CN1815034A - 工业用泵及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种工业用泵，设置在泵主体上的轴承旋转自由地支撑安装了叶轮的旋转轴的两端侧。与轴承相邻配置轴封装置。通过从外部导入的冷却水冷却轴封装置。在收容轴封装置的托架的内周面上通过热装来嵌合轴封壳。在托架与轴封壳的边界部通有冷却水。这样，省去了用焊接来堵塞通有冷却水的冷却单元开口部的操作。

Description

工业用泵及其制造方法

技术领域

本发明涉及如在火力发电站或核电站等中使用的给水泵那样，主要是传送高温水的工业用泵。

背景技术

现在，如在火力发电站中使用的锅炉给水泵或在核电站中使用的核反应堆给水泵那样的，主要是传送高温水的工业用泵的轴封装置中，使用的是，例如机械密封等。因为轴封装置在泵高温运转时变成高温，所以使用从外部导入的冷却水来冷却而防止轴封性能的下降。

另外，作为轴封装置的冷却方法，例如日本专利文献特开平7-305691号公报中所述，在箱体的一部分或机械密封盖的一部分，或在箱体与机械密封盖之间，以围绕轴封装置的方式形成了封套(jacket)室。而且，一般采用的是从外部向该封套室内注入冷却水来冷却轴封装置的方法。

另一方面，作为形成了封套室使其围绕轴封装置的方法，如日本专利文献特开平7-305691号公报所述，有用机械密封盖来堵塞形成在箱体内的封套室的开口部的方法、或用箱体来堵塞形成在机械密封盖内的封套室的方法、在箱体与机械密封盖的接合部分形成封套室的方法等，除此之外，还有例如图7及图8所示的方法。

图7所示的冷却单元的结构是：在托架b内形成冷却室c使其围绕轴封装置a，在冷却室c的开口部上，用焊接等方法液密地固定盖d。

另外如图8所示的冷却单元的结构是：在轴封装置a的轴封壳e内形成冷却室c，设置在轴封壳e周围的托架b堵塞冷却室c的开口部，为了防止液漏，例如O型密封圈f等的密封类介于轴封壳e与托架b的边界面。

但是，如在日本专利文献特开平7-305691号公报中所述的流体机械那样，在箱体或机械密封盖的一部分上形成封套室，如图7所示的在托架b内形成冷却室c，在这样的机构中，用铸造物来制造箱体或机械密封盖、托架b时，因为制作铸型的木型的结构复杂，所以木型费用变高。而且，在通过铸型铸造的铸造物的封套室或冷却室上，有必要预先形成用于出砂的开口部。

因此有必要用机械密封盖或箱体的一部分来封闭铸造后的封套室的开口部(日本专利文献特开平7-305691号公报的情况)，或者用盖d封闭冷却室c的开口部(图7所示的冷却单元的情况)，冷却单元的结构变得复杂，这是造成泵整体成本增加的原因。

另外，铸造物在铸造时，因为容易产生气孔等的缺陷而可靠性变低，同时在将盖d焊接到冷却室c的开口部情况下，在冷却室c的开口部通过机械加工形成凹段部，在将盖d与该凹段部嵌合的状态下焊接之后，有必要进行用于除去焊接部的残余应力的热处理等的操作，机械加工或焊接操作需要很多的操作工时数，这是造成泵整体成本增加的原因。

另一方面如日本专利文献特开平7-305691号公报或图8所示，在箱体与机械密封盖的边界部分或在轴封壳e与托架b的边界部部分形成了冷却室c中，虽然设置了用于防止从边界面漏液的O型密封圈f，但是由于O型密封圈f在高温下使用时会劣化，密封效果在很快便下降，所以有必要定期更换。

但是O型密封圈f的更换操作有必要将轴封装置a分解进行，更换操作需要很多的时间与工时，操作性变坏，并且在修理期间中由于泵不能运转，所以必须关闭发电站。

发明内容

本发明是为了改善上述现有技术的不便之处而做出的发明，目的在于提供一种工业用泵及其制造方法，能够容易地形成冷却轴封装置的冷却单元。

在本发明的工业用泵中，包括：泵主体；被收容在该泵主体内的安装了叶轮的旋转轴；自由旋转地支撑该旋转轴两端侧的轴承；与该轴承相邻配置的轴封装置，其中，在泵主体上设置托架，通过热装将轴封装置具有的轴封壳嵌合在托架上并成为一体。托架与轴封壳的至少某一个，将从外部导入的冷却水提供到托架与轴封壳的边界部来冷却轴封装置。

通过该结构，可以使用的锻造物不需要使用复杂结构的木型来制造铸型，不需要木型费用。由此，可以缩短制作期，并且没有必要焊接盖来堵塞冷却室的开口部，不需要焊接操作或焊接后进行的热处理，可以谋求降低这些操作所需要的操作工时数。可以降低泵整体的成本。

在本发明的工业用泵中，在托架的内周面设置环状的冷却室，或在轴封壳的外周面设置环状的冷却水流路。通过该结构，利用从外部导入到冷却室或冷却水流路的冷却水，可以直接冷却轴封壳的外周面，进一步提高轴封装置的冷却效果。与此同时，可以容易地在托架或轴封壳上形成冷却室或冷却水流路。谋求部件成本的降低。

在本发明的工业用泵中，在托架与轴封壳的嵌合面上，形成了由环状的凹槽与环状的突条构成的凹凸面。通过该结构，和托架与轴封壳的嵌合面为平面的情况相比，平均面压增倍，没有必要在托架与轴封壳的嵌合面的边界上设置防止液漏的O型密封圈。由此，不需要分解轴封装置来定期更换O型密封圈等的维修操作。可以消除在修理期中泵不能运转而不得不关闭发发电站等的不便。

在本发明的工业用泵中，突条的前端侧角部形成为棱边状，且在热装时的应力容易集中的托架部分，在与轴封壳的端部相接的几处形成了曲率R。通过该结构，在托架上热装轴封壳时，一方的嵌合面发生塑性变形，突条与对应部件咬边，突条的棱边部的局部面压相对于平均面压成为的数倍的高面压。与此同时，可以调整嵌合部全长的凹槽与突条的比例，在两者之间可以得到任意的面压。另外，可以分散热装时的应力集中，提高托架或轴封壳的耐久性。

在本发明中，由设置在泵主体上的轴承旋转自由地支撑安装了叶轮的旋转轴的两端侧。用从外部导入的冷却水冷却与轴承相邻设置的轴封装置。在安装了轴封装置的托架的内周面或轴封壳的外周面上形成冷却室或冷却水流路。在托架与轴封壳的某一方的嵌合面上形成由环状的凹槽与环状的突条构成的凹凸面。与此同时，在加热托架、冷却轴封壳的状态下，将轴封壳嵌合在托架的内周上。之后冷却托架与轴封壳，将轴封壳热装在托架内。

通过该方法，使用锻造物成为可能，没有必要使用复杂结构的木型来铸造铸型。可以缩短制作期。另外，没有必要焊接盖来堵塞冷却室的开口部，不需要焊接操作或焊接后的热处理。可以削减这些操作所需要的操作工时数，降低泵整体的成本成为可能。因为和托架与轴封壳的嵌合面为平面的情况相比，平均面压增倍，所以没有必要在托架与轴封壳的嵌合面的边界上设置防止液漏的O型密封圈。不需要分解轴封装置来定期更换O型密封圈等的维修操作。可以消除在修理期中泵不能运转而不得不关闭发发电站等的不便。

附图说明

图1是本发明的工业用泵的一个实施例的纵截面图。

图2是该轴封装置附近的详细纵截面图。

图3是说明轴封壳的热装的示意图。

图4是说明轴封壳的热装的示意图。

图5是轴封部的其他实施例的纵截面图。

图6是轴封部的其他实施例的横截面图。

图7是以往的工业用泵的轴封装置附近的纵截面图。

图8是以往的工业用泵的轴封装置附近的纵截面图。

具体实施方式

参考附图详细说明本发明的一个实施例。图1是作为工业用泵的一个例子的筒形的多级涡轮泵的纵截面图，图2是图1示出的涡轮泵的轴封装置的轴封装置附近的详细纵截面图。图3及图4是说明工业用泵的轴封壳的热装的示意图。

在图1所示的涡轮泵的泵主体1中，在被称为筒箱的外箱1a内，设置有内箱5，所述内箱5具有设置了有整流作用的回水叶片2与引导叶片3的多级的泵级(stage)4。外箱1a与内箱5的中心同轴，设置贯穿内箱5的中心部的旋转轴6。在该旋转轴6上安装了设置在各泵级4上的叶轮7。

在外箱1a的一端侧外周部设置了流入口8。高温水从该流入口8流入内箱5的初级叶轮7。流入初级叶轮7的高温水通过设置在各泵级4上的多级叶轮7逐次升压，到达最终级的叶轮7。然后，从设置在外箱1a的另一端侧外周部的流出口9流出。

在外箱1a的流出口9侧的开口部上，通过图中未示出的螺栓等的固定件连接耐高压水结构的箱盖10。在外箱1a的一端侧与箱盖10的中心部上，通过托架13由图中未示出的固定件连接轴承箱21，该轴承箱21收容了自由旋转地支撑旋转轴6的轴承12。

在连接于外箱1a的一端侧上的轴承箱21内收容了向心轴承12a，并且在连接于箱盖10侧的轴承箱21内收容了向心轴承12a与推力轴承12b。各向心轴承12a支撑旋转轴6的径向的负载，推力轴承12b支撑轴向负载。

在各托架13内，在轴承箱21与流入口8之间，及箱盖10与轴承箱21之间，分别形成了轴封室15。在这些轴封室15内收容了机械密封等的轴封装置16。在轴封室15的周围设置了冷却单元17。冷却单元17用从外部经过注水口11导入的冷却水来冷却轴封装置16。冷却轴封装置16的冷却水从图中未示出的排水口被排向外部。

如图2所示，冷却单元17具有形成在托架13内周面上的环状的冷却室17a。在托架13的内周面上用后述的方法热装轴封装置16的轴封壳16a。通过轴封壳16a密闭冷却室17a的开口部。并且，托架13与轴封壳16a被一体化。突出设置在托架13的内周面上的凸缘13a的轴封壳16a侧角部形成了曲率R，防止热装后在凸缘13a的拐角部分的应力集中。

对于在托架13的内周面上热装轴封壳16a而形成密闭结构的冷却室17a，要注意以下几点。在制作托架13与轴封壳16a之后，在两者13、16a的嵌合部形成规定的过盈量δ。因此，按照使托架13的内径只减少了过盈量δ的量，或相反地使轴封壳16a的外径只增加了过盈量δ的量的方式，对两者13、16a进行机械加工。之后热装托架13与轴封壳16a。此时，如图3所示，如果托架13与轴封壳16a的嵌合面20在嵌合部长度的全长上都是平面，则通过过盈量δ得到的嵌合部的面压Pm在嵌合部的长度方向变得几乎均匀。

对此，如图4所示，与过盈量δ相当的凹凸形成在圆周方向上并热装在嵌合面20的一方，与嵌合面20形成为平面的图3的情况相比，嵌合部的面压增加。在图4的情况下，在嵌合部的全长上形成凹凸，使凹槽20a与突条20b的比例为1∶1。从图4可以看出，如果在嵌合面20上形成凹凸，则与嵌合面20形成为平面的情况相比，平均面压几乎为2倍的Pm，即2Pm。

因为没有在突条20b的角部形成圆角，而形成了尖锐的棱边状，所以在热装托架13与轴封壳16a时，一方的嵌合面20发生塑性变形与突条20b的对应部件咬边。突条20b的棱边部的局部面压相对于平均面压Pm大约为3～4倍的高面压。根据本方法，如果适当地选择嵌合部全长上的凹槽20a与突条20b的比例，则可以调整托架13与轴封壳16a之间的面压Pm，根据工业用泵的样式或大小、使用条件等可以自由调整面压。

对于在托架13的内周面热装轴封装置16的轴封壳16a的方法进行说明。在托架13的内周面热装轴封壳16a来制作密闭结构的冷却室17时，使用同样材质的金属制作托架13与轴封壳16a。其理由是：在用于高温水的送水的工业用泵中，在运转时轴封装置16附近变成高温，如果用不同材质的金属制作托架13与轴封壳16a，则由于热膨胀率的差异而在嵌合面20上产生面压的不均匀或面压的降低，这是漏水的原因。

使用相同材质的金属通过锻造制作托架13与轴封壳16a。在热装时，精度良好地对嵌合面20进行机械加工，使得得到规定的过盈量δ。此时，在嵌合面20的一方形成凹槽20a与突条20b。然后，用加热炉等将托架13侧加热到例如150℃左右。通过热膨胀扩大托架13的内径。另一方面，用干冰等的制冷剂将轴封壳16a侧冷却到-40℃左右，使轴封壳16a的外径热收缩。

在该状态下，将轴封壳16a嵌入托架13的内周面，将形成在托架13内周面的冷却室17a封闭。之后，对托架13及轴封壳16a自然冷却或强制冷却。将轴封壳16a外周面热装到托架13的内周面之后，通过自然冷却或强制冷却而使托架13收缩，轴封壳16a膨胀。此时，突出设置在嵌合部20上的突条20b与对应部件的嵌合面20咬边，使托架13与轴封壳16a一体化。与此同时在嵌合面20上得到如图4所示的高面压Pm。即使在托架13与轴封壳16a的边界面上不设置用于防止泄露的O型密封圈，也不会发生液漏。就不需要O型密封圈等的密封单元。

图5及图6表示了本发明的轴封装置16的其他的实施例。在冷却轴封装置16的冷却单元17中，在轴封壳16a的外周面上形成了环状的冷却水流路17b。托架13的内周面密闭该冷却水流路17b的开口部。在托架13的外周部上贯穿设置了冷却水的注水口11。冷却水从该注水口11流入到冷却水流路17b内。在冷却水流路17b中流动的冷却水从贯穿设置在冷却水流路17b的内周侧的多个流入口17c流入到轴封室15内，冷却轴封装置16。之后，从图中未示出的流出口被排向外部。

在图5所示的实施例中，也将轴封壳16a的外周面热装到托架13的内周面。在托架13与轴封壳16a的嵌合面20上，与图2所示的实施例同样，通过机械加工交互形成凹槽20a与突条20b。在热装轴封壳16a时，在嵌合面20上得到高面压Pm。突出设置在轴封壳16a一端侧的凸缘16b的嵌合面20侧的角部形成了曲率R，该曲率R防止热装后在凸缘16b的拐角部分的应力集中。

在上述的各实施例中，通过锻造来制作托架13与轴封壳16a，如果是相同材质，可以用铸造物制作其中某一方或两方。但是如果用锻造物来形成托架13与轴封壳16a的两方，则在铸造时不会产生缺陷，不需要修补缺陷的时间。另外，提高了部件的质量。在上述的各实施例中，虽然在轴封壳16a的外周面形成了凹槽20a与突条20b，但也可以在托架13的内周面侧形成凹槽20a与突条20b。

根据本发明的工业用泵，因为不需要焊接盖来堵塞冷却单元的开口部，所以不用进行焊接操作或焊接后的热处理。因此，可以削减焊接操作或热处理操作所必要的操作工时数，可以降低泵整体的成本。

Claims (8)

1.一种工业用泵，包括：

泵主体；

被收容在该泵主体内并安装有叶轮的旋转轴；

自由旋转地支撑该旋转轴两端侧的轴承；

与该轴承相邻配置的轴封装置，

其特征在于，

具有冷却单元，在所述泵主体上设置托架，通过热装将轴封装置具有的轴封壳嵌合在该托架上并成为一体，所述托架与所述轴封壳的至少某一个，将从外部导入的冷却水通到所述托架与所述轴封壳的边界部来冷却所述轴封装置。

2.根据权利要求1所述的工业用泵，其特征在于，

所述冷却单元包括：

在所述托架的内周面上形成的环状的冷却室；或

在所述轴封壳的外周面上形成的环状的冷却水流路。

3.根据权利要求1所述的工业用泵，其特征在于，

在所述托架与所述轴封壳的某一个的嵌合面上，形成了具有环状的凹槽与环状的突条的凹凸面。

4.根据权利要求2所述的工业用泵，其特征在于，

在所述托架与所述轴封壳的某一个的嵌合面上，形成了具有环状的凹槽与环状的突条的凹凸面。

5.根据权利要求3所述的工业用泵，其特征在于，

所述突条的前端侧角部形成为棱边状，在所述托架的与所述轴封壳的嵌合部角部形成了避免应力集中的曲率R。

6.根据权利要求4所述的工业用泵，其特征在于，

所述突条的前端侧角部形成为棱边状，在所述托架的与所述轴封壳的嵌合部角部形成了避免应力集中的曲率R。

7.一种工业用泵的制造方法，由设置在泵主体上的轴承自由旋转地支撑安装了叶轮的旋转轴的两端侧，用从外部导入的冷却水冷却与所述轴承相邻配置的轴封装置，其特征在于，

在安装轴封装置的托架的内周面或轴封壳的外周面形成冷却室或冷却水流路，在设置了所述轴封装置的托架的内周面与所述轴封壳的外周面的某一方上，形成冷却室或冷却水流路，在所述托架与所述轴封壳的某一方的嵌合面上形成具有环状的凹槽与环状的突条的凹凸面，加热所述托架，将所述轴封壳嵌合在所述托架的内周上，之后冷却所述托架及所述轴封壳，使所述托架与所述轴封壳一体化。

8.根据权利要求7所述的工业用泵的制造方法，其特征在于，

在加热所述托架时冷却所述轴封壳，从而嵌合托架与轴封壳。

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