CN102878104B - 多级中开式离心泵轴向力平衡结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级中开式离心泵轴向力平衡结构，其是在泵轴上装配多个且为奇数个的叶轮，该奇数个叶轮分为两组，两组叶轮的方向相反且其中一组较另一组多出一个叶轮，两组叶轮之间装配级间环、级间套，级间套位于级间环内侧，使得两组叶轮的出口通过级间环与级间套之间的间隙连通，第二吸入腔与第二喉部衬套之间装配泄压环、泄压套，泄压套位于泄压环内侧，一平衡管从第二喉部衬套与泄压环、泄压套之间形成的空腔接入并连通第一吸入腔，使得第二吸入腔经泄压环与泄压套之间的间隙、平衡管与第一吸入腔连通。本发明采用节间环与泄压环的外径变化，来形成转子轴向力的平衡，结构简单易实现，轴向力平衡效果好。

Description

多级中开式离心泵轴向力平衡结构

技术领域

本发明属于多级中开式离心泵，具体是多级中开式离心泵轴向力平衡结构。

背景技术

单级离心泵的轴向力，对于轴向力比较小的，在结构上不进行平衡，直接由轴承来承受；对于轴向力比较大的，多采用口环结合平衡孔的方式来平衡。对于多级泵，其轴向力的平衡，则采用平衡鼓联合推力轴承的结构来平衡轴向力；对于节段式多级泵多采用平衡盘来平衡轴向力。

由于结构特性的限制，对于中开式多级泵，轴向力平衡多采用偶数级叶轮对称布置的方式来平衡泵的轴向力。

国外也有中开式多级泵奇数级叶轮轴向力平衡结构，系采用在背对背布置平衡轴向力的基础上，多余一级叶轮的轴向力，采用口环结合平衡孔的方式来平衡多余的一级轴向力。但此平衡方式，由于受流体影响较大，稍有计算不慎，易出现轴向力失衡，造成轴承损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有中开式多级泵奇数级叶轮轴向力平衡结构受流体影响较大易出现轴向力失衡，造成轴承损坏的缺陷，提供一种多级中开式离心泵轴向力平衡结构。

为此达到上述目的，本发明的多级中开式离心泵轴向力平衡结构，包括由泵座、泵盖构成的泵体，泵体内按流向先后设第一吸入腔、第二吸入腔，所述第一吸入腔的外端设第一喉部衬套、所述第二吸入腔的外端设第二喉部衬套，一泵轴通过分设于泵体两端的轴承装配在泵体上并穿过所述的第一喉部衬套、第一吸入腔、第二吸入腔、第二喉部衬套，其特征是：所述的泵轴上装配多个且为奇数个的叶轮，该奇数个叶轮分为两组，所述两组叶轮的方向相反且其中一组较另一组多出一个叶轮，所述两组叶轮之间装配级间环、级间套，所述的级间套装配在所述的泵轴上，所述的级间环装配在所述的泵体上，所述的级间套位于级间环径向内侧，使得所述两组叶轮的出口通过所述级间环与级间套之间的间隙连通，所述的第二吸入腔与第二喉部衬套之间装配泄压环、泄压套，所述的泄压套装配在所述的泵轴上，所述的泄压环装配在所述的泵体上，所述的泄压套位于泄压环径向内侧，一平衡管从所述第二喉部衬套与泄压环、泄压套之间形成的空腔接入并连通第一吸入腔，使得第二吸入腔经所述泄压环与泄压套之间的间隙、平衡管与第一吸入腔连通。

作为优选技术手段，位于上游的一组叶轮较位于下游的一组叶轮多一个。或者位于上游的一组叶轮较位于下游的一组叶轮少一个。

作为优选技术手段，所述的第一吸入腔、第二吸入腔分别位于所述泵体的两端部，位于上游的一组叶轮的出口通过流道连接所述的第二吸入腔，所述的流道分布在所述位于下游的一组叶轮的周侧。进一步的，所述位于下游的一组叶轮的出口位于泵体的中部并连接排出口，所述的第一吸入腔连接吸入口。

作为优选技术手段，每个所述的轴承与泵体之间装配机械密封。

作为优选技术手段，所述的级间套、泄压套通过键装配在泵轴上，所述的级间环、泄压环通过柱销定位在泵体上。

本发明的有益效果是：轴向力平衡简便，结构简单易实现，轴向力平衡效果好，产品寿命长。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是图1中的A部放大图；

图3是图1中的B部放大图；

图中标号说明：1-泵座，2-泵盖，3-第一吸入腔，4-第二吸入腔，5-泵轴，6-轴承，7-轴承，8-一级叶轮，9-二级叶轮，10-三级叶轮，11-四级叶轮，12-五级叶轮，13-六级叶轮，14-七级叶轮，15-平衡管，16-级间环，17-级间套，18-泄压环，19-泄压套，20-机械密封，21-机械密封，22-通道，23-第一喉部衬套，24-第二喉部衬套，X-泄压套19、泄压环18与第二喉部衬套24之间的腔体，Y-级间套17与七级叶轮14之间的腔体，Z-级间套17与四级叶轮11之间的腔体。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。

本发明的多级中开式离心泵轴向力平衡结构，如图1所示，其包括由泵座1、泵盖2构成的泵体，泵体内按流向先后设第一吸入腔3、第二吸入腔4，第一吸入腔3的外端（远离从第一吸入腔吸入流体的叶轮的一端）设第一喉部衬套、第二吸入腔4的外端（远离从第二吸入腔吸入流体的叶轮的一端）设第二喉部衬套，一泵轴5通过分设于泵体两端的轴承6、7装配在泵体上并穿过第一喉部衬套、第一吸入腔3、第二吸入腔4、第二喉部衬套，泵轴5上装配多个且为奇数个的叶轮，该奇数个叶轮分为两组，两组叶轮的方向相反且其中一组较另一组多出一个叶轮（图示为7级叶轮），两组叶轮之间装配级间环16、级间套17，级间套17装配在泵轴5上，级间环16装配在泵体上，级间套17位于级间环16径向内侧，使得两组叶轮的出口通过级间环16与级间套17之间的间隙连通，第二吸入腔4与第二喉部衬套之间装配泄压环18、泄压套19，泄压套19装配在泵轴5上，泄压环18装配在泵体上，泄压套19位于泄压环18径向内侧，一平衡管15从第二喉部衬套与泄压环18、泄压套19之间形成的空腔X接入并连通第一吸入腔3，使得第二吸入腔4经泄压环18与泄压套19之间的间隙、平衡管15与第一吸入腔3连通。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加的技术特征，虽然图包含了以下所有附加技术特征，是本发明的较佳实施例，但是本发明并不限于该情形，在实施本发明时根据具体作用将它们选用在上段所述的技术方案上。

首先，位于上游的一组叶轮较位于下游的一组叶轮多一个。

其次，第一吸入腔3、第二吸入腔4分别位于泵体的两端部，位于上游的一组叶轮的出口通过流道22连接第二吸入腔，流道22分布在位于下游的一组叶轮的周侧。进一步的，位于下游的一组叶轮的出口位于泵体的中部并连接排出口，第一吸入腔连接吸入口。

第三，每个轴承6、7与泵体之间装配机械密封20、21。

第四，级间套17、泄压套19通过键装配在泵轴5上，级间环16、泄压环18通过柱销定位在泵体上。

根据图1分析可知，除了每级叶轮各自产生轴向力外，在级间套17、泄压套19及两端的第一喉部衬套23、第二喉部衬套24共四个区域也产生轴向力，其中，两端的第一喉部衬套23、第二喉部衬套24部位轴向力较小，一般忽略不计。

在七级叶轮中，除一级叶轮8外，其余各级叶轮的前、后口环外径尺寸相同，每级叶轮产生的轴向力大小相同；并且，二级叶轮9、三级叶轮10、四级叶轮11与五级叶轮12、六级叶轮13、七级叶轮14安装位置刚好以级间套17为中心，对称背向安装，且二级叶轮9、三级叶轮10、四级叶轮11产生的轴向力指向右端，五级叶轮12、六级叶轮13、七级叶轮14产生的轴向力指向左端，因此，二级叶轮9、三级叶轮10、四级叶轮11与五级叶轮12、六级叶轮13、七级叶轮14产生的轴向力刚好平衡，互相抵消。余下的一级叶轮8、级间套17、泄压套19三零件由于其两端压强不等，将各自产生轴向力。由此，转子轴向力的平衡计算，只需核算，一级叶轮8、级间套17、泄压套19三零件部位的轴向力平衡。

一级叶轮8的轴向力可分两部分。第一部分：受压面积为一级叶轮8前、后口环外径之间的轴向面积，压强差为该叶轮的扬程，方向指向右端。第二部分：受压面积为一级叶轮8后口环外径至泵轴5之间的轴向面积，压强差也为该叶轮的扬程，方向指向右端。

泄压套19的轴向力计算是其受压面积与前后压强差之乘积。受压面积为泄压套19外径与泵轴之间的轴向面积。因泄压套19、泄压环18与第二喉部衬套24之间的腔体X连通第一吸入腔3，泄压套19、泄压环18与第二喉部衬套24之间的腔体X压强为泵进口压强。泄压套19另一侧为第二吸入腔4，其为一级叶轮8、二级叶轮9、三级叶轮10、四级叶轮11的出口腔体。所以泄压套19的压强差为一级叶轮8、二级叶轮9、三级叶轮10、四级叶轮11产生的扬程之和，轴向力指向左端。

级间套17的轴向力计算是其受压面积与前后压强差之乘积。受压面积为级间套17外径至泵轴5之间的轴向面积。因级间套17与七级叶轮14之间的腔体Y连接泵的排出口，级间套17与四级叶轮11之间的腔体Z经通道22连接第二吸入腔4，又因第二吸入腔4为一级叶轮8、二级叶轮9、三级叶轮10、四级叶轮11的出口腔体，所以级间套17的压强差为一级叶轮8、二级叶轮9、三级叶轮10、四级叶轮11、五级叶轮12、六级叶轮13、七级叶轮14的扬程减去一级叶轮8、二级叶轮9、三级叶轮10、四级叶轮11的扬程，即为五级叶轮12、六级叶轮13、七级叶轮14的扬程和，轴向力指向右端。

由此，计算该奇数级叶轮转子的轴向力，我们只需让一级叶轮8产生的轴向力与泄压套19产生的轴向力之和与级间套17产生的轴向力平衡即可。采用上述方法就解决了中开式奇数级多级泵的轴向力平衡难题。该结构不仅理论上计算可行，而且还通过了几十个型号中开式多级泵的实践使用验证。

根据上述说明，具体实施时可令位于上游的一组叶轮较位于下游的一组叶轮少一个，同样可实现本发明目的。

本发明采用节间环与泄压环的外径变化，来形成转子轴向力的平衡；在奇数级叶轮中，例如7级叶轮，其中六级采用对称布置来自平衡轴向力，余下一级叶轮，采用级间套与级间环、泄压套与泄压环外径尺寸的变化来平衡。本发明结构经几十种规格产品的设计验证，具有轴向力平衡方法简便，结构简单易实现，轴向力平衡效果好的特点。

Claims (7)

1.多级中开式离心泵轴向力平衡结构，包括由泵座（1）、泵盖（2）构成的泵体，泵体内按流向先后设第一吸入腔（3）、第二吸入腔（4），所述第一吸入腔（3）的外端设第一喉部衬套（23）、所述第二吸入腔（4）的外端设第二喉部衬套（24），一泵轴（5）通过分设于泵体两端的轴承（6、7）装配在泵体上并穿过所述的第一喉部衬套（23）、第一吸入腔（3）、第二吸入腔（4）、第二喉部衬套（24），其特征是：所述的泵轴（5）上装配多个且为奇数个的叶轮，该奇数个叶轮分为两组，所述两组叶轮的方向相反且其中一组较另一组多出一个叶轮，所述两组叶轮之间装配级间环（16）、级间套（17），所述的级间套（17）装配在所述的泵轴（5）上，所述的级间环（16）装配在所述的泵体上，所述的级间套（17）位于级间环（16）径向内侧，使得所述两组叶轮的出口通过所述级间环（16）与级间套（17）之间的间隙连通，所述的第二吸入腔（4）与第二喉部衬套之间装配泄压环（18）、泄压套（19），所述的泄压套（19）装配在所述的泵轴（5）上，所述的泄压环（18）装配在所述的泵体上，所述的泄压套（19）位于泄压环（18）径向内侧，一平衡管（15）从所述第二喉部衬套与泄压环（18）、泄压套（19）之间形成的空腔（X）接入并连通第一吸入腔（3），使得第二吸入腔（4）经所述泄压环（18）与泄压套（19）之间的间隙、平衡管（15）与第一吸入腔（3）连通。

2.根据权利要求1所述的多级中开式离心泵轴向力平衡结构，其特征是：位于上游的一组叶轮较位于下游的一组叶轮多一个。

3.根据权利要求1所述的多级中开式离心泵轴向力平衡结构，其特征是：位于上游的一组叶轮较位于下游的一组叶轮少一个。

4.根据权利要求1所述的多级中开式离心泵轴向力平衡结构，其特征是：所述的第一吸入腔（3）、第二吸入腔（4）分别位于所述泵体的两端部，位于上游的一组叶轮的出口通过流道（22）连接所述的第二吸入腔（4），所述的流道（22）分布在所述位于下游的一组叶轮的周侧。

5.根据权利要求4所述的多级中开式离心泵轴向力平衡结构，其特征是： 所述位于下游的一组叶轮的出口位于泵体的中部并连接排出口，所述的第一吸入腔连接吸入口。

6.根据权利要求1所述的多级中开式离心泵轴向力平衡结构，其特征是：每个所述的轴承（6、7）与泵体之间装配机械密封（20、21）。

7.根据权利要求1所述的多级中开式离心泵轴向力平衡结构，其特征是：所述的级间套（17）、泄压套（19）通过键装配在泵轴（5）上，所述的级间环（16）、泄压环（18）通过柱销定位在泵体上。