CN1334407A - 高速离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离心泵,特别是高速离心泵的密封结构。旨在解决已有离心泵密封性差和易于被泥砂淤塞的问题。本离心泵有前端盖3和后端盖4的泵壳1,叶轮5连接的副叶轮26,密封定子6,叶轮轴29,叶轮运转间隙的密封结构有叶轮前侧的吸入口的防旋屏蔽密封、迷宫密封、叶轮的屏蔽螺旋泵密封和阻滞螺旋泵密封,有叶轮后侧的副叶轮的屏蔽螺旋泵密封和阻滞螺旋泵密封、叶轮的屏蔽螺旋泵密封和阻滞螺旋泵密封、迷宫密封,有叶轮的排水口密封。

Description

高速离心泵

本发明涉及离心泵，特别是单吸单级式高速离心泵的密封结构。

现有离心泵、高速离心泵，其主要结构是由泵壳及其中的叶轮及与动力传动相联的叶轮轴及其轴承等构成。其密封多休用填料密封，机械密封、副叶轮密封等多种结构。其中的副叶轮密封，有如在CN2084114中公布的离心泵，由前盖板、主叶片、后盖板构成叶轮，和与叶轮成一体结构的副叶轮，副叶轮由叶轮的后盖板、副盖板，和副盖板上呈肋片状的径向副叶片构成，形成副叶轮密封。副叶轮密封与填料结构的轴密封二者共同构成的混合密封机构。这种混合密封机构的密封特点是：在离心泵的运转中，在叶轮后侧方的副叶轮中心部与轴密封间形成负压腔，从叶轮周边泄漏而流入负压腔内的流体，被旋转的副叶轮吸入，再排向叶轮周边的运转间隙并重新反回运转腔内，达到密封的目的。该密封的功耗损失由副叶轮动力密封损失、和接触密封摩擦损失构成。其功耗损失约为轴功率的5～15％，故耗能高。

已有的离心泵在叶轮吸入口前端面与进水管孔壁内端面之间的运转间隙没有密封而为直通式的通道，如CN2084114，CN2355149中公布的离心泵密封结构，在叶轮前端都有一段前突管，在前突管的前端面与前端盖的进水孔的内端面之间形成垂直于叶轮轴线，呈环形的运转间隙。该运转间隙与进水管流道相通。由于环形运转间隙的存在，当叶轮高速转动时，在叶轮的带动下，在叶轮吸入口内腔至进水管区段的流体随之产生与叶轮旋向相同的旋转涡流，使叶轮的吸入效果降低。此外，流体中的漂浮缠绕物易于进入叶轮内而淤塞流道，停机时，流体中的泥，砂及固体颗粒易于沉入而淤塞运转间隙，形成淤塞阻力，影响离心泵的起动性能。

鉴于此，本发明的目的在于提供一种密封性能优良的高速离心泵。

本发明根据流体流动特性和螺旋泵技术，采用在叶轮前后侧设置叶轮的屏蔽螺旋泵密封、和阻滞螺旋泵密封来实现其目的；并进一步设置副叶轮的屏蔽螺旋泵密封、阻滞螺旋泵密封，迷宫密封，吸入口的防旋屏蔽密封，排水口密封来实现其目的；再进一步在叶轮轴上设置叶轮停车密封机构来实现其目的。以获得优异的密封效果。

本发明的高速离心泵(参见附图)，包含连接前端盖(3)和后端盖(4)形成蜗壳形的泵壳(1)，泵壳中的叶轮(5)和叶轮后端固连的副叶轮(26)，副叶轮与后端盖之间与泵壳相连的密封定子(6)，分别与泵壳内周的前侧和后侧相接的泵室隔离环(10)，与叶轮相连的叶轮轴(29)，在叶轮的前侧和后侧有由叶轮的环形的轴向翼(17)及其外周的导流螺旋(18)套装在环形的屏蔽罩(15)中配合构成螺旋泵式的屏蔽螺旋泵密封，由屏蔽罩及其外周的阻滞螺旋(19)套装在泵室隔离环中配合构成螺旋泵式的阻滞螺旋泵密封。

上述的副叶轮(26)有环形的轴向翼(17)及其外周的导流螺旋(18)套装在屏蔽罩(15)中配合构成螺旋泵式的副叶轮的屏蔽螺旋泵密封，和由屏蔽罩及其外周的阻滞螺旋(19)套装在密封定子(6)的轴向环(27)中配合构成螺旋泵式的副叶轮的阻滞螺旋泵密封。

上述的前端盖(3)连接筒形的防旋器(7)及其上伸入叶轮(5)吸入口的舌片(8)配合构成的吸入口的防旋屏蔽密封。

上述的叶轮(5)与前端盖(3)相对的端面上、和副叶轮(29)相连叶轮和密封定子(6)相对应的端面上有沿轴向呈间隙式相嵌配合的至少一对环槽构成的迷宫密封。

上述的叶轮(5)的排水口(12)两侧的泵室隔离环(10)间的轴向的运转间隙(14)与排水口相配合，构成利用叶轮的排水封闭运转间隙的排水口密封。

上述的叶轮轴(29)上有叶轮停车密封机构，该机构有固套在叶轮轴上的转子管(30)，转子管上固装有弹性件(39)、还套装有与转子管呈螺旋传动配合且与弹性件相配合的转子(32)，转子上有与叶轮轴呈密封配合的密封圈(35)、和静止时能在弹性件作用下与密封定子(6)呈接触密封配合、又能在旋转离心力作用下脱离与密封定子接触的密封环(36)。

本发明的高速离心泵，为单吸单级式高速离心泵、能替换多级离心泵来实现高压供水目的，还可用于吸送浆体物料等作业，一泵可以多用。本离心泵的转速可达8000转/分以上，与其它相同转速和叶轮直径的离心泵相比，扬程流量可提高25％～30％，能耗可降低25％～30％。本离心泵的使用和操作与通常的高速离心泵相同。

本发明的上述结构，具有以下优点和效果：

1、本发明的叶轮与前端盖和后端盖间，有由叶轮的轴向翼及其外周的导流螺旋套装在屏蔽罩中构成屏蔽螺旋泵密封、再由该屏蔽罩及其外周的阻滞螺旋套装在泵室隔离环中配合构成阻滞螺旋泵密封；叶轮与前端盖的对应镶嵌配合的环槽相配合构成的迷宫密封。本发明的副叶轮与密封定子同，由副叶轮的轴向翼及其外周的导流螺旋套装在屏蔽罩中配合构成屏蔽螺旋泵密封，再由该屏蔽罩及其外周的阻滞螺旋套装在密封定子的轴向环中配合构成阻滞螺旋泵密封；在叶轮相连副叶轮与密封定子的对应镶嵌配合的环相配合槽构成迷宫密封，形成非接触混合式密封结构，在迷宫密封和螺旋泵的泵排作用下，防止泵壳压水室内的流体或外供反冲洗流体向叶轮吸入口泄漏；将泄漏流体转换成射流密封流体，进一步提高密封性能；当泵送含砂量大的流体时，屏蔽螺旋泵将外供密封流体转换成高速射流，在运转间隙内形成楔状环形反射流体密封圈，阻止泵壳压水室内流体进入运转同隙，保护叶轮运转间隙不受固体杂质侵入，保持离心泵的水工效率。

2、本发明的前端盖上的防旋器及其舌片与叶轮的前突管相配合，构成吸入口的防旋屏蔽密封，能消除流体在吸入口处随叶轮旋转产生的旋转流场，防旋器的圆管遮档能使停车时流体内携带的泥砂等固体杂质不会沉降进入叶轮的前端运转间隙，进能避免淤塞、提高叶轮工作效率和运转可靠性。本发明的叶轮的排水口两侧的泵室隔离环间的轴向的运转间隙与排水口相配合，构成排水口密封，利用叶轮的排水口的排水封闭排水口两侧的运转间隙。

3、本发明的叶轮轴上采用螺旋传动结构转子及其上的密封圈和密封环结构，采用弹性件在停车时推动转子，使转子上的密封圈与密封定子呈接触式密封，形成叶轮停车密封，在离心泵停机时阻止流体泄漏。离心泵运行时，转子随叶轮轴运转，转子在旋转离心力作用于螺旋的切向分力和轴向分力作用下，克服弹性件的弹力，转子沿螺旋作旋转和移动的复合运动，与密封定子脱离接触，使叶轮轴在无接触摩擦的状态下运行，从而能节省因接触摩擦造成的动力损耗；再由于密封件的摩擦省耗仅仅在启动和停机的瞬间，其使用寿命按启停次数计算，因此密封件的使用周期能得以延长。

下面，再用实施例及其附图对本发明作进一步地说明：

附图的简要说明：

图1是本发明的一种副叶轮高速离心泵的结构示意图。

图2是图1的叶轮和副叶轮密封结构的示意图。

图3是图1的屏蔽罩的示意图。

图4是图1的弹性件的结构图。

实施例1：

本发明的一种高速离心泵，如图1～4所示，由泵体，前端盖、后端盖、叶轮、叶轮轴，副叶轮等构成。本离心泵有叶轮吸入口密封、叶轮排水口密封、叶轮前置密封，叶轮后置密封，副叶轮密封、叶轮停车密封等结构。

上述泵体，如图1所示，为组合式结构。有类似通常离心泵的蜗壳形的泵壳1，泵壳的下部有排水孔及排水螺栓2。泵壳的前后端用螺钉联接，分别配装有环盘状的前端盖3和后端盖4。在前端盖、后端盖、泵壳之间配装有叶轮5。在叶轮、后端盖、泵壳之间配装有密封定子6。前端盖的进水通道的末端，内套有圆管形的防旋器7，防旋器的后端有一体构成的喇叭形的舌片8，舌片沿轴线以适当的长度呈间隙式地伸入叶轮5的前突管9的管孔中，对舌片与前突管间的径向运转间隙予以屏蔽，而构成吸入口的防旋屏蔽密封。在叶轮的前侧与前端盖和泵壳之间，和叶轮的后侧与密封定子和泵壳之间分别各配装有一个圆环形的泵室隔离环10。泵室隔离环与泵壳内腔构成环形的压水室11。两个泵室隔离环以叶轮的排水口12为对称，并在排水口处的轴向的间隔形成排流缝13。两个泵室隔离室分别与叶轮的周缘间形成轴向运转间隙14。

上述叶轮，如图1、2所示，为组合式结构，由叶轮5、和分别套装在叶轮前后部外周的两个屏蔽罩15构成。叶轮5类似普通离心泵的有均布的叶片的叶轮结构。

在叶轮前端的前突管9至叶轮中部的外周，制有呈轴向圆环形的有两槽一环的环槽16、和轴向圆环形的轴向翼17。轴向翼的外周制有多头结构的导流螺族18，上述屏蔽罩15便套装在导流螺旋外周，构成叶轮前侧的轴向的屏蔽螺旋泵，形成屏蔽螺旋泵密封。在屏蔽罩15外周制有多头结构的阻滞螺旋19，与泵室隔离环10的内周壁构成叶轮前侧的轴向的阻滞螺旋泵，形成阻滞螺旋泵密封。在叶轮中部的呈前倾斜坡形的导流坡20与屏蔽罩15斜口之间的间隙为泵排口21。

在叶轮后端也有与上述叶轮前端相对称的由轴向翼17、导流螺旋18、屏蔽罩15、阻滞螺旋19、泵室隔离环10构成叶轮后侧的轴向的屏蔽螺旋泵，形成屏蔽螺旋泵密封；和轴向的阻滞螺旋泵，形成阻滞螺旋泵密封。同样有导流坡20及泵排口21。在中心部有向后伸的圆管形的轴肩22。

在叶轮前后侧的轴向翼17与屏蔽罩15之间，分别制成屏蔽螺旋泵的、呈阶梯圆环形的吸入口23。使叶轮前后侧的导流螺旋18的端部成为轴向半裸台阶。在与吸入口呈运转间隙配合的阻流台阶24上制有分别能与外接供水管连通的给水通道25。两条给水通道分别与叶轮前后端的运转间隙相通。

上述副叶轮26，如图1、2所示，呈断面为倒置成开口向后的∏形的圆环盘，使副叶轮的周缘向后延伸形成环形的轴向翼17。将副叶轮套装在叶轮后端的轴肩22上并用螺钉固连在叶轮的后端面成为一整体。副叶轮上也有与上述叶轮前端相同的由轴向翼17、导流螺旋18、屏蔽罩15、阻滞螺旋19、密封定子6的向前伸出的圆形的轴向环27构成副叶轮的轴向的屏蔽螺旋泵和轴向的阻滞螺旋泵，分别形成副叶轮的屏蔽螺旋泵密封和阻滞螺旋泵密封。同样在叶轮的后端面与上述屏蔽罩15的斜口间也形成泵排口21；在副叶轮的轴向翼17与屏蔽罩15之间，也有螺旋泵吸入口23。

在叶轮前端的前突管9、环槽16、轴向翼17、屏蔽罩15、泵室隔离环10分别与在前端盖3的内侧一一对应配合的槽环间，形成曲折形的运转间隙，构成叶轮前侧的迷宫密封。

在副叶轮与叶轮组合体的后端由副叶轮的轴向翼17、屏蔽罩15、叶轮的轴向翼17、屏蔽罩15等形成的轴向环槽与密封定子6一一对应的轴向槽环之间，也形成曲折形的运转间隙，构成叶轮后侧的迷宫密封结构。在靠近叶轮的轴肩22的密封定子6的后端有向后凸的圆锥形的凸环28。

上述叶轮前侧的吸入口防旋屏蔽密封、叶轮排水口密封、屏蔽螺旋泵密封、阻滞螺旋泵密封、迷宫密封组成混合式的叶轮前置密封。

上述叶轮后侧的屏蔽螺旋泵密封、阻滞螺旋泵密封，和副叶轮的屏蔽螺旋泵密封、阻滞螺旋泵密封、迷宫密封组成混合式的叶轮后置密封。

上述叶轮轴29，如图1所示，呈阶梯轴形，其前端依靠螺纹联结与叶轮中心相固联，后端与动力机传动相连，叶轮轴的支承采用通常的轴承及轴承密封，轴承可以设置在后端盖上。

在上述的叶轮轴29上套装有转子机构，如图1所示。转子机构的旋转中心部有转子管30，转子管呈阶梯管形，尾端有内螺纹，中部有外螺族31，利用内螺纹与叶轮轴上的螺纹相配合而将叶轮与叶轮轴固连成一体。转子机构的转子3 2呈二阶梯圆筒形，其后部小直径圆筒的内螺旋与转子管的外螺旋呈螺旋传动配合，将转子呈可转动并沿轴向移动的地配装在转子管上。转子的前部大直径圆筒的内周固装有固定套33、和呈可转动地套装在转子管上的支撑环34，在固定套和支撑环之间夹装有通常结构的O型导向式的密封圈35。密封圈被支撑环和固定套卡牢而不会滑出。密封圈35与转子管呈可转动地密封配合。在转子的前部大直径圆筒上外套装有通常结构的O型的密封环36。该密封环向前伸出的喇叭口能与密封定子6后端的凸环28呈密封配合。在密封环3 6后部套装有固定器37，将该密封环夹紧在转子上，并用螺钉锁定。在转子管30后端尾端固装有阶梯圆环形的限位件38，在限位件的前侧用螺钉固装有圆片形压簧式的弹性件39。如图4所示，在弹性件的中部至外周有数片一体成型且相对于中部平面呈弯折形的压簧翼片40，翼片的端部与固定器37的后端呈滑动式相接。从而构成停车时防止泄漏的螺旋传动式的叶轮停车密封。

一、本离心泵的叶轮运转间隙的密封作用如下：

1、当叶轮运转时，在屏蔽螺旋泵、阻滞螺旋泵部的叶轮运转间隙中的泄漏流体，向叶轮吸入部流动，在流经叶轮与泵室隔离环10间的运转间隙时，被屏蔽罩15外周的阻滞螺旋泵反向泵回，形成阻滞密封流体，对泄漏流体起阻滞、减速、减量的作用。余下的泄漏流体，流经阻流台阶部，从吸入口2 3被吸入导流螺旋18，被反向泵回，经泵排口21、沿导流坡20，在叶轮与泵室隔离环10间呈倒喇叭形的运转间隙内，形成环形楔状的离心射流的密封圈，对泄漏流体进行阻截，以消除泄漏压差，使泄漏流量与反向泵回的离心射流的流量达到平衡，实现叶轮吸入端的循环泄漏量为零。当叶轮中的工作流体含有较多的泥砂等杂质时，则通过供给水通道25，供给带压的洁净密封流体，再经吸入口23，导入屏蔽螺旋泵内，将沿吸入口与阻流台阶之间的运转间隙泄漏的流体泵回导流螺旋18内，余下的泄漏流体进入迷宫密封的运转间隙。

2、流入迷宫密封的运转间隙的泄漏流体，在迷宫密封环槽内流体的离心力作用下，阻止其向叶轮吸入口泄漏。

3、前端盖上的防旋器7由于伸入叶轮的前突管9内，密封了舌片与前突管间的径向运转间隙。同时防旋器的舌片8能消除叶轮吸入部在叶轮高速旋转下产生的同向旋转旋流场。此外流体中的缠绕物、漂浮物等杂质，以舌片为平台，被高速转动的叶轮的叶片端缘粉碎后随流体排出，防止排水口12堵塞。此外防族器延伸入前突管内，屏蔽了前突管的径向运转间隙，能在停车后阻止流体所携带的泥砂杂质沉降进入径向运转间隙内造成淤塞，从而能保持良好的起动性能。

4、在叶轮高速转动时，从排水口12排出的大量流体，穿过排流缝13时，阻截流体从排流缝向叶轮周缘与泵室隔室间的轴向运转间隙14回泄。

二、本离心泵的叶轮轴运转间隙的密封作用如下：

1、当离心泵停车静止时，在弹性件39的压簧翼片40的张力作用下，固定器37进而推动转子32及其上的密封环36和密封圈35，沿转子管30上的外螺旋31旋转运动并向前即叶轮方向移动，使转子上的密封环36前端的喇叭口，反扣在密封定子6的凸环28的外周上呈静止的接触密封。即停车时用密封环36和密封圈35密封叶轮轴的运转间隙。

2、当叶轮轴29高速旋转时，转子32随叶轮轴高速旋转，获得较高的离心力，离心力的切向和轴向分力推动转子沿转子管30上的外螺旋31旋转运动并向后移动至限位件38，同时克服弹性件39的压簧翼片的张力，转子上的密封环36的前端的喇叭口与密封定子的凸环28脱离接触。此时由于叶轮后侧的屏蔽螺旋泵密封、阻滞螺族泵密封，和副叶轮的屏蔽螺旋泵密封、阻滞螺旋泵密封、迷宫密封对叶轮后侧的运转间隙进行密封而不会从叶轮轴的运转间隙泄漏。

Claims (7)

1、高速离心泵，包含连接前端盖(3)和后端盖(4)形成蜗壳形的泵壳(1)，泵壳中的叶轮(5)和叶轮后端固连的副叶轮(26)，副叶轮与后端盖之间与泵壳相连的密封定子(6)，分别与泵壳内周的前侧和后侧相接的泵室隔离环(10)，与叶轮相连的叶轮轴(29)，其特征在于在叶轮的前侧和后侧有由叶轮的环形的轴向翼(17)及其外周的导流螺旋(18)套装在环形的屏蔽罩(15)中配合构成螺旋泵式的屏蔽螺旋泵密封，由屏蔽罩及其外周的阻滞螺旋(19)套装在泵室隔离环中配合构成螺旋泵式的阻滞螺旋泵密封。

2、根据权利要求1所述的高速离心泵，其特征在于所说的副叶轮(26)有环形的轴向翼(17)及其外周的导流螺旋(18)套装在屏蔽罩(15)中配合构成螺旋泵式的副叶轮的屏蔽螺旋泵密封，和由屏蔽罩及其外周的阻滞螺旋(19)套装在密封定子(6)的轴向环(27)中配合构成螺旋泵式的副叶轮的阻滞螺旋泵密封。

3、根据权利要求1所述的高速离心泵，其特征在于所说的前端盖(3)连接筒形的防旋器(7)及其上伸入叶轮(5)吸入口的舌片(8)配合构成的吸入口的防旋屏蔽密封。

4、根据权利要求1所述的高速离心泵，其特征在于所说的叶轮(5)与前端盖(3)相对的端面上、和副叶轮(29)相连叶轮和密封定子(6)相对应的端面上有沿轴向呈间隙式相嵌配合的至少一对环槽构成的迷宫密封。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的高速离心泵，其特征在于所说的叶轮(5)的排水口(12)两侧的泵室隔离环(10)间的轴向的运转间隙(14)与排水口相配合，构成利用叶轮的排水封闭运转间隙的排水口密封。

6、根据权利要求1、2、3或4所述的高速离心泵，其特征在于所说的叶轮轴(2 9)上有叶轮停车密封机构，该机构有固套在叶轮轴上的转子管(30)，转子管上固装有弹性件(39)、还套装有与转子管呈螺旋传动配合且与弹性件相配合的转子(32)，转子上有与叶轮轴呈密封配合的密封圈(35)、和静止时能在弹性件作用下与密封定子(10)呈接触密封配合、又能在旋转离心力作用下脱离与密封定子接触的密封环(36)。

7、根据权利要求5所述的高速离心泵，其特征在于所说的叶轮轴(29)上有叶轮停车密封机构，该机构有固套在叶轮轴上的转子管(30)，转子管上固装有弹性件(39)、还套装有与转子管呈螺旋传动配合且与弹性件相配合的转子(32)，转子上有与叶轮轴呈密封配合的密封圈(35)、和静止时能在弹性件作用下与密封定子(6)呈接触密封配合、又能在旋转离心力作用下脱离与密封定子接触的密封环(36)。

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