机组件通过法兰结构与泵壳5连通。
在本实施例中，法兰组件包括一端与泵壳5连接的第一下法兰6以及一端与第一下法兰6另一端连接，另一端与电机组件连接的第二下法兰7构成。
在一些实施例中，电机组件通过第二密封圈14与第二下法兰7连接。电机组件通过第三法兰9与集流段10连接。
作为本发明实施例的一些实施方式，请一并参阅图1至图3，还包括一端与电机组件连接，另一端穿过法兰结构，且与泵底端盖1连接的连接组件。
在本实施例中，连接组件包括一端穿过电机组件连接，另一端穿过法兰结构，且同时穿过泵底端盖1的拉杆螺栓25以及分别与拉杆螺栓25的两端螺纹连接的第一螺母22、平垫23以及弹簧垫圈24。
泵底端盖1与泵壳5之间设有第一密封圈11。第一密封圈11为丁腈材质。
在一些是实施例中，叶轮32通过第一隔环33、第二隔环34、陶瓷轴套35与第一部连接。
在一些实施例中，泵底端盖1通过弹簧垫圈40、第二螺母41、压紧环36与第一部连接。
在一些实施例中，电机组件海还包括电机定子组件8、第二轴承20、蝶形弹簧21、电机转子组件39以及电机定子26。电机组件的结构为现有技术，故在此便不再进行赘述。
本发明还提供一种低温离心泵的制备方法，包括以下步骤：
S1、对叶轮32进行水力设计、对诱导轮42进行水力设计，并设计泵体流道结构、外围结构；
具体的是，计算分前期手工计算及后期借助设计软件计算两部分。前期手工计算，主要用于确定整体水力方案，即通过调整叶轮级数，使泵单级叶轮比转速在离心泵高效区域内。确定叶轮级数后，就确定了单级叶轮扬程和流量。第二部，将单级叶轮的流量、扬程，输送介质的密度、粘度，作为原始参数，输入到专业设计软件中，设计软件会生成推荐的叶轮参数。根据设计经验，对轮毂直径，叶轮片数，型线，叶轮外径，叶轮进口直径，叶轮出口宽度等进行优化调整，最终该设计软件会生成三维叶轮零件图，完成叶轮建模。对于诱导轮，主要根据系统的有效汽蚀余量NPSHa和输送介质的饱和蒸气压，计算出诱导轮需要产生的扬程。同样地，将诱导轮的流量、扬程，输送介质的密度、粘度，作为原始参数，输入到专业设计软件中，分步设置叶片数，型线等，完成诱导轮建模。完成叶轮和诱导轮建模后，再围绕叶轮、诱导轮，完成蜗壳、端盖及集流段等外围结构建模。
S2、对诱导轮42、所述泵体流道结构分别进行水力仿真；
具体的是，根据建立起来的泵装配体物理模型。通过布尔运算，得到其流体域。将该流体域代入流体仿真计算软件，分别通过瞬态和稳态数学模型，进行全流体域仿真验证。验证结构输出包括泵扬程，效率，轴向力，如偏离设计目标，则修改物理模型，再次进行仿真运算。
S3、进行强度、刚度有限元分析；
具体的是，对每个零部件进行静态力学有限元分析，计算其在低温环境下强度和变形量满足设计要求。对回转组件(电机转子、电机轴、叶轮、诱导轮)，进行模态分析。确保其运转速度范围远离一级谐振和二级谐振频率。
S4、加工制造构成低温离心泵的各部件，其中包括冲压不锈钢板，然后采用激光焊接形式得到的叶轮32、诱导轮42以及离心泵泵体主结构；
S5、将各部件按预设进行装配，并对成品进行测试。
本发明首次使用不锈钢冲压焊接叶轮以代替行业内传统使用的铸铝或铸造不锈钢叶轮。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低温离心泵，其特征在于，包括：
泵壳(5)；
电机组件，一端与所述泵壳(5)的一端连接，所述电机组件包括泵轴(31)，所述泵轴(31)包括伸入所述泵壳(5)内的第一部；
叶轮(32)，设置于所述泵壳(5)内，所述叶轮(32)与所述第一部连接，且所述叶轮(32)的轴线与所述第一部的轴线相重合；
布流器组件，设置于所述叶轮(32)与所述电机组件之间，所述布流器组件的轴线与所述第一部的轴线相重合；
蜗壳结构，设置于所述泵壳(5)内，用于罩住所述叶轮(32)；
泵底端盖(1)，与所述泵壳(5)背离所述电机组件的一端连接，所述泵底端盖(1)与所述第一部转动连接；
诱导轮(42)，与所述第一部连接；
锥体，与所述泵底端盖(1)连接；所述锥体用于容纳所述诱导轮(42)；
连接管(13)，与所述布流器组件连通；
集流段(10)，与所述电机组件背离所述泵壳(5)的一端连接，所述集流段(10)与所述连接管(13)连通。
2.如权利要求1所述的一种低温离心泵，其特征在于，所述蜗壳结构包括：
蜗壳主体(4)，沿所述叶轮(32)的长度方向设有若干个，若干首尾连接的所述蜗壳主体(4)用于容纳所述叶轮(32)；
第一轴承(3)，设置于相邻所述蜗壳主体(4)之间，用于相邻所述蜗壳主体(4)的转动连接。
3.如权利要求1所述的一种低温离心泵，其特征在于，所述锥体包括：
进口锥(27)，一端与所述泵底端盖(1)；
轴套(29)，套设在所述第一部上；
轴承支撑(28)，一端与所述轴套(29)连接，另一端与所述进口锥(27)连接。
4.如权利要求1所述的一种低温离心泵，其特征在于，所述布流器组件包括：
布流器主体(18)，一端与所述叶轮(32)背离所述泵底端盖(1)的一端连接；
压簧(19)，一端与所述布流器主体(18)背离所述叶轮(32)的一端连接，另一端与所述电机组件接触。
5.如权利要求1所述的一种低温离心泵，其特征在于：所述集流段(10)背离所述连接管(13)一端的端面嵌设有第一O形圈(12)。
6.如权利要求1所述的一种低温离心泵，其特征在于：所述电机组件背离所述泵壳(5)的一端设有与所述集流段(10)适配的节流嘴(16)，所述节流嘴(16)外套设有导流锥(15)。
7.如权利要求1所述的一种低温离心泵，其特征在于：所述电机组件通过法兰结构与所述泵壳(5)连通。
8.如权利要求7所述的一种低温离心泵，其特征在于：还包括一端与所述电机组件连接，另一端穿过所述法兰结构，且与所述泵底端盖(1)连接的连接组件。
9.如权利要求1-8任一项所述的一种低温离心泵，其特征在于：所述叶轮(32)为不锈钢板材冲压焊接解结构件；所述诱导轮(42)为不锈钢板材冲压焊接解结构件。
10.一种低温离心泵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、叶轮水力设计、诱导轮水力设计，并设计泵体流道结构、外围结构；
步骤2、对所述诱导轮(42)、所述泵体流道结构分别进行水力仿真；
步骤3、进行低温强度、刚度有限元分析；
步骤4、加工制造构成低温离心泵的各部件，其中包括冲压不锈钢板，然后采用激光焊接形式得到的所述叶轮(32)、所述诱导轮(42)以及离心泵泵体主结构；
步骤5、将各部件按预设进行装配，并对成品进行测试。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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