[發明專利]一種具有多后口環的內循環式離心泵軸向力平衡結構

在審

• 申請號: 202011347412.4
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112524085A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 高波;王非凡;顧嘉嶸;張寧;倪丹
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F04D29/041
• 分類號: F04D29/041;F04D29/42;F04D29/66;F04D1/00
• 代理公司: 暫無信息
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本發明涉及離心泵的軸向力平衡，屬于流體機械領域，特指一種具有多后口環的內循環式離心泵軸向力平衡結構。本發明在后蓋板上設置3～5后口環，后蓋板外側間隙內泄漏液體流經后口環間隙、密封腔、徑向孔、軸向孔，通過葉輪螺母、導流管射入葉輪進口主流區，能有效減少泄漏量的同時使后口環下部壓力下降幅度變大，減小作用在后蓋板外側的壓力，從而減少軸向力。加裝導流管使泄漏液體射入葉輪進口主流區，減弱泄漏液體對葉輪進口入流的干擾程度，減小對泵水力性能、汽蝕性能的影響。

技術領域

本發明涉及離心泵的軸向力平衡，屬于流體機械領域，特指一種具有多后口環的內循環式離心泵軸向力平衡結構。

背景技術

離心泵在石油化工、航空航天等領域有著廣泛的運用，作為輸送系統中的關鍵設備，離心泵的穩定運行對裝置系統安全運轉起關鍵作用。因吸排液口壓力不等，使并非完全對稱的葉輪兩側所受液體壓力不等，從而產生了軸向力。葉輪兩側液體壓力如果不計軸的截面積，也不考慮葉輪旋轉對壓力分布的影響，則作用在葉輪上的力為輪盤(后蓋板)受的力和輪蓋(前蓋板)受的力的差值。因為出口壓力始終大于進口壓力，所以，當離心泵旋轉起來就一定有了一個沿軸并指向吸入口的力作用在轉子上。不平衡的軸向力會加重止推軸承的工作負荷，對軸承不利，同時軸向力使泵轉子向吸入口竄動，造成振動并可能使葉輪口環摩擦使泵體損壞。

單級泵一般是在葉輪后蓋板上開平衡孔，當然還有在葉輪輪盤上安裝平衡葉片等方式來平衡軸向力。國內的研究人員也提出了各種不同的新型軸向力平衡裝置，例如張俊生等人發表的《多級離心泵平衡盤的新結構-閥門活塞式平衡盤》一文較為系統地研究了閥門活塞式平衡盤，在降低泵的泄漏、提高泵的效率、防止研磨和提高壽命方面較普通的平衡盤結構優越。馬威發表的《屏蔽電泵軸向力自動平衡裝置的研究》一文在研究平衡屏蔽電泵軸向力時在葉輪后蓋板處采用雙口環結構，通過增大口環直徑來減小軸向力，在實驗中雙口環的內圈和外圈充當通向壓力平衡室的節流裝置，葉輪上的平衡孔作為通向壓力平衡腔的控制閥，轉子軸向位置的改變影響平衡孔被覆蓋的面積從而影響泄流泄壓等等。

現有的葉輪口環技術，大多采用單個后口環與后泵蓋之間的縫隙阻礙泄漏以實現軸向力的平衡。在這種情況下，仍有10％-15％的不平衡軸向力存在。在實踐中，平衡軸向力的同時也同樣存在泄漏量大，平衡孔對葉輪內主流流動影響較大的問題，使得泵的性能下降。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種具有多個后口環的內循環式離心泵軸向力平衡結構，平衡效果好，減少了泄漏量，同時對泵的水力性能、汽蝕性能幾乎沒有影響，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

本發明與常規平衡孔平衡軸向力的方式不同。采用在后蓋板上設置多個后口環且不開平衡孔的結構。在軸上設置徑向孔、軸向孔，連通葉輪螺母和導流管，導出后蓋板外側泄漏液體。形成一個具有多個后口環的內循環式離心泵軸向力平衡結構。

根據本發明提供的一種具有多個后口環的內循環式離心泵軸向力平衡結構，包括泵頭、導流板、導流管、葉輪、葉輪螺母、墊片、擋水環、軸、后蓋板、后口環、軸向孔、徑向孔、密封腔和后泵蓋。

在本發明中，后口環數目介于3～5個之間，后口環與后泵蓋的徑向間隙b₁為0.3～0.7mm，軸向間隙b₂為0.8～1.2mm。以此增大泄漏液體流經后蓋板外側間隙的阻力損失，使后口環下部壓力下降幅度變大，減小作用在后蓋板外側的軸向力，達到平衡軸向力的效果。

在本發明中，徑向孔數目介于3～4個之間并交匯于軸向孔。

在本發明中，軸向孔與徑向孔連通。

在本發明中，徑向孔、軸向孔、葉輪螺母與導流管孔徑D相同，根據平衡孔總面積S₁與間隙過流總面積S₂比值確定：S₁/S₂＝0.125D。