專利名稱:自動平衡軸向力的離心泵葉輪的制作方法
本實(shí)用新型涉及離心泵，尤其是多級離心泵的葉輪。
由于井用潛水電泵具有排水量大、效率高、占地面積小、噪音低、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，使用日益廣泛，逐漸取代了長軸深井泵和單級地面離心泵。尤其在井深超過200米的高揚(yáng)程條件下，深井潛水電泵是主要的高效率提水工具。
潛水泵一般為多級離心泵。泵的每一級都是由一個(gè)相同的離心式葉輪和一個(gè)導(dǎo)流殼組成。位于最下部的潛水電動機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動泵軸高速轉(zhuǎn)動，帶動固定于泵軸上的各級葉輪高速旋轉(zhuǎn)，通過葉輪的水流被葉輪高速甩出，從葉輪出口經(jīng)過導(dǎo)流殼進(jìn)入下一級葉輪。每通過一級就被加壓一次，最后從出口排到揚(yáng)水管中涌出井口。
這種多級離心潛水泵的主要結(jié)構(gòu)部分如圖一所示，由葉輪(1)、導(dǎo)流殼(2)、扶正軸瓦(3)、進(jìn)口密封環(huán)(4)、出口密封環(huán)(5)、軸套(6)、泵軸(7)、平鍵(8)等組成。
這種離心式潛水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于水壓力及水沖力的作用，必然要產(chǎn)生向下的軸向水壓力的合力P1、水流反沖力P2和葉輪重量力P3。其中P1是由于作用于葉輪上，下蓋板的水壓力差形成的，而且在泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)力通常比另兩個(gè)作用力要大得多，其方向向下，只有在泵在低揚(yáng)程、大流量運(yùn)行時(shí)這個(gè)力才會小于葉輪的水流向上反沖力P2使葉輪受到一個(gè)合力(合力F＝P1－P2＋P3)。
上述三個(gè)力分別用下述公式計(jì)算。
P1＝KHirπ(rω－rh)P2＝＝Qtgγ(Um－UmCOSλ)P3＝mg其中P1－作用在一個(gè)葉輪上的水壓力合力，方向向下(kgf)P2－水流對葉輪的反沖力，方向同P相反(kgf)P3－葉輪重量(千克力)Hi－單級揚(yáng)程(米)γ－液體密度(千克／米3)γω－葉輪進(jìn)口密封環(huán)半徑(米)γh－葉輪輪殼半徑(米)K－實(shí)驗(yàn)系數(shù)(與比較數(shù)ns有關(guān)，當(dāng)ns＝40～200時(shí)K＝0.6～0.8)Qt－通過葉輪的流量(米3／小時(shí))Um－液體進(jìn)入葉輪葉片前的軸向分速度。
Um－液體流出葉輪后的軸面分速度。
λ2－軸面分速度Um與葉輪軸線方向夾角(對于徑流式葉輪λ2＝90°時(shí)P2＝QtgγUm)m＝葉輪質(zhì)量(千克)g－重力加速度常數(shù)為9.81米／秒目前泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中作用其上的軸向力，一般采用下述兩種方式平衡(一)在電機(jī)下部設(shè)平面止推盤(對于充水濕式潛水電機(jī))或向心滾動軸承(對于充油式潛水電機(jī))，作用在各級葉輪上的軸向力沿軸傳到止推盤或滾動軸承上。這種方法對于揚(yáng)程較低的泵軸向力小于500kg(112″井泵)尚能勉強(qiáng)使用，但這也確實(shí)是泵發(fā)生故障和影響使用壽命的主要原因之一。而當(dāng)揚(yáng)程較高，軸向力大于500kg時(shí)，對于充水式潛水電機(jī)就極難承擔(dān)這個(gè)力了，即使是充油式潛水電機(jī)，其壽命也有所縮短。
(二)是采用如圖一所示的葉輪雙密封環(huán)并開平衡孔的方式。就是在葉輪前、后蓋板上分別各加一個(gè)密封環(huán)(4、5)。而在后蓋板上打若干個(gè)平衡孔(K)，使平衡腔(A)與葉輪進(jìn)口相通。一般進(jìn)出口密封環(huán)制成內(nèi)直徑相等，這樣可使葉輪向下的軸向力降低三分之二。另外三分之一軸向力仍需由電機(jī)止推盤負(fù)擔(dān)。對于高揚(yáng)程泵這個(gè)力仍然會大到難以承受的程度。為此，有人把葉輪出口密封環(huán)內(nèi)直徑加大，使其大于進(jìn)口密封環(huán)內(nèi)直徑一定值，從而可使葉輪在正常工況下處于軸向力完全平衡的狀態(tài)。然而，當(dāng)泵偏離設(shè)計(jì)工況處于大流量運(yùn)行時(shí)會不可避免地產(chǎn)生一個(gè)推動葉輪向上的合力(F)，這個(gè)力使葉輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上竄，導(dǎo)致葉輪上蓋板磨損或電機(jī)上止推盤磨損，使泵運(yùn)轉(zhuǎn)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
本實(shí)用新型旨在改進(jìn)葉輪，以平衡軸向力，使泵無論在任何工況下或者高揚(yáng)程下工作時(shí)，葉輪本身都能平衡其軸向力，并能在較大流量范圍工況下處于上下懸浮狀態(tài)，從根本上消除由于軸向力造成的各種磨損，延長葉輪的壽命，同時(shí)降低機(jī)械磨擦能耗，提高機(jī)組效率。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)上述目的的(參見圖2)(一)把葉輪(1)設(shè)計(jì)成可沿泵軸(7)自由滑動的結(jié)構(gòu)，葉輪是以滑動配合裝在泵軸上的)。
(二)將葉輪上蓋板上的出口密封環(huán)(5)的內(nèi)徑φ2加大到為下蓋板上的進(jìn)口密封環(huán)(4)的內(nèi)徑φ1的K倍(即φ2＝Kφ1，K為大于1的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對10″井潛水泵K等于1.3)。
(三)在葉輪的上、下蓋板止口端面上設(shè)計(jì)有上、下止推凸緣面(M、N)，并在上止推凸緣面(M)上打有若干平衡孔(K)。
(四)在導(dǎo)流殼與泵軸之間設(shè)置一個(gè)嵌裝在導(dǎo)流殼上的帶有止推面(B)的扶正瓦(9)，它是用中低硬度的耐磨材料制成的。平衡腔(A)與葉輪腔由扶正瓦(9)的止推面(B)與葉輪止推凸緣面(M)之間的間隙(h)和平衡孔(K)溝通。
這樣，進(jìn)入平衡腔(A)的流液，在進(jìn)入葉輪(1)進(jìn)口時(shí)，必須先經(jīng)過扶正瓦的止推面(B)與上止推凸緣面(M)之間的間隙(h)與平衡孔(K)。在設(shè)計(jì)額定工況點(diǎn)工作時(shí)，葉輪在泵軸上處于無磨擦的浮動狀態(tài)，間隙(h)是一個(gè)定值(h0)(h0＝ (nd)/(5D) ，d－平衡孔直徑，n－平衡孔的個(gè)數(shù)，D－平衡孔中心所處圓弧的圓直徑)，密封腔(A)中的壓力也是一個(gè)定值。
葉輪在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)工作，如果當(dāng)葉輪(1)在實(shí)際間隙大于h0的非設(shè)計(jì)位置時(shí)，密封腔(A)中的壓力降低，葉輪在一個(gè)向上合力的作用下向上移動；隨著間隙(h)的減小，密封腔(A)內(nèi)的壓力上升，向上軸向合力降低，直至合力變?yōu)榱?。反之，?dāng)葉輪處于實(shí)際間隙小于h。時(shí)，軸向合力向下，將葉輪下推，直至h＝h0為止。所以，在工況點(diǎn)下工作的葉輪，總是在自動調(diào)節(jié)位置，保持最佳間隙h等于h0的懸浮狀態(tài)。
在某種大流量、低揚(yáng)程的特殊工況下，會產(chǎn)生一個(gè)不很大的向上的軸向合力，使葉輪(1)的上止推面(M)壓在扶正瓦(9)的止推面(B)上。然而，這種工況僅在高揚(yáng)程潛水泵啟動時(shí)才會出現(xiàn)，時(shí)間極短，不會損壞葉輪。而在揚(yáng)程高、流量低的特殊工況下，向下軸向力使葉輪(1)下移，間隙h大于h0，密封腔(A)壓力降低，軸向力自動平衡，只是葉輪保持在間隙h大于h0的某一位置，而葉輪依然處于懸浮狀態(tài)。
圖面說明圖1為現(xiàn)用泵的葉輪結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本實(shí)用新型的葉輪結(jié)構(gòu)圖。其中1－葉輪；2－導(dǎo)流殼3－導(dǎo)軸承；4－進(jìn)口密封環(huán)；5－出口密封環(huán)；6－軸套；7－泵軸；8－平鍵；9－扶正瓦；M、N、B－止推面；K－平衡孔。
實(shí)施例與效果本人已用上述方案制作了一臺250QJK70－450／18礦用深井潛水泵樣機(jī)，設(shè)計(jì)了250QJK80系列規(guī)格產(chǎn)品和300QJK160－310／14深井潛水泵和DG型多級水泵。根據(jù)樣機(jī)的初步試驗(yàn)表明用本案案制作揚(yáng)程400米的潛水泵是可行的；減少了泵的零件，免去了泵軸向竄量控制、降低了精度要求，從而降低了成本；大大降低了磨損，延長了泵的壽命，降低了機(jī)械磨擦能耗提高了機(jī)械效率；延長了電機(jī)止推盤壽命，提高了泵的可靠性；提高了泵的容積效率。
權(quán)利要求
1.一種帶有雙口密封環(huán)并開有平衡孔的離心泵葉輪，本實(shí)用新型的特征在于自動平衡軸向力的離心泵葉輪是以滑動配合裝在泵軸上的，葉輪上蓋板上的出口密封環(huán)的內(nèi)徑φ2是下蓋板上的進(jìn)口密封環(huán)內(nèi)徑φ1的K倍(K是大于1的經(jīng)驗(yàn)系數(shù))，在葉輪上、下蓋板止口端面上設(shè)計(jì)有上、下止推凸緣面，在上止推凸緣面上打有若干平衡孔，在導(dǎo)流殼與泵軸之間設(shè)置有一個(gè)嵌裝在導(dǎo)流殼上的帶有止推面的扶正瓦，平衡腔與葉輪腔是通過扶正瓦的止推面與葉輪止推凸緣面之間的間隙和平衡孔溝通的。
專利摘要
自動平衡軸向力的離心泵葉輪涉及離心泵，尤其涉及多級離心泵的葉輪。由于本葉輪是以滑動配合裝在泵軸上的，出口密封環(huán)內(nèi)徑φ
文檔編號F04D29/18GK87203854SQ87203854
公開日1987年12月26日 申請日期1987年3月21日
發(fā)明者郭寶權(quán) 申請人:郭寶權(quán)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan