CN1093920C - 筒形壳体涡轮泵 - Google Patents

Abstract

在内壳体中内通道上有扩散部的泵中有支承叶轮的转轴，在叶轮间的转轴表面上形成圆弧状切槽以构成圆滑的通道。在相对于开口环的间隙之间设置开口环套筒，并把轴封装置与轴承装置分别安装在外壳体与壳体封盖上。在圆周方向上可分割地构成轴承装置。外壳体与内壳体以其台肩部分金属相接，并用预压弹性件使之相互固定。于是在泵的高温、高压、高速等种种苛刻工作状态下，泵能发挥其高效率与高度可靠性。而且能使泵小型化、保养性能提高。

Description

筒形壳体涡轮泵

本发明与适合于火力发电场锅炉给水泵或原子能发电站的原子炉给水泵等使用的筒形壳体涡轮泵有关。

现有技术中的筒形壳体涡轮泵中设有由被称为圆筒的外壳及把该外壳端部的开口封堵住的壳体封盖构成的腔室，配置腔室中的用来传递来自驱动机动力的转轴，在转轴上安装的多个叶轮，以及容纳在腔室中的带有把从叶轮流出的流体进行整流的流道的内壳体等。支承上述转轴两端的轴承部安装在上述壳体封盖上，而且在上述叶轮和轴承部之间设有轴封装置。

上述结构的泵主要用在处理高温高压水的工厂中。近年来，随着工厂的大容量化，泵不断地向大功率、高温、高压方面发展，而且也不断地向使泵小型化高转速化发展。

本发明的第1个目的是提供一种能达到小型化与高效率的筒形壳体涡轮泵。

本发明的第2个目的是提供一种能经受高温和高压等苛刻工作条件的适用的筒形壳体涡轮泵。

本发明的第3个目的是提供一种组装时容易调整转子与壳体的同心度的筒形壳体涡轮泵。

本发明的第4个目的是提供一种能经常保持转子与壳体的高同心精度从而能经受高速、高压与高温工作的筒形壳体涡轮泵。

为了达到上述第1目的，本发明提供在后述的权利要求1中所述的泵。

而为了达到上述第2目的，本发明提供在后述的 2中所述的泵。

为了达到上述第3目的，本发明提供在后述的权利要求3中所述的泵。

进而，为了达到上述第4目的，本发明提供在后述的权利要求4中所述的泵。

在进行中间段抽水的筒形壳体涡轮泵中也能实施本发明。这种泵的实例有如后面的权利要求5中所述的结构。

在权利要求1所述的泵中由于在扩散部设有3个以上的导向叶片，而且在回水通道中设有3个以上的回水叶片，故不易受制造误差或偏心的影响，泵在额定流量点自不用说，即使在部分流量区域中也能使作用在转轴上的径向推力(弯曲力)变小。因此，由于转轴承受的弯曲力变小，其刚性也变小，从而能使转轴直径变细，故能使整个泵体小型化。此外，又在叶轮间的转轴表面上形成圆弧状切槽，利用这些切槽形成圆滑的通道，又由于安装叶轮发生应力集中处的轴径较上述有圆弧状切槽处的轴径为大，故即使泵不断地小型化也能有宽阔的流通通道，不但能做到使叶轮入口的流体整流高效率，而且切槽还能缓和应力集中。

权利要求2中所述的泵，使开口环套筒与开口环之间有间隙或与开口环轻微压力接触，用轴螺母通过轴封环把开口环套筒装配在转轴上，因此平衡套筒的轴向推力主要用开口环承担，由于传给开口环套筒或轴封套筒或轴螺母上的力减小，故能防止作用在轴上的载荷过大。特别是，由于高温、高压等苛刻的使用条件，在急剧的流体温度与压力变化所产生的平衡部件的热膨胀、压力变形等的尺寸变化的情况下，开口环也能吸收这种变形，而且开口环也能应付平常运转中压力波动而产生的轴向推力变化。这样，由于泵的高温、高压化而附加的种种干扰而产生平衡部件的种种变形或载荷，使作用在转轴上的负荷减轻，故能大幅度地提高泵的可靠程度。

权利要求3中所述的泵，由于在外壳体或壳体封盖上分别安装轴封装置与轴承装置的同时，使轴承装置在圆周方向上能够分开，在泵体组装后实测确定叶轮与平衡套筒间的转动滑动部分的间隙时，在把轴封装置去掉的状态，使转轴支承在轴承装置上，由于去掉可分开的轴承装置的一部分，就能容易地检测轴向推力减轻装置处的间隙和第一级叶轮与内壳体之间的间隙，因而组装时能容易地进行转子与壳体同心度的调整。

权利要求4中所述的泵，使外壳体与内壳体在台肩部金属相接触，同时用预压弹性件封住流出的流体。而且，在进行中间段抽水的筒形壳体涡轮泵的场合，由于把预压弹性件多排地配置，借助于予压弹性件的压力与作用在内壳体两端面上的压力差，即吸入压与排出压之差所产生的力，在泵的运转中能把内壳体牢固地压在外壳体上，并能封住排出液向吸入口漏出的液流。而且，由内壳体与外壳体的温差而产生的轴向热膨胀的差可被预压弹性件的变形吸收，因而不会发生内外壳体的过大的热应力。这样，由于借助于这些壳体的台肩部的金属接触进行内壳体相对外壳体的定位，能保持转子与壳体的同轴度处于经常的高精度状态，能使泵进行高速、高压、高温运转。

图1是本发明的筒形壳体涡轮泵的一个实施例的纵剖视图。

图2是图1中所示的叶轮附近部分的放大剖视图。

图3是图1中所示的轴向推力减轻装置的放大剖视图。

图4是图1中的泵组装时转子与壳体同心度调整的说明用图、为轴向推力减轻装置附近部分的放大剖视图。

图5是图1中的泵组装时转子与壳体同心度调整的说明用图，为第一级叶轮附近部分的放大剖视图。

图6是图1所示的内壳体部分的放大剖视图。

图7是应用本发明的有抽水室的筒形壳体涡轮泵实施例的纵剖视图。

下面，参照附图说明本发明的具体实施例。

图1是本发明的筒形壳体涡轮泵的一个实施例的附图，在被称为筒形壳体的外壳体1与将其一端封闭的壳体封盖1A形成的腔室内，配设由多个级3构成的内壳体5，在此内壳体5中，容纳着转轴6与安装在转轴上的多个(5级)叶轮7。在内壳体5的内部，形成把一个叶轮7流出的液流导向下一级叶轮7的通道50(图2)，在通道50的扩散部上设置导向叶片4，在返水通道中设置返水叶片2。数字10表示承纳从最末级叶轮7流出的高压流体的排出室，此排出室10连接着排出口12。上述外壳体1与内壳体5之间的环状间隙10A与高压的排出室10连通。数字13表示吸入流体的吸入口，来自吸入口13的流体经上整流板30与下整流板31整流被导向第一级叶轮7。在最末级叶轮7的轴向外侧设置含有平衡套筒等平衡部件的轴向推力减轻装置8，在此装置8的轴向再外侧的位置，在转轴6上依次设置含有轴封套筒的轴封装置14与轴承装置16。在第一级叶轮7的轴向外侧位置，也同样地在转轴6上依次设置轴封装置15与轴承装置17。

图2表示了图1中所示的一个叶轮7附近部分加以放大的示图。一个叶轮7在圆周方向上有等间隔的5-7个叶片7A，从该叶轮流出的流体通过在扩散部圆周方向等间隔设置的至少3个以上，最好6-11个的导向叶片4而使压力恢复，然后用在返水通道中沿圆周方向等间隔设置的至少3个以上，最好7-12个返水叶片2进行整流而流入下一级的叶轮7，而叶片7A、4、2的最适宜的个数分别为7个、9个、10个。在转轴6的多个粗径部分上，叶轮7用周向定位用的键6B和轴向固定用的开口环6(分别予以定位固定，开口环6c是在圆周方向二分割的结构，用来防止叶轮7把转轴6移向吸入口一侧。在多个叶轮7之间的转轴6表面上形成圆弧状的切槽6A以构成平滑的通道，可对各叶轮7的吸入部的液流进行整流。

本实施例，不是把从一个叶轮流出的流体用涡壳导入下一级叶轮的形式，而是把一个叶轮7流出的液流用具有3个以上导向叶片4的扩散部和有3个以上返水叶片2的返水通道导入下一级叶轮7的形式，对于泵的额定流量点自不用说，即使在部分流量域中，由于沿圆周方向均等地径向流体推力作用在转轴6上，可使作用在转轴6上的弯曲力变小，结果轴6的刚性可以减小，从而转轴6的直径减小，故能做到使泵整体地小型化。在为了把从叶轮流出的液流进行整流而设置有涡壳的泵中，因作用在转轴上的径向推力在部分流量域中变大，因此需要加大转轴的直径。而在本发明的设置有扩散部的泵中，当导向叶片或返水叶片为两个以下时，受制误差或偏心的影响，不能使作用在转轴6上的径向推力变小。为此在本发明中，使导向叶片4与返水叶片2为3个以上，并把这些叶片沿圆周方向等间隔地配置。而且，由于在用键6B安装叶片7的转轴6的部分有应力集中，故需要加大转轴6的直径。在本发明中，有键6B的部位的轴6直径的强度是必需大的，而在未装键的转轴6的部分，即叶轮7之间的部分与有键6B的部分相比应力集中较小，通过在此部分转轴的表面上切出圆弧状切槽(6A)可以在保证在叶轮入口部分有大的通道面积，同时也形成一个平滑的通道并对叶轮入口部的液流进行整流，通过切槽6A还可以缓和轴的应力集中。这样，由于本发明在有扩散部的泵中的实施，并且在转轴表面上形成圆弧状切槽6A从而形成平滑的通道，可使转轴6的直径减小而使泵小型化，同时也使叶轮7入口处的通道面积扩大而能达到对叶轮入口处液流的整流，并使效率提高。

图3是图1中轴向推力减轻装置8部分放大剖视图，轴向推力减轻装置8由安装在转轴6上的平衡套筒(平衡部件)81与在此平衡套筒81的外周面之间形成狭窄间隙并密切配合在壳体封盖1A的里面上的平衡套管82所构成，数字83表示约束平衡套筒81轴向移动的开口环，此开口环83在圆周方向上二分割并嵌入转轴6的沟槽60中。数字84表示防止二分割结构的开口环83从沟槽60脱落用的开口环套筒，此开口环套筒84内圆周表面上形成的台肩部84A与转轴6的台肩6E相接，限制了套筒84向开口环83一侧移动，于是，形成了开口环83与套筒84之间的轴向间隙85。若不设置此间隙85而使开口环套筒84与开口环83以小的面接触压力接触亦可。而且在本实施例中，在开口环套筒84与开口环83之间形成径向间隙86。而且在平衡套筒81与开口环套筒84之间也形成轴向间隙87。开口环套筒84，通过构成轴封装置14的轴封套筒14A借助于螺合在转轴6上的轴螺母32(图1)在轴方向压紧用台肩6E，84A相对于轴6定位固定。

由于以上的结构，即使有急剧的流体温度变化与压力变动，平衡套筒81因热膨胀，压力变形等产生的尺寸变化，平衡套筒81的轴向推力主要由开口环83承受，就能减小传递给开口环套筒84与轴封筒14A的力，而且平常运转中因压力波动而发生的轴向推力的变动也主要由开口环83支承。进而，外壳体1以在圆周方向上不均匀的温度变形状态运转，平衡套筒81与平衡套管82滑动接触，即使因滑动发热引起平衡套筒在圆周方向不均匀的变形，开口环83也能支承变形载荷。这样，在本发明中，由于把开口环套筒84用相对于转轴6的台肩6E、84A固定装配，在可防止开口环83落下，同时能使传递给开口环套筒84、轴封套筒14A及轴螺母32的力减小到零。结果是可以防止轴封套筒14A的变形与微振动，也可使轴封装置14的可靠性提高。

而且，在本实施例中，由于使用平衡套筒81作为轴向推力的减轻装置8，与使用平衡盘的情况相比没有粗径的轴向滑动部，即使有急剧的流体温度变动、压力变动，压力波动或圆周方向不均匀温度变化等也不易发生套筒81的滑动摩擦损耗或损伤及轴6的变形，这样，由于采用了平衡套筒81与开口环83的组合，与过去的用轴的台肩与轴螺纹限定平衡套筒的形式相比，其可靠性能大幅度地提高，即，能减轻作用在轴向推力减轻装置8与轴封套筒14A等部件上的载荷，实现了能充分应付因泵的高温，高压化所附加的干扰的筒形壳体涡轮泵。

图4及图5是图1中的泵组装时说明转子与壳体作同心调整的部分放大剖视图。首先，说明图1本实施例的结构，在转轴6两端附近的轴封装置14、15上，把分别内装着轴封装置14B、15B的轴承箱14C、15C分别可拆装地装配在壳体封盖1A及外壳体1上。在轴承装置16、17上，把内装有轴承16A、17A的轴承箱16B、17B分别可拆装地安装在壳体封盖1A及外壳体1上。这些轴承装置16、17，在圆周方向可分割、最好是水平2分割地构成，这些轴承装置16、17的结构使得转轴6在卸去轴承装置16、17的上半部分状态下能由轴承装置的下半部分支持。轴承装置16、17与轴封装置14、15各自固定在壳体封盖1A及外壳体1上。

转子与壳体的同心调整，在装配时是在把轴封装置14及15如图1所示状态安装在壳体封盖1A及外壳体1上之前，把轴承装置16、17的下半部分如图4或图5那样地安装在壳体封盖1A或外壳体1上。这样一来，工作人员把间隙规21***平衡套筒81与平衡套管82之间的间隙(图4)或第一级叶轮7的入口端的外圆周7A与嵌合在内壳体5的内表面上的套管之间，在转轴6支持在轴承装置16、17的下半部分上的状态下，就能很容易地测量出在圆周的几个地方平衡套筒81与平衡套管82之间的间隙或第一级叶轮7的入口端外圆周面的间隙。这样，由于本发明在组装时容易对转子与壳体作出同心调整，就能把转子与壳体的上述间隙调整为适宜的最小间隙进行同心地组装起来。在设定了考虑到加工与组装误差的尺寸间隙之后，若此间隙过大，由于泵效率下降与滑动部分间隙的水膜刚性降低就会引起高速时轴振动增大等问题。而当把转子与壳体组装成偏心状态时，在流体温度急剧变化时，在偏心方向上滑动部分的间隙变得特别狭窄，就会引起接磨损或损伤，若使用本发明则能防止这些问题，能做到高效率，同时能防止因高速化与高温化引起干扰增大时的振动增大。

上述同心调整完毕之后，将轴承装置16、17的下半部分先卸下，安装轴封装置14、15，最后再把轴承装置16、17完全装配好。至此，组装完成。

图6是图1中表示的内壳体5的放大剖视图。在内壳体5的吸入端的外圆周上形成台肩5S。台肩5S与壳体1的台肩1S相互金属接触在轴向及径向接合而相对于壳体1把入口端的内壳体5定位固定。并分别在内壳体5的排出侧端面上作用着泵的排出压力5r，在内壳体5的排出侧端面上作用着泵的排出压力5x，在这两个压力差的作用下，内壳体5形成了压向图6左方的结构。而且，在内壳体5与壳体封盖1A之间设置有弹性的塑料等弹性预压件5A，成为即使在泵停转时也能把内壳体5压向图的左方的结构。也可以把此弹性预压件5A设置在构成内壳体5的部件即各级3间的轴向间隙中，就上述台肩1S、5S的金属接触部分而言，其金属接触部分的面压力要设计成能确保充分密封，以便在泵的运转中不会使内外壳体1、5之间的从与排出室10连通的环状间隙10A流出的有排出压的水流入吸入口13一侧。

在本实施例中，由于相对于内壳体5与外壳体1用这些台肩5S，1S金属相接而定位，与过去的用密封垫片等定位的设计相比，其优点是能经常地保持转子与壳体的同心度。进而，若在外壳体1与内壳体5的吸入侧台肩1S、5S之间夹入密封垫片等的弹性材料，则内壳体的固定支承就会不充分，会引起内壳体5的振动与内壳体弓状热变形等问题。本实施例解决了这个问题，本实施例的泵适于高压运转，而且由于构成部件少，保养性能优异。

图7表示出本发明适用的在外壳体1与内壳体5之间设有充满泵的吸入压力与排出压力的中间压力的流体的抽水室的筒形壳体涡轮泵的实施例，现只对其与图1-6中所示实施例的不同点予以说明。图7中，数字9表示设在外壳体1与内壳体S之间充满泵的吸入压力与排出压力的中间压力流体的抽水室，90是设在外壳体1上与上述抽水室9相连的抽水口。在锅炉给水泵中，此抽水口90把泵的中间部分的流体导入再加热喷洒***中。抽水室9的轴向两端，用分别设在内壳体5的吸入侧外圆周及外壳体1的内圆周上的台肩5S、1S金属接触的第1接合部5P，与使分别设在内壳体5中间部位的外圆周部分及外壳体1的内圆周上的台肩5T、1T金属接触的第2接合部5Q密封。在内壳体5的排出侧端部与上述壳体封盖1A的轴向间隙内，或面对排出室10的内壳体5的结构部件(级3)间的轴向间隙内设置轴向压住内壳体5的预压弹性件5A。而面对抽水室9的内壳体5的结构部件相对于面对排出室10的内壳体5的结构部件轴向可以微动，在抽水室9对面的内壳体结构部件与排出室10对面的内壳体结构部件间的轴向间隙内，或抽水室9对面的内壳体结构部件间的轴向间隙内，设置轴向压住该壳体结构部件用的辅助预压弹性件5B、抽水室9用两处金属接触部5P及5Q对吸入口13及排出室10密封。

借助于这种结构方式，本发明也适用于设有抽水室9的筒形壳体涡轮泵。

Claims (3)

1.一种筒形壳体涡轮泵，在包括有吸入口和排出口的外壳及封住其一端的壳体封盖的腔室内，装进安装在转轴上的多个叶轮及有把从叶轮流出的流体导向的通道的内壳体，其特征在于，具有：在上述内壳体中通道扩散部中沿圆周方向等间隔地设置的至少3个以上的导向叶片，在上述内壳体中通道的返水通道内沿圆周方向等间隔地设置的至少3个以上的返水叶片，并在上述叶轮间的转轴表面上形成圆滑通道那样地在该转轴表面上形成的圆弧状切槽；使上述圆弧状切槽部的转轴直径小于用键安装叶轮部分的转轴直径。

2.如权利要求1所述的筒形壳体涡轮泵，其特征在于：使上述内壳体的吸入侧端部的外周与上述外壳体的内周在轴向及径向上配合地金属接触，从而构成在使上述内壳体的吸入侧端面承受泵的吸入压力的同时，使上述内壳体的外圆周面及排出侧端面承受泵的排出压力，进而在上述内壳体的排出侧端部与上述壳体封盖之间的轴向间隙内或构成内壳体的多个部件间的轴向间隙内设置把上述内壳体轴向地压紧用的预压弹性件。

3.如权利要求1所述的筒形壳体涡轮泵，其特征在于：在上述外壳体与内壳体之间形成充满压力为泵的吸入压力与排出压力的中间压力的流体的抽水室与充满排出压力流体的排出室；

上述抽水室的两端用分别设在内壳体吸入侧端部的外周与外壳体的内周上的台肩金属接触而形成的第1密封部、以及在内壳体的中间部分的外周与外壳体的内周上分别设置的台肩金属接触而形成的第2密封部来封住；

在上述内壳体排出侧端部与上述壳体封盖之间的轴向间隙内或在面向上述排出室的内壳体的结构部件之间的轴向间隙内，设置轴向压紧内壳体用的预压弹性件，进而使面向上述抽水室的内壳体各结构部件相对于面对上述排出室的内壳体各结构部件可以稍微轴向移动地分割形成上述内壳体，在面对抽水室的内壳体部分与面对排出室的内壳体部分之间的轴向间隙内或面对上述抽水室的内壳体结构部件间的轴向间隙内设置轴向压紧内壳体用的补助预压弹性件。

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