CN111828370B - 一种离心泵的径向密封口环 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种离心泵的径向密封口环，所述离心泵包括泵体、叶轮和密封环组件，所述密封环位于所述蜗壳与叶轮之间；所述密封环组件包括上口环和下口环，所述上口环安装在泵体上，所述下口环安装在叶轮的前盖板上；至少所述上口环的两个垂直平面包裹所述下口环，且所述下口环与包裹的平面设有间隙；在朝向叶轮的所述下口环端面上沿圆周方向交替布置凹槽和导流面。本发明可以阻止流体从蜗壳与叶轮间隙处流出，降低容积损失，提高离心泵的容积效率。

Description

一种离心泵的径向密封口环
技术领域
本发明涉及流体机械领域或者离心泵领域，特别涉及一种离心泵的径向密封口环。
背景技术
流体机械领域中，离心泵是一种典型的叶片式流体机械，其工作原理是原动机通过驱动叶轮旋转从而对流体做功，将机械能转化为流体的动能和压能，即将流体提升在一定高度从而实现流体的输送。离心泵叶轮做功过程中伴随着能量损失不可避免的，其能量损失主要有三种类型：流动损失、容积损失和圆盘摩擦损失。其中，容积损失是指流体因叶轮进口与出口压差作用下通过叶轮转动与壳体之间间隙的泄露引起的流量损失，其泄漏量与作用在间隙两端的压力差和有关，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设置一个较小范围的泄露间隙；二是通过设置复杂的密封结构即采用迷宫密封。但是当设置很小的间隙时，会引起严重磨损，稳定性就会变差，同时过于复杂的迷宫密封结构也不利于加工和装配。
目前，为了解决在减小间隙引起的磨损严重，复杂结构带来的加工困难等一系列问题，提出了可以在较大间隙下保证良好密封性能的密封结构。例如在叶轮两侧增加环状叶轮密封环及在泵体内置的与叶轮密封环相配合的耐磨环内表面加工螺纹，以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不但会增加加工难度外，还会影响叶轮的水力性能；同时螺纹密封在使用过程中会产生较严重的磨损，磨损过度就需要更换整个叶轮，这会增大维护的成本。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种离心泵的径向密封口环，该密封结构采用上口环与下口环相配合，并在下口环一侧设置导流凹槽和导流斜面来诱导流体做轴向流动和圆周流动，诱导后的流体紧贴凹槽上下表面流动，流动方向与上口环和下口环之间的径向间隙成90°夹角，因此，在径向间隙进口方向上形成低压，阻止流体进入上口环与下口环间隙造成泄露，从而来阻止流体从蜗壳与叶轮间隙处流出，降低容积损失，提高离心泵的容积效率。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种离心泵的径向密封口环，所述离心泵包括泵体、叶轮和密封环组件，所述密封环位于所述蜗壳与叶轮之间；所述密封环组件包括上口环和下口环，所述上口环安装在泵体上，所述下口环安装在叶轮的前盖板上；至少所述上口环的两个垂直平面包裹所述下口环，且所述下口环与包裹的平面设有间隙；在朝向叶轮的所述下口环端面上沿圆周方向交替布置凹槽和导流面。
进一步，所述凹槽的下表面与叶轮的前盖板外表面相切。
进一步，所述上口环的横截面呈L型，包裹所述下口环的所述上口环的两个平面为L型内表面，所述L型内表面为圆柱面和底面，所述圆柱面与下口环外圆的径向间隙Δ2＝0.1～0.15mm，所述底面与下口环端面的轴向间隙Δ1＝0.06～0.1mm。
进一步，L型所述上口环的厚度h＝0.05R1，其中R1为所述圆柱面的半径。
进一步，所述凹槽的横截面呈U型，U型横截面的底部半圆的半径r1等于1/3的下口环径向厚度，U型横截面的凹槽的深度L2＝(1.5～2)r1。
进一步，所述导流面的横截面呈弧形凹槽，所述弧形凹槽横截面的面积沿所述叶轮旋转方向渐缩。
进一步，所述导流面的一端与所述凹槽相切，所述导流面的另一端延伸至所述下口环的端面。
进一步，所述导流面和凹槽的个数为3～6；所述弧形凹槽半径为r2＝(2.5～3)r1，所述导流面沿圆周方向的坡角为α＝8°～12°。
本发明的有益效果在于：
本发明所述的离心泵的径向密封口环，采用上口环与下口环相配合，并在下口环一侧设置导流凹槽和导流斜面来诱导流体做轴向流动和圆周流动，诱导后的流体紧贴凹槽上下表面流动，流动方向与上口环和下口环之间的径向间隙成90°夹角，因此，在径向间隙进口方向上形成低压，阻止流体进入上口环与下口环间隙造成泄露，从而来阻止流体从蜗壳与叶轮间隙处流出，降低容积损失，提高离心泵的容积效率。
附图说明
图1为本发明所述的离心泵的径向密封口环安装示意图。
图2为图1中局部A的放大图。
图3为密封环组件的***图。
图4为本发明所述的上口环主视图。
图5为本发明所述的上口环的剖面图。
图6为本发明所述的下口环主视图。
图7为本发明所述的下口环各个截面图。
图8为本发明所述的下口环沿着圆周方向的展开图。
图中：
1-上口环；2-下口环；3-凹槽；4-导流面；5-泵体；6-叶轮；7-下口环上缘；8-下口环下缘。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和图2所示，本发明所述的离心泵的径向密封口环，所述离心泵包括泵体5、叶轮6和密封环组件，所述密封环1位于所述蜗壳3与叶轮4之间；所述密封环组件包括上口环1和下口环2，所述上口环1安装在泵体5上，所述下口环2安装在叶轮6的前盖板上；至少所述上口环1的两个垂直平面包裹所述下口环2，且所述下口环2与包裹的平面设有间隙；在朝向叶轮的所述下口环2端面上沿圆周方向交替布置凹槽3和导流面4。
如图2、图3、图4和图5所示，上口环1轴向截面的外形轮廓是L型，上口环1的L型尾部朝向叶轮6的一个端面记为前端面，另外的一个端面称为后端面。上口环1通过过盈配合连接在泵体5上；下口环与叶轮前盖板形成过盈配合套在叶轮6进口处，导流凹槽3开口朝向叶轮且凹槽3下表面与叶轮的前盖板外表面相切，包裹所述下口环2的所述上口环1的两个平面为L型内表面，所述L型内表面为圆柱面和底面，所述圆柱面与下口环2外圆的径向间隙Δ2＝0.1～0.15mm，所述底面与下口环2端面的轴向间隙Δ1＝0.06～0.1mm。径向间隙Δ2与轴向间隙Δ1夹角呈90°。L型所述上口环1的厚度h＝0.05R1，其中R1为所述圆柱面的半径。
如图6、图7和图8所示，所述凹槽3的横截面呈U型，U型横截面的底部半圆的半径r1等于1/3的下口环2径向厚度，U型横截面的凹槽3的深度L2＝(1.5～2)r1。下口环上缘7径向厚度t1，下口环下缘8径向厚度为t1，U型横截面的底部半圆的半径r1＝t1。下口环沿轴方向的厚度为L3，其满足L3+Δ2＝<L1。所述导流面4的横截面呈弧形凹槽，所述弧形凹槽横截面的面积沿所述叶轮6旋转方向渐缩。所述导流面4的一端与所述凹槽3相切，所述导流面4的另一端延伸至所述下口环2的端面。所述导流面4和凹槽3的个数为3～6；所述弧形凹槽半径为r2＝2.5～3r1，所述导流面4沿圆周方向的坡角为α＝8°～12°。
离心泵运行过程中，泵腔内的液体在泵运行过程中流向口环密封结构凹槽3，凹槽3降低来流时的动能并在凹槽3底部的诱导下形成贴凹槽3上下表面的沿着轴线方向的流动和圆周方向的流动；然后沿圆周流动的流体在导流斜面4的诱导下形成与叶轮旋转方向相反的流动排出凹槽3。经诱导后的流体流动方向与凹槽上缘7和上口环1之间间隙形成90°角从而降低了流体在间隙处的径向的泄露压力，阻止流体通过上口环1与下口环2之间的间隙造成流量泄露。并且本发明在下口环下缘面8与叶轮前盖板间加入密封圈，用螺钉固定，同样有良好的密封性能，同时也简化了加工工艺。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种离心泵的径向密封口环，所述离心泵包括泵体（5）和叶轮（6），其特征在于，还包括密封环组件，所述密封环组件位于蜗壳（3）与叶轮（4）之间；所述密封环组件包括上口环（1）和下口环（2），所述上口环（1）安装在泵体（5）上，所述下口环（2）安装在叶轮（6）的前盖板上；至少所述上口环（1）的两个垂直平面包裹所述下口环（2），且所述下口环（2）与包裹的平面设有间隙；在朝向叶轮的所述下口环（2）端面上沿圆周方向交替布置凹槽（3）和导流面（4）；所述凹槽（3）的下表面与叶轮的前盖板外表面相切；所述凹槽（3）的横截面呈U型， U型横截面的底部半圆的半径r1等于1/3的下口环（2）径向厚度，U型横截面的凹槽（3）的深度L2=（1.5～2）r1。
2.根据权利要求1所述的离心泵的径向密封口环，其特征在于，所述上口环（1）的横截面呈L型，包裹所述下口环（2）的所述上口环（1）的两个平面为L型内表面，所述L型内表面为圆柱面和底面，所述圆柱面与下口环（2）外圆的径向间隙Δ2=0.1～0.15mm，所述底面与下口环（2）端面的轴向间隙Δ1=0.06～0.1mm。
3.根据权利要求2所述的离心泵的径向密封口环，其特征在于， L型所述上口环（1）的厚度h=0.05 R1，其中R1为所述圆柱面的半径。
4.根据权利要求1所述的离心泵的径向密封口环，其特征在于，所述导流面（4）的横截面呈弧形凹槽，所述弧形凹槽横截面的面积沿所述叶轮（6）旋转方向渐缩。
5.根据权利要求1所述的离心泵的径向密封口环，其特征在于，所述导流面（4）的一端与所述凹槽（3）相切，所述导流面（4）的另一端延伸至所述下口环（2）的端面。
6.根据权利要求4所述的离心泵的径向密封口环，其特征在于，所述导流面（4）和凹槽（3）的个数为3～6；所述弧形凹槽半径为r2=（2.5～3）r1，所述导流面（4）沿圆周方向的坡角为α=8°～12°。
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