CN102619780A - 一种反向布置末级叶轮平衡轴向力的离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反向布置末级叶轮平衡轴向力的离心泵，泵筒内、从水泵进水口开始的泵轴上依次装有首级叶轮、末级叶轮，以及与叶轮相匹配的首级导叶、末级导叶；首级叶轮与末级叶轮的进水方向相反；末级导叶背离叶轮安装凹坑的一侧面内凹形成有导流层，导流层周围的末级导叶表面上设出水层；末级导叶***设多个与首级导叶相连通的流道末端隔腔，相邻的流道末端隔腔之间形成有出水口隔腔，每个流道末端隔腔与导流层相通，导流层与末级叶轮进水口相通，每个出水口隔腔一侧与叶轮安装凹坑相通，一侧与出水层相通，该出水层与电机相通。体形小、美观、结构简单、容易生产。

Description

一种反向布置末级叶轮平衡轴向力的离心泵

技术领域

本发明涉及多级离心式水泵制造领域，具体涉及反向布置末级叶轮平衡轴向力配套用的一种末级导叶。

背景技术

多级离心式水泵常用的轴向力平衡方法有平衡鼓、平衡盘两种，均有漏水回流耗费能源、造成水泵性能下降、占用轴向长度增加水泵长度、占用成本、外接泄压回水管的弊端，平衡效果较差，仍需安装止推轴承来承受残余轴向力。不常采用的正反向对称布置叶轮的方法，即是将两组叶轮的进水方向相反地装在轴上，其轴向推力相互抵消平衡轴向力，该方法平衡效果好、无漏水回流，但正反向叶轮必须对称布置，即正反向叶轮数量相同，增加扬程需成对增加叶轮，扬程跨度大、适用性较差，若通过切割叶轮直径的方法降低扬程，效率下降、成本高。正反向对称布置叶轮的方法还需将进水叶轮组的全部出水导入反向叶轮组的进水口，采用方法有泵体外接导流管，由于导水量大，导流管尺寸也大，造成了外形怪异、体形大、成本高。也有采用增大泵体，泵内分隔为双层流道(请见专利申请号为200710071499.5，专利名称为一种水泵回流体的发明专利)解决外形怪异，体形大、生产成本高的问题还是存在。泵轴机械密封占用轴向长度增加水泵长度与成本。泵轴长度的增加，会导致泵轴的运转绕动增加，运转绕动增大，轴承及叶轮进水口密封面磨损加快，即轴承损坏加快、水泵浪费回水加大、性能下降加快，水泵设计应尽可能缩短泵轴长度，延长使用寿命。

发明内容

本发明要解决背景技术中所述的缺点，实现多级离心泵的轴向力平衡，免除平衡装置、泵轴机械密封占用轴向长度，提供一种末级导叶的创新结构。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种反向布置末级叶轮平衡轴向力的离心泵，包括有泵轴、电机轴直联的水泵和电机，水泵一端为泵盖，泵盖中心为进水口，泵盖内侧***装有泵筒，泵筒内、从水泵进水口开始的泵轴上依次装有首级叶轮、末级叶轮，以及与叶轮相匹配的首级导叶、末级导叶；进水口与首级叶轮连通；首级叶轮与末级叶轮的进水方向相反，末级导叶中部设有安装末级叶轮的叶轮安装凹坑，末级导叶背离叶轮安装凹坑的一侧面内凹形成有导流层，导流层周围的末级导叶表面上设出水层；末级导叶***设多个与首级导叶相连通的流道末端隔腔，相邻流道末端隔腔之间形成有出水口隔腔，每个流道末端隔腔与导流层相通，导流层与末级叶轮进水口相通，每个出水口隔腔一侧与叶轮安装凹坑相通，一侧与出水层相通，该出水层与电机出水口相通，若采用非水冷电机的，出水层直接与水泵出水口相通。

还包括内嵌安装在末级叶轮入口的机械密封，所述泵轴上装有机械密封的动密封环，机械密封的静密封环内嵌安装在出水隔板内侧中部位置。能有效免除泵轴机械密封占用轴向长度。

本发明的特点在于：反向布置末级叶轮，其他叶轮为正向布置，正向布置叶轮可为1～4个，而反向布置的末级叶轮只为一个，利用末级叶轮与正向布置叶轮相反的轴向力相互抵消平衡轴向力，若采用多个正向布置叶轮，水泵设计应先计算正向布置叶轮轴向力，再计算末级叶轮进水口外径，末级叶轮进水口外径确定，其设计扬程的轴向力确定，具体计算公式如下：

首级叶轮轴向力计算公式：F₁＝(πD₁ ²÷4-πD₂ ²÷4)ρgH₁

单个中段叶轮轴向力计算公式：F₂＝(πD₃ ²÷4-πD₂ ²÷4)ρgH₂

末级叶轮进水口外径计算公式：

$D=\sqrt{\left\{\right[F_1+F_{2}n+(\mathrm{\π}{D_2}^2\÷4-\mathrm{\π}{D_A}^2\÷4)\mathrm{\ρg}\×(H_1+H_{2}n)]\÷\left(\mathrm{\ρg}{H}_3\right)+\mathrm{\π}{D_2}^2\÷4\}\÷\mathrm{\π}}\×2$

以上公式字符含意如下：

F₁：首级叶轮轴向力，单位：N

ρ：水密度，1000kg/m³

g：重力加速度，9.8

π：圆周率

D₁：首级叶轮进水口外径，单位：m

D₂：轴套外径，单位：m

H₁：首级叶轮设计扬程，单位：m

F₂：中段叶轮轴向力，单位：N

D₃：中段叶轮进水口外径，单位：m

H₂：中段叶轮设计扬程，单位：m

D：末级叶轮进水口外径，单位：m

n：中段叶轮数量

D₄：轴径，单位：m

H₃：末级叶轮设计扬程，单位：m

正向布置叶轮为多个的，末级叶轮进水口径大于水泵流量所需口径，多余空间内嵌安装泵轴机械密封，正向布置叶轮为单个的，正向、反向布置叶轮进水口径按泵轴机械密封占用面积增大，内嵌安装泵轴机械密封，水流经过密封面带走磨擦产生的热量。末级导叶每个流道末端隔腔与导流层相通，正向布置叶轮出水经末端隔腔、导流层流入反向布置叶轮入口，末级导叶每个出水口隔腔与出水层相通，出水经出水口隔腔、出水层、电机端盖导流孔流入电机外壳冷却夹层，出水口排出。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：一是解决了平衡盘、平衡鼓两种平衡方法漏水回流耗费能源、占用轴向长度增加水泵长度、占用成本、外接泄压回水管、平衡效果较差、安装止推轴承的弊端。二是解决了正反向对称布置叶轮存在的外接导流管、体形大、成本高的弊端，还解决了2级以上正反向对称布置叶轮存在的扬程跨度大的弊端。三是免除平衡装置、泵轴机械密封占用轴向长度，更短的泵轴长度能减小泵轴的运转绕动，延长水泵使用寿命。四是体形小、美观、结构简单、容易生产。

附图说明

图1是本发明泵的剖视结构示意图；

图2末级导叶平面图；

图3是末级导叶结构示意图(一)；

图4是末级导叶结构示意图(二)；

图5是电机端盖俯视图；

图6是图5的侧面剖视图；

图7是末级导叶与末级叶轮装配结构示意图；

附图标记说明：进水口1，法兰密封面2，带牙的法兰连接螺栓孔3，泵盖4，拉杆螺丝5，O型圈6，首级导叶7，泵筒8，中段导叶9，出水口隔腔10，出水层11，电机端盖12，出水隔板13，导流孔14，螺丝15，电机外壳冷却夹层进水孔16，电机外壳17，电机外壳冷却夹层18，电机19，出水口20，导流层21，流道末端隔腔22，末级导叶23，末级叶轮24，中段叶轮25，水泵26，首级叶轮27，泵轴28，出水隔板出水孔29，机械密封30，电机轴31，挡水圈32，静密封环33，动密封环34，排水腔35，排水槽36，叶轮安装凹坑37。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参阅图1到图4所示，一种水冷自平衡离心泵，包括有泵轴28、电机轴31直联的水泵26和电机19，水泵26与电机19间设有排水腔35和挡水圈32，水泵26进水口1与出水口20位于同一直线，可直接串装在管道上，水泵26一端为泵盖4，泵盖4中心为进水口1，泵盖4外侧中心突起法兰密封面2，环中心布置带牙的法兰连接螺栓孔3，泵盖4内侧***装有泵筒8，泵盖4与泵筒8通过O型圈6密封，泵筒8内、从水泵26进水口1开始的泵轴28上依次装有首级叶轮27、末级叶轮24，以及与叶轮相匹配的首级导叶7、末级导叶23；本发明中，可以只要求安装首级叶轮27和首级导叶7，为方便说明本发明，本实施例中，还在首级叶轮27后依次装有中段叶轮25，以及与中段叶轮25相匹配的中段导叶9，首级导叶7与泵筒8通过O型圈6密封，中段导叶9与末级导叶23通过O型圈6密封，首级叶轮27与末级叶轮24的进水方向相反，本实施例中，首级叶轮27、首级导叶7、中段叶轮25、中段导叶9和末级叶轮24均为通用的结构，因此在本实施例中不再详述。

末级导叶24为整体铸造，其加工过程为：先加工末级导叶24外径，其外径大于泵筒8内径0.05～0.10mm，通过液压机将末级导叶24压至泵筒8相应位置，完成末级导叶24与泵筒8的密封，然后一起加工泵筒8与末级导叶24。

本实施例的特点在于：请结合图2、图3、图4、图7所示，在末级导叶23中部设有安装末级叶轮24的叶轮安装凹坑37，末级导叶23背离叶轮安装凹坑37的一侧面内凹形成有导流层21，导流层21周围的末级导叶23表面上设出水层11；末级导叶23***设多个与首级导叶7(相当于上一级的导叶，本实施例中即为中段导叶)相连通的流道末端隔腔22，相邻的流道末端隔腔22之间形成有出水口隔腔10，每个流道末端隔腔22与导流层21相通，导流层21与末级叶轮24进水口相通，每个出水口隔腔10一侧与叶轮安装凹坑37相通，一侧与出水层11相通，本实施例中，出水层11与电机19出水口20相通。

导流层21和出水层11之间通过O型圈6与出水隔板13密封完全隔开，还包括内嵌安装在末级叶轮24的入口的机械密封30，出水隔板13中部装有机械密封30的静密封环33，与装在泵轴28上的机械密封30的动密封环34密封，出水隔板出水孔29与电机端盖导流孔14相对，通过O型圈6密封，泵筒8与出水隔板13通过O型圈6密封，泵盖4与电机端盖12间设拉杆螺丝5，紧固水泵零件。电机端盖12导流孔14与电机外壳冷却夹层进水孔16相对，通过O型圈6密封，电机外壳冷却夹层18末端设有出水口20，末端外侧中心突起法兰密封面2，环中心布置带牙的法兰连接螺栓孔3。电机外壳17与电机端盖12通过螺丝15连接固定。

如图6所示，电机端盖12环中心分布导流孔14，出水层11是与该导流孔14相通，电机端盖12中部排水腔35通过排水槽36与泵外相通。

工作过程：水从进水口1流入首级叶轮27，加压后经首级导叶7导入中段叶轮25，加压后经中段导叶9导入末级导叶23上的流道末端隔腔22，经导流层21流入末级叶轮24，加压后经末级导叶23、末级导叶23的出水口隔腔10流入末级导叶23上的出水层11，经电机端盖12导流孔14流入电机外壳冷却夹层18，从出水口20排出。泵轴28机械密封30若出现渗漏水，挡水圈32阻挡溅起喷入电机19，通过排水腔35与排水槽36流到泵外。

本实施例中，末级叶轮进水方向与首级叶轮、中段叶轮进水方向相反，末级叶轮为反向布置叶轮，首级叶轮、中段叶轮称为正向布置叶轮(若将末级叶轮称为正向布置叶轮，首级叶轮、中段叶轮则称为反向布置叶轮，正向、方向仅是一个定义的方向，不作为限制要求)。

如图1所示，首级叶轮进水口外径(D₁)为0.038m，轴套外径(D₂)为0.028m，首级叶轮设计扬程(H₁)为25.2m，中段叶轮进水口外径(D₃)为0.046m，中段叶轮设计扬程(H₂)为25.0m，中段叶轮数量为1个，轴径(D₄)为0.020m，末级叶轮设计扬程(H₃)为24.8m，根据上述首级叶轮轴向力计算公式及相关取值，计算出首级叶轮轴向力(F₁)≈128N，根据上述单个中段叶轮轴向力计算公式及相关取值，计算出单个中段叶轮轴向力(F₂)≈256N，根据上述末级叶轮进水口外径计算公式及相关取值，计算出末级叶轮进水口外径≈0.060m。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (2)

1.一种反向布置末级叶轮平衡轴向力的离心泵，包括有水泵(26)，从水泵(26)进水口(1)开始的泵轴(28)上依次装有首级叶轮(27)、末级叶轮(24)，以及与叶轮相匹配的首级导叶(7)、末级导叶(23)；首级叶轮(27)与末级叶轮(24)的进水方向相反；

其特征在于：所述末级导叶(23)中部设有安装末级叶轮(24)的叶轮安装凹坑(37)，末级导叶(23)背离叶轮安装凹坑(37)的一侧面内凹形成有导流层(21)，导流层(21)周围的末级导叶(23)表面上设出水层(11)；末级导叶(23)***设多个与首级导叶(7)相连通的流道末端隔腔(22)，相邻流道末端隔腔(22)之间形成有出水口隔腔(10)，每个流道末端隔腔(22)与导流层(21)相通，导流层(21)与末级叶轮(24)进水口相通，每个出水口隔腔(10)一侧与叶轮安装凹坑(37)相通，一侧与出水层(11)相通。

2.如权利要求1所述的反向布置末级叶轮平衡轴向力的离心泵，其特征在于：还包括内嵌安装在末级叶轮(24)入口的机械密封(30)，所述泵轴(28)上装有机械密封(30)的动密封环(34)，机械密封(30)的静密封环(33)内嵌安装在出水隔板(13)内侧中部位置。

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