叶轮自动平衡轴向力的离心泵的制作方法

专利名称：叶轮自动平衡轴向力的离心泵的制作方法技术领域：本实用新型涉及离心泵，尤其涉及多级高压离心泵和多级潜没离心泵。目前，由叶轮、蜗壳或导流壳、扶正瓦、进口环、出口环、轴套、泵轴、平键、托架(泵盖)、等构成的单级离心泵或多级高压离心泵，其叶轮与由电机驱动的泵轴是成轴向固定联接的(参见图1)。在单级离心泵中，进入泵体的流体在高速旋转的叶轮的离心作用下被甩出，并经扬水管排出。在多级离心泵中，进入泵体的流体在第一级叶轮的离心作用下从叶轮出口甩出，经导流壳进入下一级叶轮入口，并在该级叶轮的离心作用下被进一步加压，进入更下一级叶轮，如此流体被逐级加压，最后从末级叶轮甩出并经扬水管排出。这类离心泵，在泵轴沿竖垂方向安装时，主要有如下四个沿轴向作用的力①由前、后盖板上压力差引起的力P1；②因流体在叶轮中改变方向而引起的反推力P2；③叶轮与轴的自身重力P3；④轴头上流体的静压力P4，轴向力是上述四力之合力。其中，力P1、P2、P4之值随泵的工况而变化，在泵启动或处于最大流量(即扬程最小)时，P2达最大值，而P1、P4达最小值；反之，当泵处于最小流量时，P1、P4达最大值，而P2几乎为零。在常见的单级高扬程离心泵，尤其是多级高压离心泵中，这个轴向力很大，它通过泵轴传递到处于轴端的止推轴承或者滑动止推轴承上，故这类泵必需采用价格高昂的高承载止推轴承。由于叶轮与泵轴在轴向上是固定的，故多级高压离心泵的加工精度和安装精度要求极为苛刻，成本 相应提高。即使如此，在扬程为300米以上的离心泵中，由于巨大轴向力导致的快速磨损依然没有能被克服。为降低轴向力，在专利CN87203854“自动平衡轴向力的离心泵叶轮”中曾采用过如下方案(参见图3)①将离心泵叶轮以可沿轴向滑动的方式与泵轴联接；②确定后盖板出口密封环内径与前盖板密封环内径之比K大于1，一般为1.3；③在上、下盖板的止口端设计了上、下止推凸缘面(M、N)，并在上止推凸缘面(M)上打若干平衡孔(K)；④把带有止推凸缘面(B)的扶正瓦(26)嵌装在导流壳与泵轴之间，平衡腔(A)与叶轮腔由扶正瓦(26)的止推面(B)与叶轮止推凸缘面(M)之间的间隙与平衡孔(K)沟通。通过上述技术措施后，把离心泵的轴向力降低了60～70％。但是，实践证明，按照专利CN87203854设计的泵，存在洩漏量大、叶轮平衡稳定性欠佳的缺点，故在克服磨损上还未达理想效果，泵效率也不够理想。本实用新型旨在采用“自动平衡轴向力的离心泵叶轮”的基础上，进一步改进离心泵的结构，克服洩漏量过大和叶轮平衡态不稳定的缺点，使叶轮在工作时始终处于液压悬浮状态，从根本上消除磨损，提高泵的使用寿命和泵的工作效率。本实用新型是通过如下技术措施实现上述目的的①如专利CN87203854文中所述，将叶轮与泵轴作滑动配合联接，使叶轮能沿轴滑动；②后盖板出口环内径与前盖板进口环内径之比值K，取实验最佳值K＝1.2～1.25；③以能承载叶轮重量为前提，尽可能减小与进口环相接触的叶轮前盖板凸缘止推面(N)的面积；④设置降低曳漏量和改善叶轮液压悬浮性能的机构(参见图4～图9)。其具体结构是；在采用8703854专利所述的前、后盖板上分别设计有凸缘止推面(N、M)、并在后盖板凸缘止推面(M)上打有若干个平衡孔(K)，在导流壳(或泵盖)与泵轴之间嵌装有耐磨性好的有止推面(B)的扶正瓦，并将平衡腔(A)与叶轮腔由扶正瓦的止推面(B)与叶轮后盖板上的凸缘止推面(M)之间的间隙( )与平衡孔(K)沟通之外，再增加下列之一的设计(a)以图5为例，在导流壳(或泵盖上)，安装一个内径小于后出口环的密封环(O)，使这用高弹性材料制作的密封环(O)与叶轮后口环成滑动接触，该环不仅可降低洩漏量，而且当叶轮向右(或向上)移动时，叶轮后凸缘止推面与扶正瓦止推面之间的间隙( )减小(甚至为零)，减小甚至切断了平衡腔(A)与叶轮腔之通路，使平衡腔(A)形成封闭状态，内部升高，阻止叶轮进一步右移(或上移)，而上述措施②、③保证了叶轮的左移(或下移)力，从而使叶轮处于稳定的液压悬浮状态，大大降低甚至消除了轴向力所导致的磨损，这种结构特别适用于叶轮直径在φ200以下的小型高压离心泵。(b)以图7为例，分别在叶轮后盖板凸缘(M)的端面上和缩后了导流壳(或泵盖)的凸缘止推面(B)上，用紧固件(69、72)固定一对与泵轴相垂直的环形节流盘(70、71)，使二个节流盘构成一个与间隙( )互成增减的间隙( )，以改善叶轮平衡状态时的自动调节功能。因为在正常运行时，因盘间阻力存在，洩漏量较低；当叶轮偏离平衡状态而右移(或上移)时， 减小而 增加，故高压回流量增大而低压回流量减小，平衡腔(A)内压力增大，迫使叶轮左移(或下移)反之，当叶轮偏离平衡态左移(或下移)时，因 增大而 减小，故高压回流量减小而低压回流量增大，平衡腔(A)内压力降低，迫使叶轮右移(或上移)；故而叶轮在工作时能自动调节，使本身始终处于某一范围的液压悬浮状态，大大降低甚至消除由轴向力导致的磨损，实践证明这种节流盘调节机构特别适用于叶轮直径φ200以上的大型高压离心泵。(c)以图9为例，对于某些轴向长度要求尽量短的叶轮(如潜没泵小排量叶轮)，为增加后口环密封效果而不增加其轴向长度，在叶轮后口环近处设计一个迷宫密封环(88)是有效的，也可实现降低曳漏量和改善叶轮平衡稳定性的目的。(d)在叶轮后盖板的根部，增设几个成辐射状的直线或者弧形式的付叶片，同样能起到降低洩漏量的效果。 图1－普通单级高压离心泵结构示意图。其中1－叶轮，2－泵壳(或蜗壳)，3－进口环，4－出口环，5－泵后盖，6－平键，7－填料，8－轴套，9－托架，10－泵轴，11－承轴，12－双列轴承。图2－普通单级高压离心泵结构示意图，其中13－叶轮，14－进口环，15－平键，16－出口环，17－填料，18－长轴套，19－导流壳，20－短轴套，21－泵轴，K－平衡孔，A－平衡腔。图3－87203854专利多级离心泵单级结构示意图，其中22－进口环，23－平键，24－叶轮，25－出口环，26－扶正瓦，27－泵轴，28－导流壳，K＝平衡孔，B－导流管上的凸缘止推面，M－叶轮后盖板凸缘止推面，N－叶轮前盖板凸缘止推面， －止推面N～M之间隙，A－平衡腔，图4－设计有密封环的单级高压离心泵结构示意图。其中29－叶轮，30－蜗壳，31－出口环，32－泵后盖，33－平键，34－填料，35－扶正瓦，36－托架，37－泵轴，38－轴承，39－进口环，O－密封圈，K－平衡孔，M－前盖板凸缘止推面，N－后盖板凸缘止推面，B－扶正瓦上的止推面，A－平衡腔。图5－设计有密封环的多级高压离心潜水泵的单级结构示意图，其中40－进口环，41－平键，42－叶轮，43－出口环，44－扶正瓦，45－泵轴，46－导流壳，O－密封圈，A－平衡腔。K－平衡孔，M、N、B－凸缘止推面。图6－设计有节流盘调节机构的单级离心泵结构示意图，其中47－叶轮，48－蜗壳，49－出口环，50－泵后盖，51－平键，52－泵轴，53－托架，54－扶正瓦，55－紧固件，56－节流盘，57－节流盘，58－紧固件，59－进口环，60－轴承，61－轴承，A－平衡腔， －凸缘止推面间之间隙， －二节流盘间之间隙。图7－设计有节流盘调节机构的多级潜水离心泵单级结构示意图，其中62－进口环，63－平键，64－叶轮，65－出口环，66－扶正瓦，67－泵轴，68－导流壳，69－紧固件，70－节流盘，71－节流盘，72－紧固件，B－导流壳上的凸缘止推面，M－叶轮后盖板凸缘止推面，N－叶轮前盖板凸缘止推面，K－平衡孔， －止推面N－M间之间隙， －二节流盘间之间隙，A－平衡腔。K－平衡孔，M、N、B－凸缘止推面。图8－设计有迷宫密封环的单级高压离心泵结构示意图，其中73－进口环，75－叶轮，76－蜗壳，77－出口环，78－泵后盖，79－平键，80－泵轴，81－托架，82－扶正瓦，83－轴承，84－轴承。图9－设计有迷宫密封环的多级高压离心潜水泵单级结构示意图，其中85－进口环，86－平键，87－叶轮，88－迷宫密封环，89－扶正瓦，90－泵轴，91－导流壳，K－平衡孔，A－平衡腔，B－扶正瓦凸缘止推面，M－叶轮后盖板凸缘止推面，N－叶轮前盖板凸缘止推面。本实用新型的离心泵，由于采取了上述一系列使叶轮在运行过程中处于悬浮状态的技术措施，这种泵的轴向力仅为同功率同扬程的其它高压泵轴向力的5～10％，提高了使用寿命；而且具有一定的防沙能力，扩大了使用范围；由于叶轮与泵轴或滑动联结，泵体的加工精度要求和安装精度要求降低，原用的高承重轴承可用一般轴承替代，从而制造成本降低；本实用新型的泵结构为制造扬程为400～3600米的高压泵奠定了基础，可把多级扬水改为一级扬水，对节约电能有利。权利要求1.一种装有叶轮与泵轴成滑动联结的，在前、后盖板上分别设计有凸缘止推面(N、M)、并在后盖板凸缘止推面(M)上打有平衡孔(K)，在导流壳(或泵盖)与泵轴之间嵌装有止推面(B)的扶正瓦(9)、并将平衡腔(A)与叶轮腔由扶正瓦(9)的止推面(B)与叶轮后盖板上的凸缘止推面(M)之间的间隙(δ1)与平衡孔(K)沟通的叶轮自动平衡轴向力的离心泵，其特征在于后盖板出口环内径与前盖板进口环内径之比值K，取值K=1.2～1.25；设置降低洩漏量和改善叶轮液压悬浮性能的机构。2.根据权利要求1所述的叶轮自动平衡轴向力的离心泵，其特征在于所述的设置的降低洩漏量和改善叶轮液压悬浮性能的机构是在导流壳(或泵盖)上，安装一个内径小于后口环的与叶轮后口环成滑动接触的密封环。3.根据权利要求1所述的叶轮自动平衡轴向力的离心泵，其特征在于所述降低洩漏量和改善叶轮自动平衡性能的机构是分别在叶轮后盖板凸缘(M)的端面上和缩后了导流壳(或泵盖)的凸缘止推面(B)上，用紧固件固定一对与泵轴相垂直的环形节流盘，使二个节流盘构成一个与间隙()互成增减的间隙()。4.根据权利要求1所述的叶轮自动平衡轴向力的离心泵，其特征在于所述降低洩漏量和改善叶轮自动平衡性能的机构是，对于某些轴向长度要求尽量短的叶轮(如潜没泵小排量叶轮)，为增加后口环密封效果而不增加其轴向长度，在叶轮后口环近处设计一个迷宫密封环。5.根据权利要求1所述的叶轮自动平衡轴向力的离心泵，其特征在于所述的降低洩漏量和改善叶轮自动平衡性能机构是在叶轮后盖板的根部，增设几个成辐射状的直线或者弧形式的付叶片。专利摘要叶轮自动平衡轴向力的离心泵，它涉及单级和多级高压离心泵。该泵采用了把叶轮与轴泵作滑动联结的自动平衡轴向力的离心泵叶轮，并把出口环与进口环密封环直径之比值取为1.2～1.25，把叶轮前盖止推面与进口环的接触面尽可能减小，并采用迷宫密封环或在平衡腔内安装一对节流盘或在平衡腔内安装密封环，从而降低了泄漏量，提高了叶轮悬浮稳定性，故大大延长了泵的寿命，提高了防沙能力，降低了制造成本。文档编号F04D1/08GK2071267SQ8921639公开日1991年2月13日 申请日期1989年12月30日 优先权日1989年12月30日发明者郭宝权 申请人:郭宝权