一種反向布置末級葉輪平衡軸向力的離心泵的製作方法

2023-05-28 18:02:01

專利名稱：一種反向布置末級葉輪平衡軸向力的離心泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及多級離心式水泵製造領域，具體涉及反向布置末級葉輪平衡軸向カ的一種水泵結構，適用於3 5級的泵型。
背景技術：
多級離心式水泵常用的軸向カ平衡方法有平衡鼓、平衡盤兩種，均有漏水回流耗費能源、造成水泵性能下降、佔用軸向長度增加水泵長度、佔用成本、外接洩壓回水管的弊端，平衡效果較差，仍需安裝止推軸承來承受殘餘軸向力。不常採用的正反向對稱布置葉輪的方法，即是將兩組葉輪的進水方向相反地裝在軸上，其軸向推力相互抵消平衡軸向力，該方法平衡效果好、無漏水回流，但正反向葉輪必須對稱布置，即正反向葉輪數量相同，增加揚程需成對增加葉輪，揚程跨度大、適用性較差，若通過切割葉輪直徑的方法降低揚程，效率下降、成本高。正反向對稱布置葉輪的方法還需將進水葉輪組的全部出水導入反向葉輪組的進水口，採用方法有泵體外接導流管，由於導水量大，導流管尺寸也大，造成了外形怪異、體形大、成本高。也有採用增大泵體，泵內分隔為雙層流道(請見專利申請號為200710071499. 5，專利名稱為ー種水泵回流體的發明專利)解決外形怪異，體形大、生產成本高的問題還是存在。泵軸機械密封佔用軸向長度增加水泵長度與成本。泵軸長度的增加，會導致泵軸的運轉繞動増加，運轉繞動增大，軸承及葉輪進水口密封面磨損加快，即軸承損壞加快、水泵浪費回水加大、性能下降加快，水泵設計應儘可能縮短泵軸長度，延長使用壽命。

發明內容
本發明要解決背景技術中所述的缺點，實現多級離心泵的軸向力平衡，免除平衡裝置、泵軸機械密封佔用軸向長度，提供ー種反向布置末級葉輪平衡軸向力的水泵結構。為實現以上目的，本發明採取了以下的技術方案一種反向布置末級葉輪平衡軸向カ的離心泵，包括有水泵，從水泵進水ロ開始的泵軸上依次裝有首級葉輪、中段葉輪、末級葉輪，以及與葉輪相匹配的首級導葉、中段導葉、末級導葉，所述末級葉輪進水方向與首級葉輪、中段葉輪進水方向相反，末級葉輪為反向布置葉輪，首級葉輪、中段葉輪稱為正向布置葉輪(若將末級葉輪稱為正向布置葉輪，首級葉輪、中段葉輪則稱為反向布置葉輪，正向、方向僅是ー個定義的方向，不作為限制要求，本發明特點之一是末級葉輪組成的正向或反向葉輪為ー個，首級葉輪和中段葉輪組成的反向或正向葉輪為多個)，根據正向布置葉輪設計揚程的軸向カ之和，結合參數設計末級葉輪進水口外徑，末級葉輪進水口外徑確定，其設計揚程的軸向カ確定，正向布置葉輪與反向布置葉輪的進水方向相反，其軸向力也相反，正向布置葉輪與反向布置葉輪的軸向カ相互抵消，實現軸向力平衡；水泵エ況改變，水泵揚程增高，正向布置葉輪的軸向力之和増大，反向布置葉輪的軸向力也增大；水泵揚程降低，正向布置葉輪的軸向力之和減小，反向布置葉輪的軸向カ也減小，從而實現動態軸向カ平衡；、
先計算正向布置葉輪的軸向力，再計算末級葉輪進水口外徑，具體計算公式如下首級葉輪軸向カ計算公式F1 = ( D12+ 4_ Ti D22+ 4) P gHj單個中段葉輪軸向カ計算公式F2 = ( D32+ 4_ D22+ 4) P gH2末級葉輪進水口外徑計算公式D: ' ,J-,十I' I, - ( JI j) 4- I I U, -T- 11 I) r. UL-T-Ii IU , + ! M IItI ) 了 IJ, + I, -T- n X 2以上公式字符含意如下F1 :首級葉輪軸向力，單位Np :水密度，1000kg/m3g:重力加速度，9. 8Ji :圓周率D1 :首級葉輪進水口外徑，單位mD2:軸套外徑，單位mH1 :首級葉輪設計揚程，單位mF2 :中段葉輪軸向力，單位ND3 :中段葉輪進水口外徑，單位mH2 :中段葉輪設計揚程，單位mD :末級葉輪進水口外徑，單位mn:中段葉輪數量D4:軸徑，單位mH3 :末級葉輪設計揚程,單位m反向布置末級葉輪平衡軸向カ的離心泵，包括有泵軸、電機軸直聯的水泵和電機，水泵一端為泵蓋，泵蓋中心為進水口，泵蓋內側外圍裝有與進水口相通的泵筒，泵筒內、從水泵進水口開始的泵軸上依次裝有首級葉輪、中段葉輪、末級葉輪，以及與葉輪相匹配的首級導葉、中段導葉、末級導葉；末級導葉中部設有安裝末級葉輪的葉輪安裝凹坑，末級導葉背離葉輪安裝凹坑的ー側面內凹形成有導流層，導流層周圍的末級導葉表面上設出水層；末級導葉外圍設多個與中段導葉相連通的流道末端隔腔，相鄰流道末端隔腔之間形成有出水ロ隔腔，每個流道末端隔腔與導流層相通，導流層與末級葉輪進水口相通，每個出水ロ隔腔一側與葉輪安裝凹坑相通，ー側與出水層相通，該出水層與電機出水ロ相通，若採用非水冷電機的，出水層直接與水泵出水ロ相通。還包括內嵌安裝在末級葉輪入ロ的機械密封，所述泵軸上裝有機械密封的動密封環，機械密封的靜密封環內嵌安裝在出水隔板內側中部位置。能有效免除泵軸機械密封佔用軸向長。能有效免除泵軸機械密封佔用軸向長度。末級葉輪進水ロ徑大於水泵流量所需ロ徑，多餘空間內嵌安裝泵軸機械密封，水流經過密封面帶走磨擦產生的熱量。末級導葉每個流道末端隔腔與導流層相通，正向布置葉輪出水經末端隔腔、導流層流入反向布置葉輪入口，末級導葉每個出水ロ隔腔與出水層相通，出水經出水口隔腔、出水層、電機端蓋導流孔流入電機外殼冷卻夾層，出水ロ排出。
本發明與現有技術相比，具有如下優點一是解決了平衡盤、平衡鼓兩種平衡方法漏水回流耗費能源、佔用軸向長度增加水泵長度、佔用成本、外接洩壓回水管、平衡效果較差、安裝止推軸承的弊端。ニ是解決了正反向對稱布置葉輪存在的外接導流管、體形大、成本高的弊端，還解決了 2級以上正反向對稱布置葉輪存在的揚程跨度大的弊端。三是免除平衡裝置、泵軸機械密封佔用軸向長度，更短的泵軸長度能減小泵軸的運轉繞動，延長水泵使用壽命。四是體形小、美觀、結構簡單、容易生產。


圖I是本發明泵的剖視結構示意圖；圖2末級導葉平面圖；圖3是末級導葉結構示意圖(一)；圖4是末級導葉結構示意圖(ニ)；圖5是電機端蓋俯視圖；圖6是圖5的側面剖視圖；附圖標記說明進水口 1，法蘭密封面2，帶牙的法蘭連接螺栓孔3，泵蓋4，拉杆螺絲5，0型圈6，首級導葉7，泵筒8，中段導葉9，出水ロ隔腔10，出水層11，電機端蓋12，出水隔板13,導流孔14,螺絲15,電機外殼冷卻夾層進水孔16,電機外殼17,電機外殼冷卻夾層18，電機19，出水ロ 20，導流層21，流道末端隔腔22，末級導葉23，末級葉輪24，中段葉輪25，水泵26，首級葉輪27，泵軸28，出水隔板出水孔29，機械密封30，電機軸31，擋水圈32，靜密封環33，動密封環34，排水腔35，排水槽36，葉輪安裝凹坑37。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的內容做進ー步詳細說明。實施例請參閱圖I到圖4所示，一種反向布置末級葉輪平衡軸向カ的離心泵，包括有泵軸28、電機軸31直聯的水泵26和電機19，水泵26與電機19間設有排水腔35和擋水圈32，水泵26進水口 I與出水ロ 20位於同一直線，可直接串裝在管道上，水泵26 —端為泵蓋4，泵蓋4中心為進水口 1，泵蓋4外側中心突起法蘭密封面2，環中心布置帶牙的法蘭連接螺栓孔3，泵蓋4內側外圍裝有與進水口 I相通的泵筒8，泵筒8內的泵軸28上依次裝有首級葉輪27、中段葉輪25 (1-3個)、末級葉輪24，以及與葉輪相匹配的首級導葉7、中段導葉9、末級導葉23 ;末級葉輪24進水方向與首級葉輪27、中段葉輪25進水方向相反，設末級葉輪24為反向布置葉輪，首級葉 輪27、中段葉輪25為正向布置葉輪，根據正向布置葉輪設計揚程的軸向カ之和，結合參數設計末級葉輪24進水口外徑，末級葉輪24進水口外徑確定，其設計揚程的軸向カ確定，正向布置葉輪與反向布置葉輪的進水方向相反，其軸向カ也相反，正向布置葉輪與反向布置葉輪的軸向力相互抵消，實現軸向力平衡；水泵エ況改變，水泵揚程增高，正向布置葉輪的軸向力之和増大，反向布置葉輪的軸向力也増大；水泵揚程降低，正向布置葉輪的軸向力之和減小，反向布置葉輪的軸向力也減小，從而實現動態軸向力平衡；先計算正向布置葉輪的軸向力，再計算末級葉輪進水口外徑，具體計算公式如下首級葉輪軸向カ計算公式
F1 = ( D12+ 4_ Ti D22+ 4) P gHj單個中段葉輪軸向カ計算公式F2 = ( D32 + 4_ D22 + 4) P gH2末級葉輪進水口外徑計算公式D: ' F +1. :「 -( JI j) 4- ! :i I) +- Li i) ハ丨i -Ii n) + !丨);tl ) -+- r |) + ) 4- n X2以上公式字符含意 如下F1 :首級葉輪軸向力，單位Np :水密度，1000kg/m3g:重力加速度，9. 8JI :圓周率D1 :首級葉輪進水口外徑，單位mD2 :軸套外徑，單位mH1 :首級葉輪設計揚程，單位mF2 :中段葉輪軸向力，單位ND3 :中段葉輪進水口外徑，單位mH2 :中段葉輪設計揚程，單位mD :末級葉輪進水口外徑，單位mn:中段葉輪數量D4:軸徑，單位mH3 :末級葉輪設計揚程，單位m。末級導葉24為整體鑄造，其加工過程為先加工末級導葉24外徑，其外徑大於泵筒8內徑0. 05 0. IOmm,通過液壓機將末級導葉24壓至泵筒8相應位置，完成末級導葉24與泵筒8的密封，然後一起加工泵筒8與末級導葉24。本實施例另ー特點在於末級導葉23的結構，請結合圖2、圖3和圖4所示，在末級導葉23中部設有安裝末級葉輪24的葉輪安裝凹坑37，末級導葉23背離葉輪安裝凹坑37的一側面內凹形成有導流層21，導流層21周圍的末級導葉23表面上設出水層11 ;末級導葉23外圍設多個與中段導葉28相連通的流道末端隔腔22，相鄰的流道末端隔腔22之間形成有出水ロ隔腔10，每個流道末端隔腔22與導流層21相通，導流層21與末級葉輪24進水ロ相通，每個出水ロ隔腔10—側與葉輪安裝凹坑37相通，ー側與出水層11相通，本實施例中，出水層11與電機19出水ロ 20相通。導流層21和出水層11之間通過0型圈6與出水隔板13密封完全隔開，還包括內嵌安裝在末級葉輪24入口的機械密封30，出水隔板13中部裝有機械密封30的靜密封環33，與裝在泵軸28上的機械密封30的動密封環34密封，出水隔板出水孔29與電機端蓋導流孔14相對，通過0型圈6密封，泵筒8與出水隔板13通過0型圈6密封，泵蓋4與電機端蓋12間設拉杆螺絲5，緊固水泵零件。電機端蓋12導流孔14與電機外殼冷卻夾層進水孔16相對，通過0型圈6密封，電機外殼冷卻夾層18末端設有出水ロ 20，末端外側中心突起法蘭密封面2，環中心布置帶牙的法蘭連接螺栓孔3。電機外殼17與電機端蓋12通過螺絲15連接固定。如圖6所示，電機端蓋12環中心分布導流孔14，出水層11是與該導流孔14相通，電機端蓋12中部排水腔35通過排水槽36與泵外相通。工作過程水從進水口 I流入首級葉輪27，加壓後經首級導葉7導入中段葉輪25，加壓後經中段導葉9導入末級導葉23上的流道末端隔腔22，經導流層21流入末級葉輪24，加壓後經末級導葉23、末級導葉23的出水ロ隔腔10流入末級導葉23上的出水層11，經電機端蓋12導流孔14流入電機外殼冷卻夾層18，從出水ロ 20排出。泵軸28機械密封30若出現滲漏水，擋水圈32阻擋濺起噴入電機19，通過排水腔35與排水槽36流到泵外。如圖I所示，首級葉輪進水口外徑(D1)為0. 038m,軸套外徑(D2)為0. 028m,首級葉輪設計揚程(H1)為25. 2m,中段葉輪進水口外徑(D3)為0. 046m,中段葉輪設計揚程(H2)為25. Om,中段葉輪數量為I個，軸徑(D4)為0. 020m，末級葉輪設計揚程(H3)為24. 8m，根據上述首級葉輪軸向カ計算公式及相關取值，計算出首級葉輪軸向カ(F1) 128N,根據上述單個中段葉輪軸向カ計算公式及相關取值，計算出單個中段葉輪軸向力(F2) 256N，根據上述末級葉輪進水口外徑計算公式及相關取值，計算出末級葉輪進水口外徑 0. 060m。
上列詳細說明是針對本發明可行實施例的具體說明，該實施例並非用以限制本發明的專利範圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均應包含於本案的專利範圍中。
權利要求
1.一種反向布置末級葉輪平衡軸向力的離心泵，包括有水泵(26)，從水泵(26)進水口開始的泵軸(28)上依次裝有首級葉輪(27)、中段葉輪(25)、末級葉輪(24)，以及與葉輪相匹配的首級導葉(7)、中段導葉(9)、末級導葉(23)； 其特徵在於所述末級葉輪(24)進水方向與首級葉輪(27)、中段葉輪(25)進水方向相反，設末級葉輪(24)為反向布置葉輪，首級葉輪(27)、中段葉輪(25)為正向布置葉輪，根據正向布置葉輪設計揚程的軸向力之和，結合參數設計末級葉輪(24)進水口外徑，末級葉輪(24)進水口外徑確定，其設計揚程的軸向力確定； 先計算正向布置葉輪的軸向力，再計算末級葉輪進水口外徑，具體計算公式如下 首級葉輪軸向力計算公式F1 = ( D12+ 4_ τι D22+ 4) P gHj 單個中段葉輪軸向力計算公式F2 = ( D32 + 4_ D22 + 4) P gH2末級葉輪進水口外徑計算公式I) F +1.、i— -H I) -T- I - .ι h M \ (H —Ι η) + ι μ *Π )十 r D + J + Ji X 2 以上公式字符含意如下 F1 :首級葉輪軸向力，單位N P :水密度，1000kg/m3 g :重力加速度，9. 8 31 :圓周率 D1 :首級葉輪進水口外徑,單位m D2 :軸套外徑，單位:m H1 :首級葉輪設計揚程，單位m F2 :中段葉輪軸向力，單位N D3 :中段葉輪進水口外徑，單位m H2:中段葉輪設計揚程，單位m D :末級葉輪進水口外徑,單位m η:中段葉輪數量 D4 :軸徑，單位m H3 :末級葉輪設計揚程，單位m。
2.如權利要求I所述的反向布置末級葉輪平衡軸向力的離心泵，其特徵在於所述末級導葉(23)中部設有安裝末級葉輪(24)的葉輪安裝凹坑(37)，末級導葉(23)背離葉輪安裝凹坑(37)的一側面內凹形成有導流層(21)，導流層(21)周圍的末級導葉(23)表面上設出水層(11);末級導葉(23)外圍設多個與中段導葉(9)相連通的流道末端隔腔(22)，相鄰的流道末端隔腔(22)之間形成有出水口隔腔(10)，每個流道末端隔腔(22)與導流層(21)相通，導流層(21)與末級葉輪(24)進水口相通，每個出水口隔腔(10) —側與葉輪安裝凹坑(37)相通，一側與出水層(11)相通。
全文摘要
本發明公開了一種反向布置末級葉輪平衡軸向力的離心泵，具體涉及反向布置末級葉輪平衡軸向力的一種水泵結構，適用於3～5級的泵型，所述水泵反向布置末級葉輪，利用末級葉輪與正向布置葉輪相反的軸向力相互抵消平衡軸向力，泵軸機械密封內嵌安裝在末級葉輪入口，免除泵軸機械密封佔用軸向長度。本發明有益的效果是一是解決了平衡盤、平衡鼓兩種平衡方法漏水回流耗費能源、佔用軸向長度增加水泵長度、佔用成本、外接洩壓回水管、平衡效果較差、安裝止推軸承的弊端，二是解決了正反向對稱布置葉輪存在的外接導流管、體形大、成本高的弊端。三是免除平衡裝置、泵軸機械密封佔用軸向長度，延長水泵使用壽命。三是體形小、美觀、結構簡單、容易生產。
文檔編號F04D29/22GK102628451SQ20121012730
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月26日 優先權日2012年4月26日
發明者朱學斌 申請人:朱學斌