CN117028265A - 一种用于平衡轴向力的泵推力装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及立式多级离心泵技术领域，特别是涉及一种用于平衡轴向力的泵推力装置，包括动环组件和设于动环组件下方的静环组件，动环组件和静环组件之间还设有高压密封结构，高压密封结构包括浮力调控单元，浮力调控单元设置在静环组件的内腔中，浮力调控单元包括与高压进水腔连通的高压水通道；密封单元，密封单元包括一高压腔，高压腔底部与浮力调控单元连接，高压腔顶部设有与动环组件连接的水膜隔离部。本发明在优化动环组件和静环组件的具体结构以及之间的配合关系，解决由于长期动环组件和静环组件之间的摩擦副而导致动环组件和静环组件之间密封性减弱问题，保护立式多级离心泵在泵推力装置的辅助下，平衡轴向力，并且具有较长的使用寿命。

Description

一种用于平衡轴向力的泵推力装置

技术领域

本发明涉及立式多级离心泵技术领域，特别是涉及一种用于平衡轴向力的泵推力装置。

背景技术

轻型立式多级离心泵是主要应用于高层增压供、工业清洗***、冷却***等领域的工业用泵。现有立式多级离心泵的结构中，轴向力指向叶轮出口，低级数轴向力小，作用在电机轴承上，靠轴承平衡部分轴向力，高级数轴向力大，如果靠轴承承载肯定会对轴承使用寿命造成严重的影响，进而使整泵损坏，降低客户满意度，对公司品质和信誉造成损害。针对该种情况，通常会在轻型立式多级离心泵的进出水段内设置轴向力平衡装置以此来解决依靠电机轴承平衡部分轴向力而造成的整泵损坏情况。

如申请号为CN202110175033.X的国内发明专利公开了一种多级泵新型轴向力平衡装置，涉及立式多级离心泵领域，包括动环组件和静环组件，动环组件下部开有空腔置入动环；传动座顶部开有与空腔贯通的泵轴孔，泵轴***泵轴孔内并与传动座内壁连接固定带动动环组件；静环组件的密封座上部卡槽式嵌入安装有静环，防转销一端***安装在密封座上，防转销另一端***静环内，使静环与密封座之间不发生相对转动；在密封座内开设有液体高压腔，密封座外壁上沿径向开设若干连接孔，连接孔一端与液体高压腔连通，另一端与出水口连通。虽然通过固定的静环和动环之间产生摩擦副，密封进水口低压液体和出水口高压液体；动环组件随泵轴一起旋转，同时静环组件与进出水段连接形成底部密封，出水口高压液体经过耐压筒回到进出水段出水口，再通过密封座上的连接孔到达液体高压腔与进水口处的低压液体形成压差，压力的方向与轴向力的方向相反，从而达到平衡部分轴向力的作用。但是由于动环组件和静环组件之间的磨损，在长期使用中，减弱动环组件和静环组件之间的密封性下降，则会导致轴向力平衡装置无法继续正常完成工作。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种用于平衡轴向力的泵推力装置及立式多级离心泵，在优化动环组件和静环组件的具体结构以及之间的配合关系，解决由于长期动环组件和静环组件之间的摩擦副而导致动环组件和静环组件之间密封性减弱问题，保护立式多级离心泵在泵推力装置的辅助下，平衡轴向力，并且具有较长的使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供的一种用于平衡轴向力的泵推力装置，动环组件和设于所述动环组件下方的静环组件，所述动环组件包括推力盘、动环橡胶圈、动密封环、固定套，所述动环组件和所述静环组件之间还设有高压密封结构，所述高压密封结构包括：

浮力调控单元，所述浮力调控单元设置在所述静环组件的内腔中，所述浮力调控单元包括与所述高压进水腔连通的高压水通道；

密封单元，所述密封单元包括一高压腔，所述高压腔底部与所述浮力调控单元连接，所述高压腔顶部设有与所述动环组件连接的水膜隔离部。

进一步的，所述浮力调控单元为带有所述高压水口的浮力底板，所述浮力调控单元靠近外周设有向上凸出的连接插环，所述浮力调控单元受高压进水的高压推力向上浮动后与插槽配合连接。

进一步的，所述静环组件包括上密封部和下密封底座，所述上密封部和所述下密封底座装配形成多条高压进水通道和所述高压进水腔，多个所述高压进水通道与所述高压进水腔连接，所述高压密封结构连接在所述上密封部内腔中，且所述高压密封结构能够相对所述上密封部内腔做上下运动。

进一步的，所述上密封部内腔上端设有向下凹进的支撑槽，所述支撑槽上设有中部止旋销，所述密封单元上向外凸出设有与所述支撑槽配合连接的静密封环，所述静密封环上向内凹进设有与所述中部止旋销配合止位的止位凹进。

进一步的，所述密封单元与所述动环组件连接处设有多级调压部，所述多级调压部包括从下至上相互连接的初级降压槽和终极降压槽，所述初级降压槽形成初级降压通道，所述终极降压槽形成终极降压通道。

进一步的，所述初级降压通道的内径小于所述终极降压通道的内径。

进一步的，所述终极降压通道的内径大于所述动密封环与所述多级调压部连接处的内径。

进一步的，所述动密封环与所述多级调压部连接处伸出所述多级调压部顶部的部分朝向所述多级调压部设有凸出或凹进的导叶。

进一步的，所述导叶为朝向所述密封单元中轴旋转收拢。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过在优化动环组件和静环组件的具体结构以及之间的配合关系，解决由于长期动环组件和静环组件之间的摩擦副而导致动环组件和静环组件之间密封性减弱问题，保护立式多级离心泵在泵推力装置的辅助下，平衡轴向力，并且具有较长的使用寿命。

2、本发明通过在优化设计新增高压密封结构，通过浮力调控单元配合静环组件，通过静环组件中的高压水区给到浮力调控单元向上的推力，使得高压密封结构与动环组件稳定连接，避免由于动环组件和静环组件之间的磨损，在长期使用中，减弱动环组件和静环组件之间的密封性下降，导致轴向力平衡装置无法继续正常完成工作的问题。

3、动密封环与多级调压部连接处伸出多级调压部顶部的部分朝向多级调压部设有凸出或凹进的导叶，当两个不同压强的水域相接触时，通过导叶结构引导液体流动并形成稳定水膜。

为了更好的理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明一种用于平衡轴向力的泵推力装置的截面图；

图2是本发明一种用于平衡轴向力的泵推力装置中动环组件的截面图；

图3是本发明一种用于平衡轴向力的泵推力装置中高压密封结构的截面图；

图4是本发明一种用于平衡轴向力的泵推力装置中静环组件的截面图；

图5是本发明一种用于平衡轴向力的泵推力装置中动密封环的仰视图。

图中：1、动环组件；101、推力盘；102、动环橡胶圈；103、动密封环；1031、导叶；104、固定套；2、高压密封结构；201、浮力调控单元；2011、高压水口；2012、连接插环；202、密封单元；2021、高压腔；2022、插槽；2023、静密封环；2024、止位凹进；2025、多级调压部；2025a、初级降压槽；2025b、终极降压槽；203、水膜隔离部；3、静环组件；3a、上密封部；3a1、支撑槽；3a2、中部止旋销；3b、下密封底座；3D、高压进水通道；3Q、高压进水腔。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于以下叙述范围。

立式多级离心泵中的推力结构起到以下作用：

受轴向力：离心泵在工作时会产生轴向力，即液体流动所带来的推力。推力结构能够承受这些轴向力，防止其对泵的稳定性和寿命产生不利影响；平衡推力：立式多级离心泵中，由于多级叶轮的作用，泵内产生的推力往往是不平衡的。推力结构能够通过设计合理的布置，使得泵的正推力和反推力得到平衡，从而避免泵内部的不稳定和振动。

参照图1-5所示的一种用于平衡轴向力的泵推力装置。

一种用于平衡轴向力的泵推力装置，包括动环组件1和设于动环组件1下方的静环组件3，动环组件1包括推力盘101、动环橡胶圈102、动密封环103、固定套104，动环组件1和静环组件3之间还设有高压密封结构2，高压密封结构2包括：

浮力调控单元201，浮力调控单元201设置在静环组件2的内腔中，浮力调控单元201包括与高压进水腔3Q连通的高压水通道；浮力调控单元201为带有高压水口2011的浮力底板，浮力调控单元201靠近外周设有向上凸出的连接插环2012，浮力调控单元201受高压进水的高压推力向上浮动后与插槽2022配合连接。

参考图1所示，图中箭头直线方向为水流动方向，水从多条高压进水通道3D中进入，通过高压进水腔3Q，施加给浮力调控单元201向上的推力，同时通过高压水口2011，高压水注入密封单元202内腔，在密封单元202内腔中形成高压水区，动环组件1内腔为低压区，动环组件1与密封单元202连接处形成水膜隔离部203，水膜隔离部203一方面进行高压水域隔离防止密封单元202内腔高压水区中的水流向动环组件1内腔的低压区。同时通过水膜在立式多级离心泵中起到了保护轴承、减少泄漏和调节轴向力的作用。

本发明通过在优化设计新增高压密封结构2，通过浮力调控单元201配合静环组件3，通过静环组件3中的高压水区给到浮力调控单元201向上的推力，使得高压密封结构2与动环组件1稳定连接，避免由于动环组件1和静环组件3之间的磨损，在长期使用中，减弱动环组件和静环组件之间的密封性下降，导致轴向力平衡装置无法继续正常完成工作的问题。

静环组件3包括上密封部3a和下密封底座3b，上密封部3a和下密封底座3b装配形成多条高压进水通道3D和高压进水腔3Q，多个高压进水通道3D与高压进水腔3Q连接，高压密封结构2连接在上密封部3a内腔中，且高压密封结构2能够相对上密封部3a内腔做上下运动。

密封单元202，密封单元202包括一高压腔2021，高压腔2021底部与浮力调控单元201连接，高压腔2021顶部设有与动环组件1连接的水膜隔离部203。

本申请在优化动环组件1和静环组件3的具体结构以及之间的配合关系，解决由于长期动环组件1和静环组件3之间的摩擦副而导致动环组件1和静环组件3之间密封性减弱问题，保护立式多级离心泵在泵推力装置的辅助下，平衡轴向力，并且具有较长的使用寿命。

上密封部3a内腔上端设有向下凹进的支撑槽3a1，支撑槽3a1上设有中部止旋销3a2，密封单元202上向外凸出设有与支撑槽3a1配合连接的静密封环2023，静密封环2023上向内凹进设有与中部止旋销3a2配合止位的止位凹进2024。通过中部止旋销3a2和止位凹进2024相互配合连接，对密封单元202进行限位，防止立式多级离心泵在工作时，与电机轴连接的动环组件1跟随转动，带动与动环组件1连接的高压密封结构2跟随转动，保持高压密封结构2与静环组件3之间相对静止。

密封单元202与动环组件1连接处设有多级调压部2025，多级调压部2025包括从下至上相互连接的初级降压槽2025a和终极降压槽2025b，初级降压槽2025a形成初级降压通道，终极降压槽2025b形成终极降压通道。

多级调压部2025和动密封环103之间由于多级调压部2025的水域为高压区，动密封环103的区域为低压区，多级调压部2025和动密封环103之间能够形成水膜，在本申请技术方案中的水膜通过以下方式实现对轴承的保护、泄漏的减少以及轴向力的调节：

保护轴承：推力结构中的水膜形成了一个保护层，位于轴承前方，阻挡高压区的液体进入轴承区域。这样可以防止液体对轴承的直接冲击和浸润，减少轴承的磨损和损坏。水膜的存在还能起到一定的冷却作用，降低轴承的温度，提高其工作寿命。

减少泄漏：推力结构中的水膜形成了一个密封层，可以有效减少液体从高压区向低压区的泄漏。水膜形成了一个阻挡高压液体泄漏的屏障，避免了能量的浪费和环境污染。同时，通过控制水膜的厚度和压力，可以进一步减少泄漏，提高泵的效率和性能。

调节轴向力：推力结构中的水膜可以通过调整水膜的厚度和压力来调节轴向力的大小。通过增加或减小水膜的厚度和压力，可以改变液体对推力结构的作用力，从而调节泵的轴向力。这样可以使泵在不同工况下保持稳定的轴向力，避免过大或过小的轴向力对泵的性能和寿命产生不利影响。

综上所述，结构中的水膜在立式多级离心泵中起到了保护轴承、减少泄漏和调节轴向力的作用。阻止高压区液体流向低压区，还能够保护轴承、减少泄漏和调节轴向力，为离心泵的正常运行和性能提供了额外的特殊保护和调节作用；通过水膜形成保护层和密封层，有效阻挡液体对轴承的冲击和泄漏，同时通过调节水膜的厚度和压力，实现对轴向力的合理调节。这些措施都有助于提高泵的性能、稳定性和寿命。

初级降压通道的内径小于终极降压通道的内径。

终极降压通道的内径大于动密封环103与多级调压部2025连接处的内径。

通过设计初级降压通道、终极降压通道具有不通的内径，当

参考图5所示，动密封环103与多级调压部2025连接处伸出多级调压部2025顶部的部分朝向多级调压部2025设有凸出或凹进的导叶1031。

导叶1031为朝向密封单元202中轴旋转收拢。

动密封环103与多级调压部2025连接处伸出多级调压部2025顶部的部分朝向多级调压部2025设有凸出或凹进的导叶1031，当两个不同压强的水域相接触时，通过导叶1031结构引导液体流动并形成稳定水膜。并根据具体的生产情况设计具体导叶的倾斜度，以适用不同的生产要求，产生不同厚度的水膜。

以上揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种用于平衡轴向力的泵推力装置，包括动环组件(1)和设于所述动环组件(1)下方的静环组件(3)，所述动环组件(1)包括推力盘(101)、动环橡胶圈(102)、动密封环(103)、固定套(104)，其特征在于，所述动环组件(1)和所述静环组件(3)之间还设有高压密封结构(2)，所述高压密封结构(2)包括：

浮力调控单元(201)，所述浮力调控单元(201)设置在所述静环组件(2)的内腔中，所述浮力调控单元(201)包括与所述高压进水腔(3Q)连通的高压水通道；

密封单元(202)，所述密封单元(202)包括一高压腔(2021)，所述高压腔(2021)底部与所述浮力调控单元(201)连接，所述高压腔(2021)顶部设有与所述动环组件(1)连接的水膜隔离部(203)。

2.根据权利要求1所述的一种用于平衡轴向力的泵推力装置，其特征在于，所述浮力调控单元(201)为带有所述高压水口(2011)的浮力底板，所述浮力调控单元(201)靠近外周设有向上凸出的连接插环(2012)，所述浮力调控单元(201)受高压进水的高压推力向上浮动后与插槽(2022)配合连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于平衡轴向力的泵推力装置，其特征在于，所述静环组件(3)包括上密封部(3a)和下密封底座(3b)，所述上密封部(3a)和所述下密封底座(3b)装配形成多条高压进水通道(3D)和所述高压进水腔(3Q)，多个所述高压进水通道(3D)与所述高压进水腔(3Q)连接，所述高压密封结构(2)连接在所述上密封部(3a)内腔中，且所述高压密封结构(2)能够相对所述上密封部(3a)内腔做上下运动。

4.根据权利要求3所述的一种用于平衡轴向力的泵推力装置，其特征在于，所述上密封部(3a)内腔上端设有向下凹进的支撑槽(3a1)，所述支撑槽(3a1)上设有中部止旋销(3a2)，所述密封单元(202)上向外凸出设有与所述支撑槽(3a1)配合连接的静密封环(2023)，所述静密封环(2023)上向内凹进设有与所述中部止旋销(3a2)配合止位的止位凹进(2024)。

5.根据权利要求1或4所述的一种用于平衡轴向力的泵推力装置，其特征在于，所述密封单元(202)与所述动环组件(1)连接处设有多级调压部(2025)，所述多级调压部(2025)包括从下至上相互连接的初级降压槽(2025a)和终极降压槽(2025b)，所述初级降压槽(2025a)形成初级降压通道，所述终极降压槽(2025b)形成终极降压通道。

6.根据权利要求5所述的一种用于平衡轴向力的泵推力装置，其特征在于，所述初级降压通道的内径小于所述终极降压通道的内径。

7.根据权利要求6所述的一种用于平衡轴向力的泵推力装置，其特征在于，所述终极降压通道的内径大于所述动密封环(103)与所述多级调压部(2025)连接处的内径。

8.根据权利要求7所述的一种用于平衡轴向力的泵推力装置，其特征在于，所述动密封环(103)与所述多级调压部(2025)连接处伸出所述多级调压部(2025)顶部的部分朝向所述多级调压部(2025)设有凸出或凹进的导叶(1031)。

9.根据权利要求8所述的一种用于平衡轴向力的泵推力装置，其特征在于，所述导叶(1031)为朝向所述密封单元(202)中轴旋转收拢。