CN2766068Y - 可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵 - Google Patents
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Abstract
本实用新型主要涉及多级离心泵的结构，尤其涉及分前、后两部对称布置的或近似对称布置的多级离心泵的结构。一种可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，包括有叶轮分前、后两部对称布置或近似对称布置，其前部叶轮进水口指向驱动端，后部指向非驱动端，在前部末级叶轮(1－3)上设有后密封环(1－9)，其主要特点是还包括有在后密封环(1－9)范围以内的腔体(1－4)上开调控孔(1－6)，用调控装置(3)将调控孔(1－6)与前部前数级叶轮的吸入腔(1－2)或前部吸入段的吸入室(1－1)通过回流孔(1－7、1－8)相连通。本实用新型结构简单，设计合理。适用于蜗壳式或是导叶式，卧式或立式等结构形式的多级离心泵。
Description
技术领域：
本实用新型主要涉及多级离心泵的结构，尤其涉及分前、后两部对称布置的或近似对称布置的多级离心泵的结构。
背景技术：
轴向力是影响离心泵平均寿命的主要因素之一。在现有技术中，对于单级单吸离心泵，平衡轴向力的方法是在叶轮后盖板上设密封环(称后密封环)并使该密封环范围以内的泵腔与吸入口相连通，使得叶轮前、后盖板上所承受的压力基本抵消，残余轴向力由推力轴承来承担。连通方法有两种：一种是在后密封环范围以内叶轮后盖板上开平衡孔，另一种是用卸荷管(回水管)将该范围内的泵腔与吸入口相连通。其卸荷管直径一般在10mm左右，出厂以后卸荷管直径不再变化。多级离心泵叶轮数至少在两个以上，多则十几个甚至更多。平衡轴向力的方法有，A.蜗壳式多级离心泵，有螺旋形压水室，壳体通常是水平中开的，采用叶轮对称布置方法来平衡轴向力，残余轴向力由推力轴承来承担；B.山西阳泉市水泵厂ZL96217016.X名称为“节段对置蜗壳式多级渣浆泵”的实用新型专利公开的是节段蜗壳式多级渣浆泵将阶段式与对称式结合起来；C.传统节段式离心泵全部叶轮同方向安装在一根泵轴上，各级压水室为径向导叶式，定子用拉紧螺栓沿轴向拉紧为一体。这种泵长期以来一直采用末级叶轮后的平衡盘或平衡鼓(又称卸荷盘)来平衡轴向力；D.本发明人在ZL02114680.2名称为“叶轮对称布置的分段式多级离心泵”的发明专利公开了一种单吸多级节段式离心泵，叶轮分布呈近似对称状态，残余轴向力由推力轴承来承担。上述各种结构形式的多级离心泵无论是蜗壳式的还是径向导叶式的，其平衡轴向力的方法一般分两类：一类是用对称布置的方法使整台泵轴向力基本平衡，由推力轴承来承担残余轴向力；另一类是全部叶轮同方向安装，用平衡盘使整台泵的轴向力达到动态平衡，或者使用平衡鼓(卸荷盘)的平衡力与整台泵的轴向力达到基本平衡，而残余轴向力仍然由推力轴承来承担。上述泵的轴向力在出厂前已调整好，在运行过程中不再进行调控轴向力的工作。
但是，泵在运行期间，由于多级离心泵往往使用在矿井下或野外农田灌溉中，运行环境条件较差，被泵送的液体中常含有一定量的固体颗粒，泵内磨损的速度随含杂量和颗粒度的加大而急剧加快，导致大量的泵远远达不到行业标准规定的首次大修期(8000小时以上)就已损坏，有的泵甚至只能使用数百小时。对此在该行业解决的方法往往是解体检修，甚至另换新泵。非计划性停机现象屡屡发生，严重影响了正常生产。
本实用新型人根据多年的观察和研究，发现随着泵运行时间的延长，单吸叶轮前后密封间隙都会因磨损而逐渐加大，前密封间隙的加大使得叶轮前盖板所承受压力分布降低，后密封间隙的加大使得叶轮后盖板所承受压力分布升高，二者都引起轴向力沿着指向单吸叶轮进水口侧的方向增大以至引起推力轴承的损坏。传统单级单吸离心泵对上述泵运行过程中轴向力增大没有具体的应对措施，只是这种轴向力变化增量较小，变化速度较慢，表现出的危害不十分严重。而在多级泵的实际运行过程中，所有的密封间隙都会因磨损而逐渐加大，各个密封间隙的磨损都会导致每级叶轮两个盖板外的压力分布发生变化，每级叶轮承受的轴向力随着运行过程出现增量，多级离心泵中多数叶轮这种轴向力增量比单级泵情况还要大得多。多级泵全部叶轮所承受的轴向力的增量迭加在一起，表现为整台多级泵运行过程中出现的轴向力增量。这个增量与单级泵情况相比有三个显著特点：一是量值大，二是变化快，三是方向和大小会随对称布置与否和对称布置的具体方式而有所不同。这往往会导致整台多级泵的实际轴向力值超出设计规定的轴向力变化范围，而导致多级离心泵的损坏。也是工程实践中多级离心泵故障率远较单级离心泵故障率高得多的最根本、最主要的原因。事实是现有技术中，多级离心泵比单级离心泵因轴向力过大而造成的故障率高得多。总之，运行过程中出现的轴向力增量是多级离心泵因轴向力过大而造成各种故障的根源。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵。
本实用新型的目的可以通过采用以下技术方案来实现：一种可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，包括有叶轮分前、后两部对称布置或近似对称布置，其前部叶轮进水口指向驱动端，后部指向非驱动端，在前部末级叶轮(1-3)上设有后密封环(1-9)，其主要特点是还包括有在后密封环(1-9)范围以内的腔体(1-4)上开调控孔(1-6)，用调控装置(3)将调控孔(1-6)与前部前数级叶轮的吸入腔(1-2)或前部吸入段的吸入室(1-1)通过回流孔(1-7、1-8)相连通。
可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵还包括有在离心泵轴的非驱动端后部轴承体(2-3)上设有泵用轴向力测定装置(5)。
所述的可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵还包括有所述的在分前、后两部对称布置的或近似对称布置的多级离心泵为多级泵的总级数为偶数时，前、后部叶轮总数相等；级数为奇数时，后部叶轮数比前部叶轮数多一个，后部末级叶轮(2-1)后盖板上装有背叶片。
所述的可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵还包括有所述的前数级叶轮为至少1级。
所述的调控孔(1-6)和前部前数级叶轮的吸入腔(1-2)或前部吸入段的吸入室(1-1)相连通的回流孔(1-7、1-8)的直径为多级离心泵泵口径的1/4-3/4。
本实用新型可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵的泵用轴向力测定装置(5)在离心泵轴的非驱动端后部轴承体(2-3)设有轴承(5-2)，轴承(5-2)的外圈设有轴承盒(5-3)，导向键(5-4)设于轴承体(2-3)与轴承盒(5-3)之间；轴承体端盖(5-14)与轴承体(4-5)固连，其立柱端设有在轮辐上贴有应变片的剪切式力传感器(5-12)；轴承盒压盖(5-5)将轴承(5-2)沿轴向压紧在轴承盒(5-3)内，其中心固连有挺杆(5-6)，穿出轴承体端盖(5-14)与轮辐剪切式力传感器(5-12)固连。
所述的泵用轴向力测定装置(5)在轴承体端盖(5-14)的立柱端与在轮辐上贴有应变片的剪切式力传感器(5-12)之间设有同样在轮辐上贴有应变片的剪切式力传感器(5-15)。
所述的调控装置(3)，包括有连通管(3-3、3-6)，其两端设有与泵体相联接的进口端管接头(3-4)和出口端管接头(3-5)，在连通管(3-3、3-6)上设有节流机构(3-1)。
调控装置(3)还包括有在连通管(3-3、3-6)上设有监测机构压力表(3-2)或压差计(3-2’)。
调控装置(3)还包括有连通管(3-3、3-6)的管径为多级泵泵口径的1/4-3/4。
节流机构(3-1)还可为在连通管(3-3、3-6)上设有法兰盘(3-7、3-8)，两盘之间至少设有两个不同中孔孔径的节流环(3-9)。
节流机构(3-1)还可为在连通管(3-6)出口端管接头(3-5)上至少设有两个不同中孔孔径的节流环。
所述的节流机构(3-1)为节流阀或为电动节流阀门。
本实用新型的有益效果是：
1.结构简单，设计合理。
2.由泵的用户在泵运行过程中调整调控装置的执行机构来对泵运行中出现的轴向力增量进行及时和恰当的反方向抵偿，由调控装置的监测机构来直接或间接监测执行机构的反向抵偿工作是否恰当合理。省工省时，方便快捷，可防止非计划性停机现象，从而使多级离心泵平均无故障时间(MTBF)及平均使用寿命大为延长，泵的可靠性指标成倍增长，使其远远超出行业标准的规定。同时由于对泵的总级数i、叶轮布置方式及其它过流部件作出比较灵活和适当的调整等，可使多级离心泵的效率有所提高。
3.调控装置的执行机构和调控装置的监测机构均安装在泵体的外部非常明显和方便的位置，便于对多级离心泵轴向力增量进行及时和恰当的抵偿。
4.适用于蜗壳式或是导叶式，卧式或立式等结构形式的多级离心泵。
附图说明：
以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述：
图1为本实用新型实施例1的主视图。
图2为本实用新型实施例2的主视图。
图3为本实用新型的泵用轴向力测定装置的主视图。
图4为本实用新型调控装置实施例1的主视图。
图5为本实用新型调控装置实施例2的主视图。
具体实施方式：
实施例1：图1，可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，有叶轮分前、后两部对称布置，其前部叶轮进水口指向驱动端，后部指向非驱动端，在前部末级叶轮1-3上设有后密封环1-9，在后密封环1-9范围以内的腔体1-4上开调控孔1-6，用调控装置3将调控孔1-6与前部前数级叶轮的吸入腔1-2或前部吸入段的吸入室1-1通过回流孔1-7、1-8相连通。调控孔1-6和前部前2级叶轮的吸入腔1-2或前部吸入段的吸入室1-1相连通的回流孔1-7、1-8的直径为多级离心泵泵口径的1/2。
实施例2：图2，可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，在离心泵轴的非驱动端后部轴承体2-3上设有泵用轴向力测定装置5。其余结构与上例相同。
图3，泵用轴向力测定装置5在离心泵轴的非驱动端后部轴承体2-3设有轴承5-2，轴承5-2的外圈设有轴承盒5-3，导向键5-4设于轴承体2-3与轴承盒5-3之间；轴承体端盖5-14与轴承体2-3固连，其立柱端设有在轮辐上贴有应变片的剪切式力传感器5-12；轴承盒压盖5-5将轴承5-2沿轴向压紧在轴承盒5-3内，其中心固连有挺杆5-6，穿出轴承体端盖5-14与轮辐剪切式力传感器5-12固连。在轴承体端盖5-14的立柱端与在轮辐上贴有应变片的剪切式力传感器5-12之间还设有同样在轮辐上贴有应变片的剪切式力传感器5-15。
调控装置实施例1：见图4，有连通管3-3、3-6，其两端设有与泵体相联接的进口端管接头3-4和出口端管接头3-5，在连通管3-3、3-6上设有节流机构3-1。在连通管3-3、3-6上还设有监测机构压力表3-2。连通管3-3、3-6的管径为多级泵泵口径的1/2。节流机构3-1为在连通管3-3、3-6上设有法兰盘3-7、3-8，两盘之间设有六个不同中孔孔径的节流环3-9。
调控装置实施例2：见图5，节流机构3-1为节流阀或为电动节流阀门。其余结构与上例相同。
使用时，整台泵出厂前，通过实测或计算确定调控装置中节流机构3-1最小孔径的大小使整台多级泵的残余轴向力达到-fm，其绝对值等于设计时选用的双向推力轴承允许承受轴向力的最大值，这时压力表3-2显示所允许的极小值Pmin，或压差计3-2’显示ΔPmin。随着多级泵运行过程中密封间隙的磨损轴向力将发生变化，但是由于此种结构形式的多级泵在运行中前、后部绝大多数叶轮有关密封间隙对称磨损的原因，运行中的实际轴向力与腔体1-4内的压力或者与腔体1-4与前部末级叶轮之前叶轮的吸入室或前部吸入室之间的压力差存在有比较确切的一一对应关系，随着前、后部吐出段间轴套部位泄漏间隙及前部末级叶轮后密封环密封间隙的磨损引起对应的泄漏量逐步加大，使得前部末级叶轮后密封环范围的腔体1-4内压力升高，从而压力表3-2或压差计3-2’的显示值变大，整台多级泵的残余轴向力由-fm开始逐渐地由负变零进而变为正向。残余轴向力的正向最大允许值fm与开始时的负向轴向力-fm绝对值相等，亦等于设计时选用双向推力轴承所允许的轴向力的最大值，当残余轴向力取此值时，压力表3-2或压差计3-2’显示所允许的极大值。只要压力表3-2或压差计3-2’的显示值处于规定的范围内，则残余轴向力也就处于-fm、fm之间。残余轴向力是随泵的流量变化的，因此这种泵出厂时要给出“调控装置压力表读数极小值Pmin、极大值Pmax-进、出口压力(流量)”曲线或者给出“压差计读数极小值ΔPmin、极大值ΔPmax-进、出口压力(流量)”曲线，该曲线还应按安装后泵的实际吸入真空度进行调整，以便在运行中随时间接监测轴向力的变化情况。当密封间隙磨损使得残余轴向力达到fm后，再由用户将调控装置中节流机构3-1的孔径更换为较大的孔径，使轴向力的变化重复上述“-fm-零值-fm”的变化过程，对应的压力表3-2显示值重复上述“Pmin-Pmax”或压差计3-2’重复上述“ΔPmin-ΔPmax”的变化过程。每经历一个变化过程，就将调控装置中节流机构3-1的孔径更换为更大的孔径，直至无法调整，再对泵进行检修。更换周期与泵送液体的清洁程度(含杂量及其颗粒度)、各种密封间隙所使用材质及其它一些具体设计参数有关。
上述监测轴向力变化的压力表3-2或压差计3-2’属于间接监测机构，将其作为主要监测机构是考虑到目前的技术状况及所选用监测机构的经济成本等综合因素。从技术角度看，选用安装在非驱动端的泵用轴向力测定装置这种直接监测机构作为主要监测机构更好。
Claims (11)
1.一种可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，包括有叶轮分前、后两部对称布置或近似对称布置，其前部叶轮进水口指向驱动端，后部指向非驱动端，在前部末级叶轮(1-3)上设有后密封环(1-9)，其特征是还包括有在后密封环(1-9)范围以内的腔体(1-4)上开调控孔(1-6)，用调控装置(3)将调控孔(1-6)与前部前数级叶轮的吸入腔(1-2)或前部吸入段的吸入室(1-1)通过回流孔(1-7、1-8)相连通。
2.如权利要求1所述的可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，其特征是还包括有在离心泵轴的非驱动端后部轴承体(2-3)上设有泵用轴向力测定装置(5)。
3.如权利要求1或2所述的可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，其特征是还包括有所述的在分前、后两部对称布置的或近似对称布置的多级离心泵为多级泵的总级数为偶数时，前、后部叶轮总数相等；级数为奇数时，后部叶轮数比前部叶轮数多一个，后部末级叶轮(2-1)后盖板上装有背叶片。
3.如权利要求1所述的可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，其特征是还包括有所述的前数级叶轮为至少1级。
4.如权利要求2所述的可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，其特征是所述的泵用轴向力测定装置(5)在离心泵轴的非驱动端后部轴承体(2-3)设有轴承(5-2)，轴承(5-2)的外圈设有轴承盒(5-3)，导向键(5-4)设于轴承体(4-5)与轴承盒(5-3)之间；轴承体端盖(5-14)与轴承体(4-5)固连，其立柱端设有在轮辐上贴有应变片的剪切式力传感器(5-12)；轴承盒压盖(5-5)将轴承(5-2)沿轴向压紧在轴承盒(5-3)内，其中心固连有挺杆(5-6)，穿出轴承体端盖(5-14)与轮辐剪切式力传感器(5-12)固连。
5.如权利要求4所述的可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，其特征是所述的泵用轴向力测定装置(5)在轴承体端盖(5-14)的立柱端与在轮辐上贴有应变片的剪切式力传感器(5-12)之间设有同样在轮辐上贴有应变片的剪切式力传感器(5-15)。
6.如权利要求1所述的可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，其特征是还包括有所述的调控装置(3)，包括有连通管(3-3、3-6)，其两端设有与泵体相联接的进口端管接头(3-4)和出口端管接头(3-5)，在连通管(3-3、3-6)上设有节流机构(3-1)。
7.如权利要求6所述的可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，其特征是所述的调控装置(3)还包括有在连通管(3-3、3-6)上设有监测机构压力表(3-2)或压差计(3-2’)。
8.如权利要求1或6所述的可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，其特征是所述的调控孔(1-6)和前部前数级叶轮的吸入腔(1-2)或前部吸入段的吸入室(1-1)相连通的回流孔(1-7、1-8)的直径为多级离心泵泵口径的1/4-3/4；所述的调控装置(3)还包括有连通管(3-3、3-6)的管径为多级泵泵口径的1/4-3/4。
9.如权利要求8所述的可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，其特征是所述的调控装置(3)的节流机构(3-1)为在连通管(3-3、3-6)上设有法兰盘(3-7、3-8)，两盘之间至少设有两个不同中孔孔径的节流环(3-9)。
10.如权利要求6所述的可动态调控轴向力的叶轮对称布置的多级离心泵，其特征是所述的调控装置(3)的节流机构(3-1)为节流阀或为电动节流阀门。
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