CN210769331U - 一种轴向力自动平衡的离心泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种轴向力自动平衡的离心泵，包括泵盖、转子组件、泵体和转轴，所述转子组件包括叶轮和转子本体，所述泵体轴心相同地设有隔离护套，所述隔离护套连接泵盖端开口，包括相互连接的盖体和筒身，所述盖体与泵盖的下端连接，所述转子本体设置于隔离护套的筒身内，所述泵盖内表面上开设有第一环形槽，所述叶轮上盖具有上凸的第一环形凸起部，所述第一环形凸起部伸入所述第一环形槽中，盖体的上表面开设有第二环形槽，所述叶轮下盖具有下凸的第二环形凸起部，所述第二环形凸起部伸入所述第二环形槽中。本实用新型的轴向力自动平衡的离心泵，既可自动平衡转子组件的轴向力，又可提高泵的容积效率。

Description

一种轴向力自动平衡的离心泵

技术领域

本实用新型属于水泵领域，尤其涉及一种轴向力自动平衡的离心泵。

背景技术

目前的离心泵，包括转子组件、转轴，转子组件包括叶轮和转子本体，叶轮下盖与转子本体相连。离心泵运行时，高速旋转的叶轮对工作介质做功，叶轮外径处形成高压区，高压区液体向叶轮上下两侧低压区流动。叶轮上盖与泵盖留有间隙，高压区液体经过间隙流入泵盖进水口，叶轮上盖与泵盖之间的区域形成一个压力渐变的中低压区域，使叶轮下盖处所受到的压力高于叶轮上盖所受到的压力。因此，转子组件会因受到向上的轴向力而窜动。现有技术一般采用以下方式来减少轴向力：在叶轮下盖上增加平衡孔1′(如图1所示)。

对于低转速比的离心泵，上述现有方案的局限性在于：如果开孔大了，泵的容积效率下降很大；如果开孔小了，平衡轴向力的作用不大。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的在于，提供一种轴向力自动平衡的离心泵，一方面使离心泵运行时可自动平衡转子组件的轴向力，另一方面还提高了叶轮的节流效果，防止工作介质在离心泵的叶轮上盖部位的内泄，使泵的效率提高。

本实用新型采取的技术方案如下：

一种轴向力自动平衡的离心泵，包括泵盖、转子组件、泵体和转轴，所述转子组件包括叶轮和转子本体，所述叶轮包括叶轮上盖和叶轮下盖，所述叶轮下盖与所述转子本体固定相连，所述泵体轴心相同地设有隔离护套，所述隔离护套连接泵盖端开口，包括相互连接的盖体和筒身，所述转子本体设置于隔离护套的筒身内，所述泵盖与所述盖体之间形成叶轮腔，所述叶轮位于所述叶轮腔中，其特征在于：所述泵盖内表面上开设有第一环形槽，所述叶轮上盖具有上凸的第一环形凸起部，所述第一环形凸起部伸入所述第一环形槽中，盖体的上表面开设有第二环形槽，所述叶轮下盖具有下凸的第二环形凸起部，所述第二环形凸起部伸入所述第二环形槽中。

由于液体在叶轮的旋转带动下会产生压力差，从而带动液体运动。将叶轮的出水口位置及其压强标记为P1，此处为高压区，叶轮的入水口位置及其压强标记为P0，此处为低压区。液体会从高压区往低压区走，所以出水口处的液体会自动寻找一切的通道流回低压区。出水口处液体可经过叶轮上盖区域(此处及其压强标记为P′)流回出水口P0处；另外出水口处液体还可经过叶轮下盖区域(此处及其压强标记为P〞)至叶轮底部，如果是具有内部液冷循环的水泵，还可以流经转子本体至转子组件的后端面(此处及其压强标记为P2)，并经过冷却液循环回路，流回叶轮进水口处。本实用新型的轴向力自动平衡的离心泵，通过第二环形凸起部与第二环形槽的对应设置，其对叶轮出水口向叶轮下盖流动的液体起到阻挡作用，使P〞的叶轮下盖内侧位置处的压力减小(即对叶轮向上的压力减小)，这样可以减少向上的轴向力，减少离心泵运行时转子组件的窜动；同时通过第一环形凸起部与第一环形槽的对应设置，使得P′处的压力变大，进一步使叶轮的上下压力差变小，可以进一步减少转子组件的轴向力，另一方面，由于第一环形凸起部与第一环形槽之间形成缝隙密封，起到节流的效果，即叶轮出水口向叶轮上盖流动并回到叶轮入水口的液体减少，减少了离心泵的内泄漏，增加了离心泵的容积效率。

进一步地，所述第一环形凸起部与所述第一环形槽间隙配合。即，第一环形凸起部与第一环形槽并不接触，泵盖与叶轮上盖之间一直存在缝隙，离心泵运行时，不存在对第一环形凸起部的磨削。

进一步地，所述第二环形凸起部与所述第二环形槽间隙配合。即，第二环形凸起部与第二环形槽并不接触，叶轮下盖与隔离护套的盖体之间一直存在缝隙，离心泵运行时，不存在对第二环形凸起部的磨削。

优选地，所述第一环形槽位于泵盖的靠近入水口位置，所述第一环形凸起部位于叶轮上盖的靠近转轴一侧，所述第二环形槽位于盖体的靠近出水口位置，所述第二环形凸起部位于叶轮下盖的远离转轴一侧。在这种情况下，第一环形凸起部靠近入水口，与第一环形凸起部设置于其他位置相比，第一环形凸起部外侧区域的压强更大，由于液压力＝压强×面积，其对叶轮向下的压力更大，可以更好地平衡向上的液压力，而第二环形凸起部靠近出水口，使叶轮下盖的很大面积位置处的压强骤降，使其对叶轮向上的液压力大大减小，这使得转子组件的轴向力得到最大程度的平衡。

进一步地，第一环形槽的底部具有第三环形凸起部。通过第三环形凸起部的设置，在第一环形凸起部与第一环形槽之间具有间隙的同时，减少第一环形凸起部与第一环形槽的底部之间的局部间隙，进一步增大第一环形凸起部外侧与内侧的压降，使平衡轴向力的效果更好。

优选地，所述第三环形凸起部朝向所述第一环形凸起部的一面为弧面。这样设置使离心泵运行时，由于轴向力需要一个平衡过程，转子组件向上运动时第一环形凸起部可能会碰触到第一环形槽的底部，而这个弧面可以使互相的磨损降低。

进一步地，所述轴向力自动平衡的离心泵还包括设置于转轴两端的上轴承和下轴承，所述下轴承具有第四环形凸起部。通过第四环形凸起部的设置，在转子组件后移时只有第四环形凸起部接触到隔离护套的底部，下轴承的其他部位不会接触到隔离护套，减少了摩擦。

进一步地，所述隔离护套具有隔离腔，所述隔离腔与所述叶轮腔连通，所述转子组件跨越所述隔离腔和所述叶轮腔且限定出一冷却液循环回路。对于具有冷却液循环回路的水泵，转子组件在转子本体的后端面还受到向上的液压力，这种离心泵与不具有冷却液循环回路的离心泵相比本身具有更大的轴向力，将转子本体的后端面处及其压强标记为P2，由于第二环形凸起部的设置，使P2减小，即转子本体的后端面处的液体的向上液压力减小，使转子组件的轴向力进一步得到平衡。

进一步地，所述转轴与所述转子本体之间形成第一通道，所述转子本体与隔离护套的内壁之间形成第二通道，所述第二通道与所述叶轮腔连通，所述叶轮腔与所述第一通道连通，第一通道的底端和第二通道的底端连通，形成所述冷却液循环回路。

本实用新型的轴向力自动平衡的离心泵，一方面可以使离心泵运行时能够自动平衡转子组件的轴向力，减少或完全消除转子组件的窜动；另一方面能对叶轮腔中液体的回流起到节流效果，防止工作介质在离心泵的叶轮上盖部位的内泄，使泵的容积效率提高。

附图说明

图1为现有技术的离心泵剖面示意图；

图2为实施例1的轴向力自动平衡的离心泵的剖面示意图；

图3为实施例1中一种优选实施方式中的局部(第一环形凸起部与第一环形槽)放大示意图；

图4为实施例1中一种优选实施方式中的局部(下轴承与隔离护套的底端)放大示意图；

其中：1′-平衡孔，1-泵盖，11-第一环形槽，111-第三环形凸起部，12-叶轮腔，2-转子组件，21-叶轮，211-叶轮上盖，2111-第一环形凸起部，212-叶轮下盖，2121-第二环形凸起部，22-转子本体，26-第一通道，3-隔离护套，31-盖体，311-第二环形槽，32-筒身，33-隔离腔，34-第二通道，4-泵体，5-转轴，61-上轴承，62-下轴承，621-第四环形凸起部。

具体实施方式

实施例1

如图2所示，本实施例的轴向力自动平衡的离心泵，包括泵盖1、转子组件2、泵体4和转轴5，转子组件2包括叶轮21和转子本体22，叶轮21包括叶轮上盖211和叶轮下盖212，叶轮下盖212与转子本体22固定相连，泵体4轴心相同地设有隔离护套3，隔离护套3连接泵盖端开口，包括相互连接的盖体21和筒身32，泵盖转子本体22设置于隔离护套3的筒身32内，泵盖1与盖体21之间形成一叶轮腔12，叶轮21位于叶轮腔12中，泵盖1内表面上开设有第一环形槽11，叶轮上盖211具有上凸的第一环形凸起部2111，第一环形凸起部2111伸入第一环形槽11中，盖体31的上表面开设有第二环形槽311，叶轮下盖212具有下凸的第二环形凸起部2121，第二环形凸起部2121伸入第二环形槽311中。

由于液体在叶轮的旋转带动下会产生压力差，从而带动液体运动。将叶轮的出水口位置及其压强标记为P1，此处为高压区，叶轮的入水口位置及其压强标记为P0，此处为低压区。液体会从高压区往低压区走，所以出水口处的液体会自动寻找一切的通道流回低压区。出水口处液体可经过叶轮上盖区域(此处及其压强标记为P′)流回出水口P0处；另外出水口处液体还可经过叶轮下盖区域(此处及其压强标记为P〞)至叶轮底部，如果是具有内部液冷循环的水泵，还可以流经转子本体至转子组件的后端面(此处及其压强标记为P2)，并经过冷却液循环回路，流回叶轮进水口处。本实用新型的轴向力自动平衡的离心泵，通过第二环形凸起部与第二环形槽的对应设置，其对叶轮出水口向叶轮下盖流动的液体起到阻挡作用，使P〞的叶轮下盖内侧位置处的压力减小(即对叶轮向上的压力减小)，这样可以减少向上的轴向力，减少离心泵运行时转子组件的窜动；同时通过第一环形凸起部与第一环形槽的对应设置，使得P′处的压力变大，进一步使叶轮的上下压力差变小，可以进一步减少转子组件的轴向力，另一方面，由于第一环形凸起部与第一环形槽之间形成缝隙密封，起到节流的效果，即叶轮出水口向叶轮上盖流动并回到叶轮入水口的液体减少，减少了离心泵的内泄漏，增加了离心泵的容积效率。在具体的实施方式中，第一环形凸起部、第一环形槽既可以只设置一对，也可以成对地设置多个；同样地，第二环形凸起部、第二环形槽既可以只设置一对，也可以成对地设置多个。

作为一种实施方式，第一环形凸起部2111可以与第一环形槽11间隙配合，第二环形凸起部2121也可以与第二环形槽311间隙配合。即，第一环形凸起部2111与第一环形槽11并不接触，泵盖1与叶轮上盖211之间一直存在缝隙，第二环形凸起部2121与第二环形槽311并不接触，叶轮下盖212与隔离护套3的盖体31之间一直存在缝隙，离心泵运行时，不存在对第一环形凸起部2111和第二环形凸起部2121的磨削。

优选地，第一环形槽11位于泵盖1的靠近入水口位置，第一环形凸起部2111位于叶轮上盖211的靠近转轴5一侧，第二环形槽311位于盖体31的靠近出水口位置，第二环形凸起部2121位于叶轮下盖212的远离转轴5一侧。在这种情况下，第一环形凸起部2111靠近入水口，与第一环形凸起部设置于其他位置相比，第一环形凸起部2111外侧区域的压强更大，由于液压力＝压强×面积，其对叶轮向下的压力更大，可以更好地平衡向上的液压力，而第二环形凸起部2121靠近出水口，使叶轮下盖212的很大面积位置处的压强骤降，使其对叶轮向上的液压力大大减小，这使得转子组件的轴向力得到最大程度的平衡。

作为一种优选实施方式，如图3所示，第一环形槽11的底部可以具有第三环形凸起部111。通过第三环形凸起部111的设置，在保证第一环形凸起部2111与第一环形槽11之间具有间隙的同时，减少了第一环形凸起部2111与第一环形槽11的底部之间的局部间隙，进一步增大第一环形凸起部2111外侧与内侧的压降，使平衡轴向力的效果更好。进一步优选地，第三环形凸起部111朝向第一环形凸起部2111的一面可以设置为弧面，这样设置使离心泵运行时，由于轴向力需要一个平衡过程，转子组件在向上运动时第一环形凸起部2111可能会碰触到第一环形槽11的底部，而这个弧面可以使互相的磨损降低。

作为一种优选实施方式，如图4所示，所述轴向力自动平衡的离心泵还可包括位于转轴5两端的上轴承61和下轴承62，下轴承62具有第四环形凸起部621，通过第四环形凸起部621的设置，在转子组件2后移时只有第四环形凸起部621接触到隔离护套3的底部，下轴承62的其他部位不会接触到隔离护套3，减少了摩擦。

作为一种具体实施方式，隔离护套3具有隔离腔33，隔离腔33与叶轮腔12连通，转子组件2跨越隔离腔3和叶轮腔12且限定出一冷却液循环回路。即该离心泵是具有冷却液循环回路的水泵，这样，离心泵运行过程中，转子组件2在转子本体22的后端面还受到向上的液压力，这种离心泵与不具有冷却液循环回路的离心泵相比本身具有更大的轴向力，将转子本体22的后端面处及其压强标记为P2，由于第二环形凸起部2121的设置，使P2减小，即转子本体22的后端面处的液体的向上液压力减小，使转子组件2的轴向力进一步得到平衡。

进一步地，作为一种具体实施方式，转轴5与转子本体22之间形成第一通道26，转子本体22与隔离护套3的内壁之间形成第二通道34，第二通道34与叶轮腔12连通，叶轮腔12与第一通道26连通，第一通道26的底端和第二通道34的底端连通，形成所述冷却液循环回路。通过上述结构设置的水泵，其内部形成冷却液循环回路，冷却液流经高压区P1处、转子本体、转子后端面P2处、第一通道26、叶轮腔12然后流回入水口，带走了转子产生的热量，实现了对转子的冷却。

下面以一种优选的实施方式为例，详细分析本实施例的离心泵是如何达到轴向力的自动平衡的。在这种优选实施方式中，如图2所示，第一环形槽11位于泵盖1的靠近入水口位置，第一环形凸起部2111位于叶轮上盖211的靠近转轴5一侧，第二环形槽311位于盖体31的靠近出水口位置，第二环形凸起部2121位于叶轮下盖212的远离转轴5一侧；而且该离心泵具有一冷却液循环回路。在离心泵没有运转之前，转子组件在离心泵中是可以前后运动的，其浮动大概在0.5-2mm之间，当通电后，转子本体在电磁的作用力下转动起来，叶轮跟转子本体是固定在一起的，也转动起来，叶轮带动液体转动，在离心力的作用下，液体不断的被甩到出水口处，形成了高压区；入水口处形成相对真空，外部管路的液体不断进入入水口来进行补充，水泵正式工作起来。由前述分析可知，在叶轮上盖211、叶轮下盖212及转子本体22的后端面都形成相应的压强，各压强是不相等的。而转子组件所承受的轴向力是前后压强乘上对应的面积(取朝向入水口的方向为正向，即对转子组件向前推动的方向为正向)，将离心泵的入水口处管径记为S0，叶轮的直径记为S1，叶轮本体的外径记为S2，转子组件的轴向力F＝P〞*(S1-S2)+P2*S2-P0*S0-P′*(S1-S0)，F的目标值为0，即轴向力完全不存在。

对于具体的水泵来说，由于性能的要求，P0、P1、S0、S1、S2已经确定。进水口P0是整个水泵的最低压处，所以对于一般情况要达到转子的轴向力平衡只能增加P′，减少P〞和P2。在叶轮上盖211靠近入水口处设有第一环形凸起部2111，从P1到P0的压降主要集中在第一环形凸起部2111和第一环形槽11形成的密封缝隙处，即可增加P′的压强。在叶轮下盖212靠近叶轮出水口处设有第二环形凸起部2121，可以减少P〞和P2。当P〞和P2减少到一定程度，可能会出现F为负的现象，这时候需要结构上能自动增加P〞和P2，减少P′。当F为负时，转子向后运动，叶轮上盖211与泵盖1的间隙增加，减少P′，下轴承62的端面与隔离护套3接触，隔断了液体的流动，又会导致P〞和P2压强上升，如此达到自动平衡消除轴向力的作用。

本实施例的轴向力自动平衡的离心泵，一方面可以使离心泵运行时能够自动平衡转子组件的轴向力，减少或完全消除转子组件的窜动；另一方面能对叶轮腔中液体的回流起到节流效果，防止工作介质在离心泵的叶轮上盖部位的内泄，使泵的容积效率提高。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种轴向力自动平衡的离心泵，包括泵盖、转子组件、泵体和转轴，所述转子组件包括叶轮和转子本体，所述叶轮包括叶轮上盖和叶轮下盖，所述叶轮下盖与所述转子本体固定相连，所述泵体轴心相同地设有隔离护套，所述隔离护套连接泵盖端开口，包括相互连接的盖体和筒身，所述转子本体设置于隔离护套的筒身内，所述泵盖与所述盖体之间形成叶轮腔，所述叶轮位于所述叶轮腔中，其特征在于：所述泵盖内表面上开设有第一环形槽，所述叶轮上盖具有上凸的第一环形凸起部，所述第一环形凸起部伸入所述第一环形槽中，盖体的上表面开设有第二环形槽，所述叶轮下盖具有下凸的第二环形凸起部，所述第二环形凸起部伸入所述第二环形槽中。

2.根据权利要求1所述的轴向力自动平衡的离心泵，其特征在于：所述第一环形凸起部与所述第一环形槽间隙配合。

3.根据权利要求2所述的轴向力自动平衡的离心泵，其特征在于：所述第二环形凸起部与所述第二环形槽间隙配合。

4.根据权利要求3所述的轴向力自动平衡的离心泵，其特征在于：所述第一环形槽位于泵盖的靠近入水口位置，所述第一环形凸起部位于叶轮上盖的靠近转轴一侧，所述第二环形槽位于盖体的靠近出水口位置，所述第二环形凸起部位于叶轮下盖的远离转轴一侧。

5.根据权利要求3所述的轴向力自动平衡的离心泵，其特征在于：第一环形槽的底部具有第三环形凸起部。

6.根据权利要求5所述的轴向力自动平衡的离心泵，其特征在于：所述第三环形凸起部朝向所述第一环形凸起部的一面为弧面。

7.根据权利要求1所述的轴向力自动平衡的离心泵，其特征在于：还包括设置于转轴两端的上轴承和下轴承，所述下轴承具有第四环形凸起部。

8.根据权利要求1～7任一所述的轴向力自动平衡的离心泵，其特征在于：所述隔离护套具有隔离腔，所述隔离腔与所述叶轮腔连通，所述转子组件跨越所述隔离腔和所述叶轮腔且限定出一冷却液循环回路。

9.根据权利要求8所述的轴向力自动平衡的离心泵，其特征在于：所述转轴与所述转子本体之间形成第一通道，所述转子本体与隔离护套的内壁之间形成第二通道，所述第二通道与所述叶轮腔连通，所述叶轮腔与所述第一通道连通，第一通道的底端和第二通道的底端连通，形成所述冷却液循环回路。

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