CN203189321U

CN203189321U - 叶轮背对背多级离心泵可调式轴向力平衡结构

Info

Publication number: CN203189321U
Application number: CN 201320097677
Authority: CN
Inventors: 李大俊
Original assignee: CHONGQING XIQUAN PUMP INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: CHONGQING XIQUAN PUMP INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2023-03-04

Abstract

本实用新型涉及叶轮背对背布置的多级离心泵。提供一种叶轮背对背多级离心泵可调式轴向力平衡结构，该平衡结构包括叶轮轴上背对背布置两组叶轮，两组叶轮分别位于泵体的低压区和高压区内，其特征在于：所述的低压区和高压区之间局部连通。叶轮轴位于低压区和高压区之间的轴身上设置节流轴套，节流轴套上套设节流套，节流套与节流轴套间具有间隙，该间隙靠近低压区一侧的出口连通平衡压力腔，平衡压力腔与低压区最后一级叶轮的背盖板相接，该背盖板上设置平衡孔；所述的叶轮为奇数级时，平衡孔的孔径较叶轮为偶数级时小、节流套与节流轴套间的间隙较叶轮为偶数级时大。本实用新型能使使泵的运行更接近平衡状态，提高使用寿命。

Description

叶轮背对背多级离心泵可调式轴向力平衡结构

技术领域

本实用新型涉及流体机械，具体涉及叶轮背对背布置的多级离心泵。

背景技术

泵在运行时，其转子部件均存在一个轴向力，此力将推动转子部件轴向移动，造成转子部件与固定部件接触并相互磨损、叶轮出口与壳体流道不能对中、机械密封失效等现象。因此，必须设法消除或平衡该轴向力，保证泵持久工作。

作用在转子部件上的轴向力，是由以下各种力组成的：1、由于叶轮前盖板上有液体的进口，造成叶轮的前盖板与后盖板受力不对称产生的轴向力，此力指向叶轮的入口；2、由于液体从吸入口流入叶轮，对叶轮产生的作用力，此力指向叶轮的后盖板；3、叶轮轴台、轴端等结构因素引起的轴向力，其方向视具体情况而定；4、转子部件的重量引起的轴向力，其方向与布置的方式有关；5、影响轴向力的其它因素。

为了平衡轴向力，通常多级离心泵采用平衡鼓、平衡盘或叶轮对称布置以及推力轴承来平衡残余轴向力。但平衡鼓和平衡盘的平衡措施普遍存在着易损件多，易损件损耗快等缺陷。故现大都采用叶轮对称布置以及推力轴承来平衡残余轴向力，叶轮对称布置也称为“背对背布置”；但这种方法也存在一定的缺点，当泵级数为偶数级时，正、反叶轮的数量一致，但是首级叶轮设计都要考虑汽蚀的因素，其进口均比其他叶轮的进口要大些。因此，虽然正、反叶轮数量相同，但在一般情况下，还是存在很大部分残余轴向力，这部分残余轴向力全部由推力轴承来承受，故推力轴承的寿命很难保证。当泵的级数为奇数级时，正、反向叶轮有一级之差，故存在一级叶轮的残余轴向力，为解决这一级叶轮的轴向力，通常采用首级叶轮为双吸叶轮来解决，但这也造成了结构尺寸增大，占地面积大，制造成本增加。

另一方面，轴向力随转子部件与定子部件的节流间隙因磨损增大而发生变化，当轴向力变化到一定的程度，磨损将逐渐加剧，泵很快就不能正常运行了。

对于多级泵来说，体积大，质量重，拆装困难，若拆卸频繁，造成人力和物力资源浪费太大。因此，多年来，我们一直在追寻，如何综合现行泵的各种平衡结构的优点，设计出一套经济可行的控制轴向力的结构，来最大限度延长泵的使用寿命，减少不必要的损失和浪费，为泵行业的节能减耗作出应有的贡献，这是我们最终要实现的目标。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种叶轮背对背多级离心泵可调式轴向力平衡结构，利用该结构能最大限度地延长多级泵的使用寿命，并提高泵的效率，减少易损件更换频率，使泵运行更加可靠，操作更为方便。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：叶轮背对背多级离心泵轴向力平衡结构，包括叶轮轴上背对背布置两组叶轮，两组叶轮分别位于泵体的低压区和高压区内，所述的低压区和高压区之间局部连通。

优选的，所述的叶轮轴位于低压区和高压区之间的轴身上设置节流轴套，节流轴套上套设节流套，节流套与节流轴套间具有间隙，该间隙靠近低压区一侧的出口连通平衡压力腔，平衡压力腔与低压区最后一级叶轮的背盖板相接，该背盖板上设置平衡孔；所述的叶轮为奇数级时，平衡孔的孔径较叶轮为偶数级时小、节流套与节流轴套间的间隙较叶轮为偶数级时大。

优选的，所述的平衡压力腔与低压区通过调压管连通，调压管上设置调压阀门。

优选的，所述的叶轮轴端部采用四点接触球轴承。

优选的，所述的调压管连接在低压区的沿流体输送方向的倒数第二级叶轮对应位置处。

优选的，所述的叶轮轴上位于高压区的端部设置水封泄压腔，水封泄压腔通过水封泄压管与低压区的第一级叶轮中段位置的腔室连通。

本实用新型的有益效果在于：

1、背对背布置的叶轮可以不完全对称布置，泵的安装布置更灵活；并且该高压区与低压区的适当连通就可以部分平衡轴向力，使泵的运行更接近平衡状态。

2、通过调压阀和四点接触球轴承，可以灵活调整轴向力。

3、泵处于接近平衡的最佳状态下工作，从而充分保证了泵正常运行的工作条件，显著地提高了泵的效率及使用寿命。

4、叶轮轴的轴向窜量小，运用范围广；可适用于更加复杂、恶劣的条件下工作，两端轴封可采用机械密封，也可采用填料密封。

5、轴封使用寿命长，由于泵内设有水封泄压腔，轴封装置一直保持在低压状态下工作，充分保证了轴封装置正常的使用工况。

6、轴承使用寿命长；由于叶轮轴的平衡力长期处于接近平衡的最佳状态下工作，因此轴承承受的轴向力非常小。

7、泵体使用寿命长；由于泵的轴承和轴封的使用工况得到了充分的保证，因此泵运行平稳，因此转动部件与固定部件间的相互磨损的机率大大降低。

附图说明

图1叶轮背对背多级离心泵结构示意图；

图2叶轮背对背多级离心泵转子部件示意图。

附图标记：1、转子部件，2、轴承甲部件，3、轴封装置，4、吸入段，5、正向叶轮，6、正向中段，7、正向末级叶轮，8、出水段，9、节流套，10、反向末级叶轮，11、反向叶轮，12、反向中段，13、次级吸入段，14、过渡管，15、次级吸入段节流套，16、填料函体，17、轴承乙部件，18、水封泄压管，19、调压管，20、平衡孔，21、叶轮轴，22、圆柱滚子轴承，23、正向首级叶轮，24、圆螺母，25、平衡压力腔26、节流轴套，27、反向叶轮，28、次级吸入段节流轴套，29、四点接触球轴承，30、水封泄压腔。

具体实施方式

结合图1、2所示的，应用本实用新型的轴向力平衡结构的叶轮背对背布置的多级离心泵，在转子部件1的两端分别设有轴承甲部件2、轴承乙部件17和轴封装置3，其分别与吸入段4和填料函体16连接。而吸入段4到出水段8间是用正向中段6逐级连接起来的，填料函体16到出水段8间是经过次级吸入段13，再用反向中段12逐级连接起来的。

叶轮轴21上设置的叶轮分为两组，结合图1、2所示的来看，左侧叶轮将流体向右方输送、右侧叶轮将流体向左方输送；在泵的左侧形成低压区、在泵的右侧形成高压区。为描述方便，全文定义低压区的叶轮方向为正向叶轮5、高压区的叶轮方向为反向叶轮11。

出水段8设置低压区出口和高压区出口两个介质出口。出水段8的低压区出口与次级吸入段13的入口通过过渡管14连接起来。正向中段6内固定有正向叶轮5，低压区在图示的最右侧是正向末级叶轮7。反向中段12内固定有反向叶轮11，高压区在图示的最左侧是反向末级叶轮10。

当泵运作时，如图1所示，流体由泵的吸入段4进入，经第一级或者若干级正向叶轮5逐次加压，通过出水段8的低压区出口沿过渡管14进入次级吸入段13，再经反向级或者若干级反向叶轮11逐次加压后，最终由出水段8的高压区出口排出。

本实用新型主要针对低压区的正向叶轮5级数少于或等于高压区的反向叶轮11级数的情形。

通常的高压区和低压区之间是由出水段8的实体壁及密封件隔离开的，密封件例如轴封、节流套之类的部件。本实用新型低压区和高压区之间局部连通。其连通方式有多种，例如另设管道连通，或者调整密封结构的密封性能，使其自然地连通等，目的是让高压区的高压流体能适当流入低压区，通过特定设置该连通后流体的流量大小，即可利用高压流体流入到低压区，增大高压流体对低压区叶轮的作用力，平衡轴向力。此种结构主要针对叶轮总级数为奇数的多级离心泵。

局部连通的优选实施方式是：所述的叶轮轴21位于低压区和高压区之间对的轴身上设置节流轴套26，节流轴套26上套设节流套9，节流套9与节流轴套26间具有间隙，该间隙靠近低压区一侧的出口连接平衡压力腔25，平衡压力腔25与正向末级叶轮7的背盖板相接，该背盖板上设置平衡孔20；所述的叶轮为奇数级时，平衡孔20的孔径较叶轮为偶数级时小、节流套9与节流轴套26间的间隙较叶轮为偶数级时大。

如图1所示来看：这样的结构中平衡压力腔25的液体直接作用于正向末级叶轮7的背盖板，平衡孔20设置的较小、节流套9与节流轴套26间的间隙较大时，平衡压力腔25内的液体压力大，对正向末级叶轮7的背盖板的作用力大，形成向左的作用力，可以平衡叶轮轴21总体向右的轴向力，此种结构非常适合叶轮级数为奇数的情形。

当平衡孔20设置的较大、节流套9与节流轴套26间的间隙较小时，也就是按一般密封结构的要求进行设置时。平衡压力腔25实际上成为一个液体储存和缓冲腔室，对高压区泄露出来的液体起到减压、泄压的作用，平衡压力腔25内的液体压力小，避免了对正向末级叶轮7的背盖板的直接压力作用，平衡叶轮轴21总体向左的轴向力。避免以往高压区液体因泄露到低压区，增大向左轴向力的情况。此种结构非常适合叶轮级数为偶数的情形。

更好的是：所述的平衡压力腔25与低压区通过调压管19连通，调压管19上设置调压阀门。所述的叶轮轴21端部的轴承乙部件17采用四点接触球轴承29。具体来说调压管19的入口与出水段8的平衡压力腔25相连，其出口与正向中段6连通；该正向中段6的位置正好是低压区的沿流体输送方向的倒数第二级叶轮对应位置处。轴承乙部件17包括轴承端盖、支架、润滑结构等，内部主要固定叶轮轴21的是四点接触球轴承29。

这样平衡孔20和调压管19两种连通方式并用，可以更灵活精确地调整连通后的流量大小。这样便于在使用中方便地调节轴向力。

调节方法是：从泵尾端轴承乙部件17的加油孔处，可直接观察到平衡残余轴向力的四点接触球轴承29外圈的转动情况，如果其外圈处于微转动状态，说明平衡残余轴向力的四点接触球轴承29基本不受轴向力，泵转子部件的轴向力基本得到了平衡。如果不是则通过调整调压管19上的调压阀门的开度来调节；达到更精确的调整，使泵基本处轴向力平衡的状态。

优选的，所述的叶轮轴上位于高压区的端部设置水封泄压腔30，水封泄压腔30通过水封泄压管18与低压区的正向首级叶轮23对应位置的腔室连通。由于泵内设有水封泄压腔30，高压区的高压液体泄漏到水封泄压腔30后可以经水封泄压管18流到低压区，这样填料函体16等轴密封部件可以保持在低压状态下工作，充分保证了部件正常的使用工况，延长使用寿命。

下面结合泵的工作过程，具体描述本实用新型的工作原理和技术效果。

当叶轮级数为奇数级时，如图1、2所示，由于背对背布置的反向级叶轮比正向级数量多1级，由此一般情况下反向级叶轮产生的总轴向力比正向级叶轮产生的总轴向力要大些，且方向相反、如图示向右，故轴向力得不到平衡。

为了增大正向级叶轮产生的向左轴向力，主要是加大平衡压力腔25压力来增大正向末级叶轮7向左的轴向力来完成。平衡压力腔25内的压力是液体由高压区经节流套9与节流轴套26间的间隙流入平衡压力腔25产生的，故叶轮级数为奇数时该间隙较大，平衡压力腔25内的压力便得到提高，通过高压液体对正向末级叶轮7背盖板的压力和经平衡孔20和调压管19流入低压区的液体压力作用，轴向力得到平衡。因节流套9与节流轴套26间的间隙较大，平衡压力腔25可能会进入磨损颗粒等杂质，杂质也可以通过平衡孔20排出到低压区。平衡孔20起到排渣孔的作用。

在泵运行时，调整调压管19上的调压阀门的开度，当从轴承乙部件17的加油孔处，观察到四点接触球轴承29的外圈处于微转动时，便停止调整。此时，由正向级叶轮产生的总轴向力与反向级产生的总轴向力大小相等、方向相反，并作用于同一轴线上，故轴向力之和接近为零，泵的轴向力已充分得到的平衡。泵连续运行一段时间后，转子部件1与固定部件间的节流间隙由于腐蚀、磨损等原因，将逐渐增大，使泵的轴向力同时也发生变化，当泵的轴向力变化使泵平衡残余轴向力的四点接触球轴承29温度升高时，重新按以上的方法，调整调压管19上的调压阀门的开度，使泵的轴向力重新得到平衡，泵即又恢复正常运行。

当泵级数为偶数级时：

由于背对背布置的正向级叶轮与反向级叶轮数量相等，看似轴向力能平衡，但如图2所示的正向首级叶轮23由于设计考虑汽蚀的因素，其入口尺寸比其它叶轮要大一些，所以正向级叶轮产生的总轴向力比反向级叶轮产生的总轴向力要大些，该合力在图1所示的状态方向向左，故轴向力得不到平衡。

为了减小正向级产生的向左轴向力，必须减小平衡压力腔25内的压力，故在正向末级叶轮7背盖板处平衡孔20孔径更大，节流套9与节流轴套26间的间隙更小，基本按密封原则设置。减少了高压液体进入平衡压力腔25的总量，也降低液体由平衡压力腔25经此平衡孔20流入低压区的阻力损失，从而平衡压力腔25内的压力大大降低；加之调压管19的泄压作用，平衡压力腔25内的压力进一步降低。几乎不会对低压区的正向末级叶轮7产生作用力；因此向左的轴向力得到了平衡；平衡压力腔25起到缓冲腔的作用。而在现有技术中，因为节流套9等密封结构并不能完全阻隔高压液体向低压区流动，而高压液体直接流到低压区，会对正向末级叶轮7背盖板造成极大的力作用，因此叶轮轴21的轴向力得不到平衡。而本实用新型通过泄压的原理解决了此问题，并且其基本结构同与叶轮级数为奇数的多级离心泵中类似，结构简单，便于部件标准化，便于生产和管理。

在泵运行时，调整调压管19上的调压阀门开度，当从轴承乙部件17的加油孔处，观察到四点接触球轴承29的外圈处于微转动时，便停止调整。此时，由正向级叶轮产生的总轴向力与反向级产生的总轴向力大小相等、方向相反，并作用于同一轴线上，故轴向力之和为零，泵的轴向力已得到充分平衡。泵连续运行一段时间后，转子部件1与固定部件间的节流间隙由于腐蚀、磨损等原因，将逐渐增大，使泵的轴向力同时也发生变化，当泵的轴向力变化使泵平衡残余轴向力的四点接触球轴承29温度升高时，重新按以上的方法，调整调压管19中的阀门的开度，使泵的轴向力重新得到平衡，泵即又恢复正常运行。

Claims

1.叶轮背对背多级离心泵轴向力平衡结构，包括叶轮轴上背对背布置两组叶轮，两组叶轮分别位于泵体的低压区和高压区内，其特征在于：所述的低压区和高压区之间局部连通。

2.根据权利要求1所述的叶轮背对背多级离心泵轴向力平衡结构，其特征在于：所述的叶轮轴位于低压区和高压区之间的轴身上设置节流轴套，节流轴套上套设节流套，节流套与节流轴套间具有间隙，该间隙靠近低压区一侧的出口连通平衡压力腔，平衡压力腔与低压区最后一级叶轮的背盖板相接，该背盖板上设置平衡孔；所述的叶轮为奇数级时，平衡孔的孔径较叶轮为偶数级时小、节流套与节流轴套间的间隙较叶轮为偶数级时大。

3.根据权利要求2所述的叶轮背对背多级离心泵轴向力平衡结构，其特征在于：所述的平衡压力腔与低压区通过调压管连通，调压管上设置调压阀门。

4.根据权利要求3所述的叶轮背对背多级离心泵轴向力平衡结构，其特征在于：所述的叶轮轴端部采用四点接触球轴承。

5.根据权利要求4所述的叶轮背对背多级离心泵轴向力平衡结构，其特征在于：所述的调压管连接在低压区的沿流体输送方向的倒数第二级叶轮对应位置处。

6.根据权利要求1到5中任意一项所述的叶轮背对背多级离心泵轴向力平衡结构，其特征在于：所述的叶轮轴上位于高压区的端部设置水封泄压腔，水封泄压腔通过水封泄压管与低压区的第一级叶轮中段位置的腔室连通。