CN218439865U - 轴头力自适应平衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种轴头力自适应平衡装置，包括平衡组件和自适应供压装置，所述平衡组件设置在泵轴与泵壳之间的泵腔内，所述平衡组件中的平衡腔连接自适应供压装置的小活塞缸，自适应供压装置的大活塞缸连接泵腔，通过自适应供压装置自适应平衡平衡组件内液压油压强产生的力，并平衡离心泵进口高压作用所产生的轴头力。本实用新型可自适应平衡任何进口压力下所产生的轴头力，大幅度改善轴承受力状态，降低离心泵运行的振动噪声，提高离心泵运行的稳定性及可靠性，避免机械密封高压力和杂质颗粒的双重作用。

Description

轴头力自适应平衡装置

技术领域

本实用新型涉及一种进口高压离心泵轴头力平衡技术，尤其是一种应用于进口高压的流程用离心泵或循环用离心泵，特别是离心泵泵轴端浸于介质的情况的自适应轴头力平衡结构。

背景技术

离心泵采用叶轮悬臂结构，离心泵的轴端直接浸于介质中。由于离心泵进口介质高压力的作用，会产生很大的向上的轴头力，靠离心泵自身结构无法平衡这种轴头力。目前，普遍采用可承受大轴向推力的轴承结构解决轴头力的平衡问题。这种结构的局限性体现在以下几方面:

只能选用较大的轴承，造成空间尺寸增大的同时，轴承本身的振动噪声也比较大，不利于缩小体积和低噪声运行；离心泵轴整体受压，产生较大的弯曲挠度，使离心泵运行稳定性变差；由于受到结构空间限制，无法选取更大规格的轴承的，会造成轴承受较大轴向推力，缩短维护时间及轴承寿命，对离心泵的可靠性产生不利影响；泵用机械密封需要同时承受高压力和介质中颗粒杂质或介质结晶颗粒的双重作用，容易损坏。因此，目前尚未有合适的结构和方法解决轴头力的平衡问题。

发明内容

本实用新型提出一种轴头力自适应平衡装置，可自适应平衡任何进口压力下所产生的轴头力，大幅度改善轴承受力状态，降低离心泵运行的振动噪声，提高离心泵运行的稳定性及可靠性，避免机械密封高压力和杂质颗粒的双重作用。

本实用新型的技术方案是：一种轴头力自适应平衡装置，包括平衡组件和自适应供压装置，所述平衡组件设置在泵轴与泵壳之间的泵腔内，所述平衡组件中的平衡腔连接自适应供压装置的小活塞缸，自适应供压装置的大活塞缸连接泵腔，通过自适应供压装置自适应平衡平衡组件内液压油压强产生的力，并平衡离心泵进口高压作用所产生的轴头力。

进一步，所述平衡组件中轴套与摩擦环组件共同组成泵壳与泵轴之间的密封，轴套与泵轴间采用O型圈防止泵腔内流体通过其间隙泄露。

进一步，所述平衡组件中的内摩擦环布置在泵腔与平衡腔之间，接触杂质颗粒但不承受高压，防止泵腔流体泄露至平衡腔内；

进一步，所述外摩擦环布置在平衡腔与外部环境间，承受高压而不接触杂质颗粒，防止平衡腔液压油泄露。

进一步，所述自适应供压装置中的缸体内的大活塞通过连杆连接小活塞，大活塞的活塞缸连接泵腔连接，小活塞的活塞缸与平衡腔连接，并通过管件输送泵进口高压介质和平衡腔内的液压油。

进一步，当泵进口高压时，所述自适应供压装置通过控制活塞缸内大、小活塞的面积比和轴套的尺寸，使轴头力与平衡腔内作用力平衡，从而能实现泵轴头力在压力变化过程中的自适应调节。

进一步，所述自适应供压装置布置于泵的一侧。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型可自适应平衡任何进口压力下离心泵所产生的轴头力，大幅度改善了轴承受力状态，有效降低了离心泵运行的振动噪声，提高了离心泵运行的稳定性及可靠性，避免机械密封高压力和杂质颗粒的双重作用。

附图说明

图1为本实用新型的轴头力自适应平衡装置安装示意图；

图2为本实用新型的自适应供压装置活塞缸受力图；

图3为本实用新型的平衡组件受力图；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型的轴头力自适应平衡装置，包含自适应供压装置100和平衡组件200两部分结构。平衡组件200由轴套1、压盖2、外摩擦环3、内摩擦环4、O型圈5等组成。轴套1与泵轴11之间采用O型圈5密封，防止泵腔12内流体通过其间隙泄露。轴套1与压盖2之间通过外摩擦环3、内摩擦环4组成的摩擦环组件共同组成泵壳10与轴套1之间的密封，并形成平衡腔13，泵腔12内具有叶轮14。内摩擦环4布置在泵腔12与平衡腔13之间，接触杂质颗粒但不承受高压，防止泵腔12流体泄露至平衡腔13内；外摩擦环3布置在平衡腔13与外部环境间，承受高压而不接触杂质颗粒，防止平衡腔液压油泄露。自适应供压装置100由缸体6和与连杆72连接的大活塞71和小活塞73组成。缸体6内的大活塞71通过连杆72连接小活塞73，小活塞73的液压缸和平衡腔13内充满液压油，大活塞71的液压缸和泵腔12充满所输送的介质。自适应供压装置的小活塞73的液压缸与平衡腔连接，大活塞71的液压缸与泵进口连接，通过管件输送泵进口高压介质和平衡腔内液压油，并布置于泵侧面；泵进口高压时，通过控制自适应供压装置内两活塞的面积比和轴套的尺寸，使轴头力与平衡腔内作用力平衡，从而实现泵轴头力在压力变化过程中的自适应调节。

如图2所示，自适应供压装置内的受力分析：

在泵进口高压时，自适应平衡装置上的大活塞71将产生推力F₁，此时小活塞73上产生的推力F₂＝F₁。

小活塞缸内的压强：

P₂＝S₁/S₂×P₁

P₁—离心泵进口压强，P₂—小活塞缸内压强；S₁—大活塞面积，S₂—小活塞面积。

控制大活塞71和小活塞73的面积比，可使P₂＞P₁。泵进口压力P₁增大时，P₂也增大。由于活塞面积比固定，即P₂/P₁为常数C，因此在泵进口压力变化的过程中，平衡腔内的压力能实现自适应调节。

如图3所示，平衡组件内的受力分析：

活塞缸通过油管与平衡腔体连接，腔体内的压力为P₂。由于弹簧和摩擦环的摩擦表面产生的力较小，暂忽略不计。

按照图示位置，压强P₁在轴套1上产生向上的力：

FL₁＝πP₁L₁ ²

在轴套1和内摩擦环4上由压强P₂产生的向下的力FL₂：

FL₂＝πP₂(L₂ ²-L₁ ²)；

L₁为泵轴中心线与平衡腔内侧之间的距离，L₂为泵轴中心线与平衡腔外侧之间的距离。设计时根据实际泵进口压力参数，合理设计L₁和L₂的长度，可使FL₁＝FL₂，则平衡组件内液压油压强产生的力能平衡离心泵进口高压作用所产生的轴头力。

同时内摩擦环4直接接触含有杂质颗粒的介质，但承受较低的密封压力；外摩擦环3直接接触平衡腔内的液压油，由于没有杂质颗粒，可承很高的密封压力，从而避免了同一组摩擦环即承受高压又接触的杂质颗粒的工作状态，提高其使用寿命和可靠性。

Claims (7)

1.一种轴头力自适应平衡装置，其特征在于：包括平衡组件和自适应供压装置，所述平衡组件设置在泵轴与泵壳之间的泵腔内，所述平衡组件中的平衡腔连接自适应供压装置的小活塞缸，所述自适应供压装置的大活塞缸连接泵腔，通过自适应供压装置自适应平衡平衡组件内液压油压强产生的力，并平衡离心泵进口高压作用所产生的轴头力。

2.根据权利要求1所述的轴头力自适应平衡装置，其特征在于：所述平衡组件中轴套与摩擦环组件共同组成泵壳与泵轴之间的密封，轴套与泵轴间采用O型圈防止泵腔内流体通过其间隙泄露。

3.根据权利要求2所述的轴头力自适应平衡装置，其特征在于：所述平衡组件中的内摩擦环布置在泵腔与平衡腔之间，接触杂质颗粒但不承受高压，防止泵腔流体泄露至平衡腔内。

4.根据权利要求2所述的轴头力自适应平衡装置，其特征在于：所述平衡组件中的外摩擦环布置在平衡腔与外部环境间，承受高压而不接触杂质颗粒，防止平衡腔液压油泄露。

5.根据权利要求1所述的轴头力自适应平衡装置，其特征在于：所述自适应供压装置中的缸体内的大活塞通过连杆连接小活塞，大活塞的活塞缸连接泵腔连接，小活塞的活塞缸与平衡腔连接，并通过管件输送泵进口高压介质和平衡腔内的液压油。

6.根据权利要求5所述的轴头力自适应平衡装置，其特征在于：当泵进口高压时，所述自适应供压装置通过控制活塞缸内大、小活塞的面积比和轴套的尺寸，使轴头力与平衡腔内作用力平衡，从而能实现泵轴头力在压力变化过程中的自适应调节。

7.根据权利要求1所述的轴头力自适应平衡装置，其特征在于：所述自适应供压装置布置于泵的一侧。

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