[發明專利]軸向推力平衡裝置

有效

• 申請號: 201880052925.7
• 申請日: 2018-07-17
• 公開（公告）號: CN111033053B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: K·布魯斯
• 申請（專利權）人: 福斯管理公司
• 主分類號: F04D29/041
• 分類號: F04D29/041;F04D1/06;F04D29/22
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 林治辰;李健

用于諸如旋轉泵之類的旋轉軸裝置的軸向推力平衡機構提供了自動調節的推力補償，同時避免了旋轉和靜態元件之間的接觸和磨損。固定在所述軸上的轉子包括在非旋轉定子的圓柱形凹形部分附近但不在其內延伸的圓柱形凸形部分，使得在兩者之間形成的間隙的寬度通過軸向推力軸的位移而變化。所述凹形部分內的加壓流體向所述轉子施加推力補償力，該力由所述間隙大小控制。所述凹形部分的直徑大于所述凸形部分的直徑，從而防止它們之間的任何接觸。所公開的機構可以與推力補償鼓結合以將所述推力減小到可以調節的殘余水平。所述轉子和定子可以逐步改變以在它們之間提供多個間隙和中間室。

相關申請

本申請要求2017年8月3日提交的美國申請15/691899的優先權，其全部內容通過引用并入本文用于所有目的。

發明領域

本發明涉及旋轉軸裝置，更具體地，涉及旋轉軸裝置中的推力平衡機構。

背景技術

在旋轉軸裝置中，特別是在葉輪驅動的泵中，典型的是在機構內產生壓力差，該壓力差導致將軸向力(通常稱為“推力”)施加到旋轉軸上。例如，在離心泵中，由于葉輪兩側的壓力和幾何形狀不同，葉輪(或每個葉輪)會產生一定的推力。

在某些情況下，這些軸向推力被支撐旋轉軸的軸承所抵消和吸收。然而，可能不希望要求軸承吸收由葉輪產生的所有推力。例如，在高壓多級泵中，除非以某種方式進行補償，否則所產生的凈推力可能會對軸承造成不可接受的磨損。因此，通常希望在旋轉軸裝置內包括一種機構，該機構將通過產生偏置推力來補償推力效應，從而減少或消除施加在軸承上的推力補償載荷。

在多級旋轉泵中產生的推力有時可以被抵消，例如在軸向分離泵中，通過包括偶數級，并且通過將葉輪定向在相反方向上，使得一半泵級產生的推力抵消另一半泵級產生的近似相等且相反的推力。但是，通過使用相對的葉輪來平衡軸向推力并不總是可行的，特別是對于在高壓下運行的泵，例如桶式泵。此外，即使對于具有相對葉輪的泵，最里面的葉輪級也將傾向于產生取決于泵內壓力的凈軸向推力。

用于推力補償的另一種方法是包括平衡“盤”。在圖1的剖視圖中示出了簡化示例，其中將葉輪100固定到旋轉軸102。在該示例中，通過葉輪100泄漏的工藝流體被收集在葉輪100的后面，在葉輪102和泵殼體106之間形成的泄漏室104中。泄漏室104的一端由推力平衡“盤”108界定，該盤固定在軸100上。

平衡盤108被構造成使得在盤108的外周和泵殼體106之間形成狹窄的軸向間隙110。泄漏流體能夠以有限的速率流過該“卸壓”間隙110”進入與泵入口流體連通的收集室112。根據該構造，收集室112中的流體壓力近似等于入口壓力，而泄漏室104中的流體壓力高于入口壓力。結果，平衡推力116被施加到平衡盤108，該平衡推力116與由葉輪100產生的軸向推力114相反。

如果補償推力116小于葉輪推力114，則旋轉軸100向右軸向移位，從而使卸壓間隙110變窄，并且泄漏室104中的壓力升高，從而增加平衡推力116。相反，如果平衡推力116大于葉輪推力114，則軸100軸向向左移動，并且卸壓間隙110增大，從而降低泄漏室104中的壓力。結果是一種自調節效果，可以將軸向推力保持在非常低的水平，可以接近零凈推力，因為補償推力直接對旋轉軸100的軸向移動做出反應，這是由軸向殘余推力引起的。

從圖1清楚可見，徑向卸壓間隙110對于推力補償至關重要。不幸的是，對于某些泵設計，例如在泵啟動期間和/或由于泵速度的意外波動，平衡盤108和殼體106之間可能存在物理接觸。因此，平衡盤并不總是適合于軸向推力補償。

有時用于推力補償的另一種方法是包括平衡“鼓”，例如，在預期較大的運行速度范圍內和/或泵速可能出現瞬時波動的情況下。一個簡化的示例如圖2所示。