CN108869379B - 一种具有轴向导流叶片的离心泵密封环 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种安装在蜗壳与叶轮之间的具有轴向导流叶片的离心泵密封环，由圆环和轴向导流叶片组成，在圆环的内侧壁上沿圆周方向均匀固定布置8～10个轴向导流叶片，轴向导流叶片沿径向向内突出，轴向导流叶片的外形是NACA机翼型，轴向导流叶片的弦长L等于半径R，安放角为10°～20°，轴向导流叶片在径向上的高度h为半径R的0.05～0.1倍；本发明是基于轴向导流机制的非接触式密封环，当离心泵叶轮旋转时，带动了叶轮和蜗壳之间的液体旋转，旋转液体在固定的轴向的导流叶片的诱导下产生定向流动，诱导方向与叶轮和蜗壳之间泄露流体的运动方向相反，从而达到阻止流体从叶轮与蜗壳间隙处泄露的目的。

Description

一种具有轴向导流叶片的离心泵密封环

技术领域

本发明涉及流体机械领域中的离心泵结构，具体是离心泵的密封装置，安装在蜗壳与叶轮之间的间隙处，用于防止蜗壳与叶轮之间的流体泄漏。

背景技术

离心泵是一种典型的叶片式流体机械，其工作原理是通过原动机驱动叶轮旋转对流体做功，将机械能转化为流体的动能和压能，从而实现流体的输送。一般将比转速在30～80之间的离心泵称为低比转速离心泵，低比转速离心泵叶轮做功过程中不可避免地伴随着能量损失，能量损失主要分为三种类型：流动损失、容积损失和圆盘摩擦损失。其中，容积损失是指通过叶轮转动与壳体之间的泄露引起的流量损失，泄漏量与作用在间隙两端的压力差和间隙结构有关，因此要在发生泄露的位置设置密封装置。目前在蜗壳与叶轮之间常用的密封方式有两种：一是通过将口环与叶轮之间的泄露间隙设置在一个较小的范围；二是通过设置复杂的密封结构即采用迷宫密封，但是当间隙设置很小时磨损严重，稳定性就会变差，而过于复杂的密封结构也不利于加工和装配。

目前，为了解决减小间隙带来的磨损严重、装配困难等一系列问题，提出了可以在较大间隙下保证良好的密封性能的非接触式密封结构。例如中国专利申请号为201420065364.3的文献中提出了一种叶轮带有非接触密封功能的高效离心泵，在叶轮两侧延伸的环状叶轮密封环及泵体内置的与叶轮密封环相配的泵体耐磨环内表面加工螺纹，达到减少或阻止叶轮密封环径向间隙处产生的泄露，但是叶轮本身的加工工艺就比较复杂，在其密封环外表面加工螺纹除了会增加加工难度外，还会影响叶轮的水力性能；螺纹密封在使用过程中会产生磨损，一旦磨损过度就需要更换整个叶轮，这会增加维护成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有轴向导流叶片的离心泵密封环，该密封环利用轴向导流叶片产生与泄露方向相反的流动来阻止流体从蜗壳与叶轮间隙处流出，从而降低容积损失，提高低比转速离心泵的容积效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明装配在离心泵的蜗壳和叶轮之间，由圆环和轴向导流叶片组成，在圆环的内侧壁上沿圆周方向均匀固定布置8～10个轴向导流叶片，轴向导流叶片沿径向向内突出。

圆环的中心轴与叶轮的中心轴共线，圆环固定连接蜗壳，轴向导流叶片的内侧壁与叶轮的前盖板外侧壁之间具有0.6～1.2mm的径向间隙。

圆环的内壁半径R为叶轮进口直径的五分之三，圆环的径向厚虎e为半径R的0.05～0.1倍，圆环在轴向上的高度b为半径R的0.35～0.4倍。

轴向导流叶片的外形是NACA机翼型，轴向导流叶片的弦长L等于半径R，安放角为10°～20°，轴向导流叶片在径向上的高度h为半径R的0.05～0.1倍。

本发明的有益效果是：

1、本发明是基于轴向导流机制的密封环，当离心泵叶轮旋转时，带动了叶轮和蜗壳之间的液体旋转，旋转液体在固定的轴向的导流叶片的诱导下产生定向流动，诱导方向与叶轮和蜗壳之间泄露流体的运动方向相反，从而达到阻止流体从叶轮与蜗壳间隙处泄露的目的。与传统密封采用复杂结构和减小泄露间隙的方式相比，本发明采用NACA翼型导流叶片的导流环诱导泄露流体进行反向运动，能够在较大的间隙下保证离心泵良好的密封性能，同时还具有实施方便，更换简单等优点。

2、传统密封是采用复杂结构和减小泄露间隙的方式来达到良好的密封性能，比如当密封口环名义直径在120～150mm时，口环与叶轮半径方向间隙的允许值为0.07～0.44mm，磨损后的最大允许值为0.6mm。而本发明采用的非接触式密封在同样的密封环内径下，能够保证密封环与叶轮在半径方向的间隙在Δ＝0.6～1.2mm时有良好的密封性能，这样不但降低了加工和装配难度，在使用中也能够大大降低密封环的磨损，延长其使用寿命。

附图说明

图1是本发明所述的一种具有轴向导流叶片的离心泵密封环的立体结构示意图；

图2是图1所示本发明结构的主视放大图；

图3是图2的俯视图；

图4是图1中圆环1上的局部轴向导流叶片1的展开结构图；

图5是图1所示本发明安装在离心泵上时与叶轮、蜗壳的装配结构半剖面图；

图6是图5中局部A的放大图；

图中：1.圆环；2.轴向导流叶片；3.键槽；4.蜗壳；5.叶轮。

具体实施方式

参见图1-3所示,本发明由圆环1和轴向导流叶片2组成，在圆环1的内侧壁上沿圆周方向均匀固定布置8～10个轴向导流叶片2，轴向导流叶片2沿径向向内突出。在圆盘1的外侧壁上均匀加工四个键槽3，用于固定圆盘1。

参见图5和图6，本发明安装在离心泵的蜗壳4和叶轮5之间，安装时要求圆环1的中心轴与叶轮5的中心轴共线，通过四个键槽3采用键连接方式将圆盘1固定在蜗壳4上，圆盘1与蜗壳4采用过盈配合。轴向导流叶片2的内侧壁与叶轮5的前盖板外侧壁之间保持Δ＝0.6～1.2mm的径向安装间隙，采用非接触式安装，轴向导流叶片2与叶轮5不接触。

参见图1-3，根据离心泵的叶轮5尺寸确定圆环1的内壁半径为R，半径R为叶轮5的进口直径的五分之三。圆环1的径向厚度e为半径R的0.05～0.1倍。圆环1在轴向上的高度b为半径R的0.35～0.4倍，参见图3。

参见图4，轴向导流叶片2的外形是机翼型，为NACA翼型，轴向导流叶片2的弦长L等于半径R，叶片安放角即叶片两端的连线与叶片的圆周方向的夹角α为10°～20°。参见图2，叶片在径向上的高度h为半径R的0.05～0.1倍。键槽3的尺寸根据圆环1的大小选取。

本发明针对轴向导流叶片2的窄长，出口压力大即泄露压力大的特点，采用NACA4415翼型的导流叶片，由于该翼型工作面长度与背面长度比值较大，所以能够产生较大的且与泄露方向相反的轴向输送压力，从而抵消泄露流体的压力，阻止流体的泄露。

离心泵工作时，通过原动机驱动叶轮旋转对流体做功，将机械能转化为流体的动能和压能，从而实现流体的输送。在此过程中，大部分液体会从泵出口排除，但仍然会有一小部分液体从叶轮5与蜗壳4的间隙处流出，形成容积损失。因此在叶轮和蜗壳之间采用本发明来密封，以降低容积损失，提高离心泵的效率。本发明是一种非接触式的密封装置，圆环1上的轴向导流叶片2与离心泵的叶轮前盖板的径向间隙为Δ，当叶轮5旋转时，带动了叶轮5和蜗壳4之间的液体旋转，旋转液体在固定的轴向导流叶片2的泵送下产生定向流动，与轴流泵的工作原理相似。泵送方向与叶轮5和蜗壳4之间泄露流体的运动方向相反，从而达到阻止流体从叶轮5与蜗壳4间隙处泄露，减小容积损失的目的。同时本发明能够保证在较大间隙下良好的密封性能，这样不但降低了加工和装配难度，在使用中也能够大大降低密封环的磨损，延长其使用寿命。

Claims (6)

1.一种具有轴向导流叶片的离心泵密封环，装配在离心泵的蜗壳（4）和叶轮（5）之间，其特征是：由圆环（1）和轴向导流叶片（2）组成，在圆环（1）的内侧壁上沿圆周方向均匀固定布置8~10个轴向导流叶片（2），轴向导流叶片（2）沿径向向内突出；叶轮（5）旋转时，带动叶轮（5）和蜗壳（4）之间的液体旋转，旋转液体在轴向导流叶片（2）的泵送下产生定向流动，泵送方向与叶轮（5）和蜗壳（4）之间泄露流体的运动方向相反，阻止流体从叶轮（5）与蜗壳（4）间隙处泄露。

2.根据权利要求1所述的一种具有轴向导流叶片的离心泵密封环，其特征是：圆环（1）的中心轴与叶轮（5）的中心轴共线，圆环（1）固定连接蜗壳（4），轴向导流叶片（2）的内侧壁与叶轮（5）的前盖板外侧壁之间保持0.6~1.2mm的径向间隙。

3.根据权利要求1所述的一种具有轴向导流叶片的离心泵密封环，其特征是：圆环（1）的内壁半径R为叶轮（5）进口直径的五分之三，圆环（1）的径向厚度e为半径R的0.05~0.1倍，圆环（1）在轴向上的高度b为半径R的0.35~0.4倍。

4.根据权利要求3所述的一种具有轴向导流叶片的离心泵密封环，其特征是：轴向导流叶片（2）的外形是NACA机翼型。

5.根据权利要求4所述的一种具有轴向导流叶片的离心泵密封环，其特征是：轴向导流叶片（2）的弦长L等于半径R，安放角为10°~20°。

6.根据权利要求5所述的一种具有轴向导流叶片的离心泵密封环，其特征是：轴向导流叶片（2）在径向上的高度h为半径R的0.05~0.1倍。

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