CN1234972C - 小流量高扬程液态介质的高速离心旋涡泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小流量高扬程液态介质的高速离心旋涡泵。它是电机通过联轴节与增速箱的低速轴连接，低速轴与高速轴之间通过齿轮或同步齿型带传动，在高速轴上安装有旋涡主叶轮，在旋涡主叶轮前设计诱导轮和离心叶轮。它采用齿轮或同步齿型带传动来提高工作转速，降低旋涡主叶轮的外径，在旋涡主叶轮前设计诱导轮和长、中、短叶片相间的闭式或半开式复合叶轮。该设计既保证了泵具有很高的扬程系数和效率，又可以大大提高了泵的汽蚀性能，适用于输送流量Q＝0.2～10m³/h、扬程H＝100～1800m的小流量高扬程不含固体直径大于0.1mm的比较清净的液态介质。

Description

小流量高扬程液态介质的高速离心旋涡泵

                          技术领域

本发明涉及流体输送机械，尤其涉及一种小流量高扬程液态介质的高速离心旋涡泵。

                          背景技术

现有可以输送小流量高扬程的不含固体颗粒直径大于0.1mm的液态介质的泵类主要是小流量离心泵、旋涡泵、多级离心泵打回流和往复式柱塞泵。

小流量离心泵的工作转速为电机的同步转速2900r/min，其叶轮形式主要有开式叶轮和复合叶轮两种。小流量低比转速离心泵效率不高的一个主要原因是叶轮轮盘摩擦消耗功在所有损失中占据很大的比例。对具有扬程系数为0.7左右的全开式叶轮，要达到100m的单级扬程，叶轮外径大约在255mm左右。如果是复合叶轮的结构形式，要达到100m的扬程，采用两级叶轮设计是比较理想的，此时叶轮外径约为190mm。因此这种小流量离心泵的最适合应用的场合是用于输送扬程100m以下的小流量介质。

转速为电机同步转速的旋涡泵叶轮安装形式是不固定的，可以在轴向方向移动，在起动和停车时，就不可避免造成叶轮与壳体之间的轴向摩擦，因此旋涡泵的叶轮外径不宜超过175mm，即单级旋涡泵要求达到的扬程不能大于200m，否则就会使泵的可靠性变差。同时旋涡泵叶轮叶片数很多(60～80片)，而且进口直径较大，因此旋涡泵的汽蚀性能就要比离心泵差很多，同时由于扬程流量特性线很陡，造成其工作范围很狭窄。根据上面的分析，旋涡泵适用于工作扬程在200m以下、工况条件比较稳定、起动不是很频繁的工况，且只适用于输送不含固体微颗粒的且对汽蚀性能要求不高的干净清纯的液态介质。

多级离心泵打回流仍然是实现小流量高扬程介质输送的主要办法之一。但不适合于输送流程工业中的决大部分介质，原因有：1)多级离心泵打回流，等于大马拉小车，浪费能源，不经济；2)工作可靠性差，每一级叶轮组装时都得保证其与叶轮环及壳体之间的径向和轴向间隙符合要求，这给泵的维修和组装带来很大的麻烦。同时由于叶轮级数多，使得两轴承之间的跨距很长，从而更容易造成泵在运行中产生很大的振动和噪音；3)性能差，设计最好的多级离心泵，其汽蚀比转速为1800～2000左右，因此该泵不能适用于输送具有较高汽蚀性能的介质，除非在泵前有增压措施。同时由于叶轮级数多，不可避免造成叶轮之间的泄漏损失增加，从而降低了效率。

高速离心泵由于具有单级扬程高、结构紧凑、维护方便、可靠性好及适用范围广等优点已普遍地应用于炼油、石化及冶金等工业领域。但是高速离心泵的离心叶轮的扬程系数为0.55～0.72之间，在输送Q＝0.2～10m3/h、扬程H＝120～1800m的液态介质时，效率不是很理想。

往复泵在输送小流量高扬程介质方面还是具有一定的优势的，但存在下面两个不可避免的缺点：1)可靠性较差，维修频繁，由于柱塞在来回往复运动，容易造成填料及骨架密封漏油漏水，从而导致泵不能正常运行；2)振动大，噪音高，流量不稳定，由于柱塞在来回往复运动，就不可避免会产生振动，并伴有噪音。更为严重的是，由于其出口流量不均匀，会对后继的化学反应和生产过程质量产生不良的影响。因此，往复泵在使用时最好在出口设置缓冲罐，使出口流量变得均匀，同时也应在进出口管线上加防振措施。

                          发明内容

本发明提供一种可以用于输送流量Q＝0.2～10m3/h、扬程H＝120～1800m液态介质的小流量高扬程超低比转速离心泵。

它电机通过联轴节与增速箱的低速轴连接，低速轴与高速轴之间通过齿轮或同步齿型带传动，在高速轴上安装有旋涡主叶轮，旋涡主叶轮安装在带梯形闭式流道内，在旋涡主叶轮前设有诱导轮和离心复合叶轮，旋涡主叶轮和离心复合叶轮之间有导叶，该导叶由正导叶、反导叶和级间流道组成。

离心复合叶轮的叶片形状为长叶片、中叶片和短叶片相结合，叶片数为6～24，叶片出口安装角在30°～90°，直径小于或等于150mm。旋涡主叶轮和离心复合叶轮之间有导叶，该导叶由正导叶、反导叶和级间流道组成。

诱导轮叶片数为2～3片，外缘直径小于50mm，出口叶片安装角大于等于进口叶片安装角。

转速为电机同步转速的旋涡泵的汽蚀性能就要比离心泵差很多，而且扬程随流量增加而下降较快，但其扬程系数很高，几乎是小流量离心泵的10倍，而高速离心旋涡泵结构紧凑、维护方便、可靠性好、适用范围广，而且由于采用诱导轮而具有很好的汽蚀性能，但容易产生小流量工作不稳定性。旋涡泵与高速离心旋涡泵的特性曲线叠加所得到的扬程流量特性曲线不会存在正斜率上升段。

本发明高速离心旋涡泵的出发点就是将旋涡泵和高速离心旋涡泵有机地结合起来，使之具有与旋涡泵主叶轮一样高的扬程系数和效率，具有与高速离心泵一样好的汽蚀性能、工作可靠性，而且不会出现小流量工作不稳定性。

高速离心旋涡泵的诱导轮和离心复合叶轮可以按照高速离心泵来进行设计，而旋涡主叶轮则可以参照旋涡泵的叶轮进行设计。

高速离心旋涡泵的扬程H等于高速离心泵产生的实际扬程Hcen与旋涡叶轮产生的扬程Hvor由两者之和，而效率η由下式计算：

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\ρgQH}}{\frac{\mathrm{\ρgQ}{H}_{\mathrm{cen}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{cen}}}+\frac{\mathrm{\ρgQ}{H}_{\mathrm{vor}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{vor}}}}$

式中ηcen和ηvor的为高速离心泵的效率和旋涡叶轮产生的效率。高速离心旋涡泵的汽蚀性能则完全取决于诱导轮。

                          附图说明

图1为本发明实施的高速离心旋涡泵的剖面结构示意图；

图2为本发明实施的高速离心旋涡泵的过流部件剖面结构示意图；

图3为本发明实施的高速离心旋涡泵的离心叶轮剖视图。

图4为本发明实施的高速离心旋涡泵的旋涡主叶轮剖视图；

                        具体实施方式

附图1所示的高速离心旋涡泵，包括一低速轴2、一高速轴9、一齿轮箱10、一旋涡主叶轮19、一级间导叶22、一离心叶轮23、一诱导轮25、一进口的泵体27、一出口的泵盖13。

低速轴2通过联轴器1与电动机连接，低速轴上的大齿轮5与高速轴上的小齿轮7进行啮合，低速轴2和大齿轮5是整体的。低速轴2由前轴承4和后轴承3承受，轴承4和3安装在齿轮箱10内。

高速轴9由前轴承11和后轴承6承受，前轴承11是配对使用的高速轴承。前轴承11和后轴承6分别由经过喷嘴12和喷嘴8的压力润滑油进行润滑。机械密封15对润滑油进行密封。旋涡主叶轮19通过键18连接在高速轴上9上。轴套21安装在高速轴上，离心叶轮23通过锁紧螺母24固定在高速轴9上，轴端螺钉26将诱导轮固定在高速轴9上。齿轮箱10与泵盖13连接，形成一密封腔14。

附图3是离心叶轮的结构形式，由短叶片28、短叶片30、长叶片31和中叶片29组成。一般长叶片31的数量为4，中叶片29的数量为4，短叶片28和短叶片30的数量为8。一般，短叶片28和30的数量根据设计参数的变化而变化，一般其数量为0到16，且为长叶片31的整数倍。

附图4是旋涡主叶轮的结构形式。在叶轮圆盘两端面上开了许多凹槽32，形成叶片33。液体经过叶片33的加功作用，进入凹槽流道32，再进入下一叶片加功，重复加功多次，最后流出叶轮。叶片数的数量一般为40～70片。开设平衡孔34的目的是为了平衡叶轮前后两端的轴向力。

工作时，流体从泵体27的进口进入诱导轮25，经过诱导轮25流体的能量得到一定的提高，然后进入离心叶轮23，从离心叶轮23的出口流出，进入级间导叶22，从级间导叶22流出进入导流体20，从导流体20进入旋涡主叶轮19，经过旋涡主叶轮19的加功作用，最后从泵盖13的出口流出。机械密封17对旋涡主叶轮19后腔的流体进行密封。机械密封17与泵盖之间形成一密封腔16。

本发明的高速离心旋涡泵的一般设计参数包括下列：

转速n＝4500～16000r/min

流量Q＝0.2～10m³/h

扬程H＝100～1800m

温度T＝-200～450℃

主叶轮直径≤135mm

离心叶轮直径≤150mm

诱导轮直径≤50mm

Claims (8)

1.一种小流量高扬程液态介质的高速离心旋涡泵，其特征在于：电机通过联轴节与增速箱的低速轴连接，低速轴与高速轴之间通过齿轮或同步齿型带传动，在高速轴上安装有旋涡主叶轮，旋涡主叶轮安装在带梯形闭式流道内，在旋涡主叶轮前设有诱导轮和离心复合叶轮，旋涡主叶轮和离心复合叶轮之间有导叶，该导叶由正导叶、反导叶和级间流道组成。

2.根据权利要求1所述的一种小流量高扬程液态介质的高速离心旋涡泵，其特征在于所说的旋涡主叶轮叶片数为40～70。

3.根据权利要求1所述的一种小流量高扬程液态介质的高速离心旋涡泵，其特征在于所说的旋涡主叶轮直径小于或等于135mm。

4.根据权利要求1所述的一种小流量高扬程液态介质的高速离心旋涡泵，其特征在于所说的离心复合叶轮的叶片形状为长叶片、中叶片和短叶片相结合，叶片数为6～24。

5.根据权利要求1所述的一种小流量高扬程液态介质的高速离心旋涡泵，其特征在于所说的离心复合叶轮叶片出口安装角在30°～90°。

6.根据权利要求1所述的一种小流量高扬程液态介质的高速离心旋涡泵，其特征在于所说的离心复合叶轮直径小于或等于150mm。

7.根据权利要求1所述的一种小流量高扬程液态介质的高速离心旋涡泵，其特征在于所说的诱导轮叶片数为2～3片，外缘直径小于50mm。

8.根据权利要求1所述的一种小流量高扬程液态介质的高速离心旋涡泵，其特征在于所说的诱导轮的出口叶片安装角大于等于进口叶片安装角。

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