專利名稱：屏蔽泵軸向力平衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及屏蔽泵軸向力平衡裝置，屬于流體機(jī)械領(lǐng)域中的泵裝置。
背景技術(shù)：
屏蔽泵作為一種無軸封、絕對(duì)無泄漏，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，無冷卻風(fēng)扇、噪聲較低的離心泵，廣泛應(yīng)用于石油化工、航空航天、國(guó)防軍工、環(huán)保等重要領(lǐng)域，用來輸送易燃、易爆、易揮發(fā)、腐蝕性、劇毒、貴重等介質(zhì)。但由于其自身的特點(diǎn)，屏蔽泵的軸向力平衡成為影響屏蔽泵使用壽命和效率的關(guān)鍵因素。實(shí)踐表明，屏蔽泵的失效很多是由于軸向力太大、未能很好平衡造成了石墨軸承損壞。因此，進(jìn)行屏蔽泵軸向力平衡新方法的研究，盡可 能減少或者消除軸向力的破壞顯得尤為重要。(I)屏蔽泵工作原理屏蔽泵由屏蔽電動(dòng)機(jī)和泵組成為一體，被封閉在一個(gè)充滿輸送介質(zhì)的壓力容器內(nèi)，其只有靜密封，無旋轉(zhuǎn)軸封。屏蔽泵的葉輪和電機(jī)轉(zhuǎn)子固定在同一軸上，屏蔽套將電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子隔開，轉(zhuǎn)子通過定子磁場(chǎng)傳遞的動(dòng)力在輸送介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)葉輪工作。電機(jī)定子及液力滑動(dòng)軸承由被輸送介質(zhì)冷卻和潤(rùn)滑。通常屏蔽泵軸向力通過液壓均衡方式自動(dòng)平衡，滑動(dòng)軸承推力盤只是在起動(dòng)和停止瞬間承受軸向力。(2)屏蔽泵軸向力平衡分析對(duì)于屏蔽泵而言，軸向力的形成是由液體作用在葉輪前后蓋板壓力差而產(chǎn)生的指向葉輪吸入口的軸向力F1,液體流經(jīng)葉輪進(jìn)口與出口方向發(fā)生變化弓I起的作用在葉
輪上的動(dòng)反力巧，軸頭等的水壓力27及立式泵中轉(zhuǎn)子的重力一的合力。假定軸向力指向葉輪吸入口方向?yàn)檎?，則屏蔽泵軸向力表達(dá)式為F= F1 -F2+F1+G(I)其中P1的大小取決于前后蓋板上的壓力分布和液體通過葉輪與泵殼之間的泄漏
量及其方向。從軸向力的計(jì)算公式可以看出，軸向力的大小與泵送介質(zhì)的特性有一定關(guān)系，單純用同一種型號(hào)的軸承平衡不同介質(zhì)產(chǎn)生的軸向力是不可行的。由于造成軸向力的主要部件是葉輪，所以通常采用在葉輪后蓋板上設(shè)置密封環(huán)，同時(shí)在葉輪輪轂處開平衡孔或在蓋板上增加背葉片來平衡屏蔽泵軸向力。但這些傳統(tǒng)的方法不能完全平衡軸向力，只能對(duì)一般有滾動(dòng)軸承的離心泵起到良好作用，因?yàn)闈L動(dòng)軸承可以承擔(dān)殘余軸向力。而對(duì)于屏蔽泵除了一些低比轉(zhuǎn)速泵可以用這種方式平衡軸向力外，大多數(shù)泵用這種方式消除軸向力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，常常會(huì)造成石墨軸承的異常磨損。因此，一般平衡方法難以解決屏蔽泵軸向力的平衡問題。采用新的軸向力平衡結(jié)構(gòu)及方法顯得十分必要。
發(fā)明內(nèi)容[0011]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供屏蔽泵軸向力平衡裝置。屏蔽泵軸向力平衡裝置，包括泵體、主葉輪、副葉輪、泵軸、推力軸承、前徑向軸承、后徑向軸承，其中所述泵體為豎直方向圓筒狀，所述泵軸為自下而上的階梯軸，泵軸下端設(shè)有主葉輪、上端設(shè)有副葉輪，主葉輪和副葉輪均通過平鍵與泵軸相聯(lián)，在副葉輪下部設(shè)有推力軸承，泵軸中部還固定設(shè)有內(nèi)磁轉(zhuǎn)子 ，其上下部分別設(shè)有固定在泵軸上的后徑向軸承、前徑向軸承，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子外部設(shè)有屏蔽套間隙；上述裝置中的推力軸承開有徑向溝槽，后徑向軸承與泵軸之間形成后徑向軸承環(huán)形間隙，前徑向軸承與泵軸之間形成前徑向軸承環(huán)形間隙，泵體外部還安裝有外循環(huán)管；上述推力軸承的徑向溝槽、后徑向軸承環(huán)形間隙、屏蔽套間隙、前徑向軸承環(huán)形間隙與外循環(huán)管構(gòu)成一個(gè)完整的冷卻循環(huán)回路，冷卻循環(huán)回路與副葉輪組成平衡主葉輪產(chǎn)生的軸向力的平衡系統(tǒng)，冷卻循環(huán)回路內(nèi)部裝有冷卻液，其在副葉輪帶動(dòng)下循環(huán)流動(dòng)，平衡軸向力。上述裝置中的副葉輪隨同主葉輪同步工作。上述裝置中的泵體上部還設(shè)有使泵體內(nèi)外相通的注水口。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型通過增加一個(gè)副葉輪帶動(dòng)冷卻循環(huán)液體工作，在不需外加動(dòng)力情況下達(dá)到了很好冷卻效果，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。同時(shí)，副葉輪產(chǎn)生的軸向力平衡了主葉輪產(chǎn)生的軸向力，由于副葉輪與主葉輪同軸，基本消除了其他屏蔽泵軸向力平衡方法中隨著工況變化殘余較大軸向力的缺陷，使軸承的負(fù)荷減小，延長(zhǎng)軸承使用壽命，實(shí)現(xiàn)了屏蔽泵的安全可靠運(yùn)行。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理。適用于臥式或立式等結(jié)構(gòu)形式的離心泵。

圖I是屏蔽泵結(jié)構(gòu)示意圖；圖中I泵體，2主葉輪，3前徑向軸承，4屏蔽套間隙，5內(nèi)磁轉(zhuǎn)子，6泵軸，7外循環(huán)管，8后徑向軸承，9推力軸承，10副葉輪。圖2是冷卻循環(huán)回路示意圖；圖中3前徑向軸承，4屏蔽套間隙，7外循環(huán)管，8后徑向軸承，9推力軸承，10副葉輪，^為冷卻循環(huán)流量。圖3是副葉輪結(jié)構(gòu)示意圖；圖中6泵軸，9推力軸承，10副葉輪。為副葉輪進(jìn)口壓力，Pi為副葉輪出口壓力，為液體流經(jīng)推力軸承后壓力；
A為葉輪輪轂半徑，R2為副葉輪半徑，^為副葉輪口環(huán)半徑，為推力軸承處軸的半徑，A為推力軸承內(nèi)半徑，h為推力軸承外半徑。
具體實(shí)施方式
如圖I和圖2所示，屏蔽泵軸向力平衡裝置，包括泵體I、主葉輪2、副葉輪10、泵軸6、推力軸承9、前徑向軸承3、后徑向軸承8,其中所述泵體I為豎直方向圓筒狀,所述泵軸6為自下而上的階梯軸，泵軸6下端設(shè)有主葉輪2、上端設(shè)有副葉輪10，主葉輪2和副葉輪10均通過平鍵與泵軸6相聯(lián)，在副葉輪10下部設(shè)有推力軸承9，泵軸6中部還固定設(shè)有內(nèi)磁轉(zhuǎn)子5，其上下部分別設(shè)有固定在泵軸6上的后徑向軸承8、前徑向軸承3，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子5外部設(shè)有屏蔽套間隙4 ;上述裝置中的推力軸承9開有徑向溝槽，后徑向軸承8與泵軸6之間形成后徑向軸承環(huán)形間隙，前徑向軸承3與泵軸6之間形成前徑向軸承環(huán)形間隙，泵體I外部還安裝有外循環(huán)管7 ;上述推力軸承9的徑向溝槽、后徑向軸承環(huán)形間隙、屏蔽套間隙、前徑向軸承環(huán)形間隙與外循環(huán)管7構(gòu)成一個(gè)完整的冷卻循環(huán)回路，冷卻循環(huán)回路與副葉輪10組成平衡主葉輪2產(chǎn)生的軸向力的平衡系統(tǒng)，冷卻循環(huán)回路內(nèi)部裝有冷卻液，其在副葉輪10帶動(dòng)下循環(huán)流動(dòng)，平衡軸向力。上述裝置中的副葉輪10隨同主葉輪2同步工作。上述裝 置中的泵體上部還設(shè)有使泵體內(nèi)外相通的注水口。I.思路及原理這種方法的原理就是設(shè)計(jì)一個(gè)副葉輪，通過副葉輪產(chǎn)生的軸向力與主葉輪產(chǎn)生的軸向力相互平衡，從而消除軸向力。當(dāng)屏蔽泵主葉輪開始工作時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)較大的軸向力；與此同時(shí)，副葉輪開始工作，帶動(dòng)冷卻液在冷卻回路中循環(huán)流動(dòng)，副葉輪也將產(chǎn)生一個(gè)軸向力，此軸向力與主葉輪產(chǎn)生的軸向力及轉(zhuǎn)子重力等合力大小相等，方向相反。2.計(jì)算方法設(shè)計(jì)時(shí)通常采用校核計(jì)算的方法，先由泵的總體結(jié)構(gòu)要求初步確定主葉輪產(chǎn)生的軸向力大小及冷卻循環(huán)流量，計(jì)算冷卻液經(jīng)過冷卻循環(huán)回路后產(chǎn)生的壓頭損失，從而得出決定副葉輪的性能參數(shù)(流量和揚(yáng)程)。初步設(shè)計(jì)副葉輪，確定主要的參數(shù)，然后根據(jù)兩葉輪產(chǎn)生的軸向力平衡，反算出副葉輪口環(huán)直徑，如果平衡后殘余軸向力小于規(guī)定值，說明設(shè)計(jì)合理。下面結(jié)合工程實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。2. I磁力泵平衡前軸向力通過試驗(yàn)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速n=2950r/min時(shí)，主葉輪產(chǎn)生的軸向力為7000N，轉(zhuǎn)動(dòng)部件自重320kg，則總軸向力為F = 10136 N。2.2計(jì)算各管路壓力降已知冷卻循環(huán)流量。( I)推力軸承徑向溝槽壓力降, S1 = 8.25 xlO_6 m2 ;則 A1 = 1.01m。(2)后徑向軸承處壓力降S2 = 4.SSxlO^m2 JJA1 = 2.95m。(3)屏蔽套間隙壓力降A(chǔ)3進(jìn)口阻力系數(shù)ζ〗取O. 05，出口阻力系數(shù)取1，當(dāng);i取O. 04時(shí)，G = 6.87 ;則C3 二 7.92，S3 - 1.27 X10-i rn 2 ;則\ = 1.33m。( 4 )前徑向軸承處的壓力降A(chǔ)4C4 = 2.6 , S4 = 5.85xKrs m2, A4 = 3.30 m(5)外循環(huán)管壓力降A(chǔ)4進(jìn)口阻力系數(shù),取O. 05，出口阻力系數(shù)廣取1，沿程阻力系數(shù)< = [0044]確定流動(dòng)類型雷諾數(shù)=12653.4 >4000, V = 5.54 m/s。因 IO5〈及e〈 3xl06,用
尼克拉茲公式 h 110032+IpJ = 0.02676 ’ 則 6 = 33,7 ’ 故七=54.46 m?？倝毫祄2.3設(shè)計(jì)副葉輪確定流量β = 8.4 +g'式中f力泄漏流量，與口環(huán)半徑有關(guān)，這里取O. 6m3/h，故ρ =9m3/h。
,V2確定揚(yáng)程H = Utotai + -— , m。
2g H = 67.5確定主要幾何參數(shù)葉輪直徑= 240 mm葉片寬度b2 = 5mm葉片進(jìn)出口安放角A= 15.6, A = 35葉輪入口直徑Di3 = 95mm葉輪口環(huán)直徑= 260 mm2.4計(jì)算副葉輪產(chǎn)生的軸向力I.副葉輪受力( I)副葉輪前端受力F0 = 0.0487p0(2)動(dòng)反力巧=O.7 N,可忽略不計(jì)。(3)推力軸承處壓力差形成的軸向力F1Fj = 0,0346^,^-156.67 (N)F: = 0.0047/^-48.7 (N)F1"'=0.00785巧(N)F1 = P; + F1" + F1"' = 0.0472^! - 205.4 (N)2.副葉輪形成的軸向力 ^ =巧-F。= 0.0472^-205.4-0.0487P0若P0= 13,5 MPa,則巧=14.13 MPa,則 i ' = 9280 (N)2.5內(nèi)磁轉(zhuǎn)子兩端壓力差形成的軸向力& =/￥Mxs = 262 (N)2.6軸向力平衡由平衡公式Ρ +二 10398-9280 = 1118乏[i ] = 400 N，則不能滿足平衡要求，需加大副葉輪口環(huán)直徑。取葉輪口環(huán)直徑之=262 mm
權(quán)利要求1.屏蔽泵軸向力平衡裝置，其特征在于包括泵體、主葉輪、副葉輪、泵軸、推力軸承、前徑向軸承、后徑向軸承，其中所述泵體為豎直方向圓筒狀，所述泵軸為自下而上的階梯軸，泵軸下端設(shè)有主葉輪、上端設(shè)有副葉輪，主葉輪和副葉輪均通過平鍵與泵軸相聯(lián)，在副葉輪下部設(shè)有推力軸承，泵軸中部還固定設(shè)有內(nèi)磁轉(zhuǎn)子，其上下部分別設(shè)有固定在泵軸上的后徑向軸承、前徑向軸承，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子外部設(shè)有屏蔽套間隙；上述裝置中的推力軸承開有徑向溝槽，后徑向軸承與泵軸之間形成后徑向軸承環(huán)形間隙，前徑向軸承與泵軸之間形成前徑向軸承環(huán)形間隙，泵體外部還安裝有外循環(huán)管；上述推力軸承的徑向溝槽、后徑向軸承環(huán)形間隙、屏蔽套間隙、前徑向軸承環(huán)形間隙與外循環(huán)管構(gòu)成一個(gè)完整的冷卻循環(huán)回路，冷卻循環(huán)回路與副葉輪組成平衡主葉輪產(chǎn)生的軸向力的平衡系統(tǒng)，冷卻循環(huán)回路內(nèi)部裝有冷卻液，其在副葉輪帶動(dòng)下循環(huán)流動(dòng)，平衡軸向力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的屏蔽泵軸向力平衡裝置，其特征在于上述裝置中的副葉輪隨同主葉輪同步工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的屏蔽泵軸向力平衡裝置，其特征在于上述裝置中的泵體上部還設(shè)有使泵體內(nèi)外相通的注水口。
專利摘要本實(shí)用新型涉及屏蔽泵軸向力平衡裝置，屬于流體機(jī)械領(lǐng)域中的泵裝置。該裝置包括泵體、主葉輪、副葉輪、泵軸、推力軸承、前徑向軸承、后徑向軸承，通過副葉輪帶動(dòng)冷卻循環(huán)液體工作，在不需外加動(dòng)力情況下達(dá)到了很好冷卻效果，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。同時(shí)，副葉輪產(chǎn)生的軸向力平衡了主葉輪產(chǎn)生的軸向力，由于副葉輪與主葉輪同軸，基本消除了其他屏蔽泵軸向力平衡方法中隨著工況變化殘余較大軸向力的缺陷，使軸承的負(fù)荷減小，延長(zhǎng)軸承使用壽命，實(shí)現(xiàn)了屏蔽泵的安全可靠運(yùn)行。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理。適用于臥式或立式等結(jié)構(gòu)形式的離心泵。
文檔編號(hào)F04D29/66GK202381406SQ20112030182
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者任曉鋒, 吳燕蘭, 施衛(wèi)東, 李偉, 王準(zhǔn), 蔣小平, 陸偉剛 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)