双吸蜗壳抽芯式长轴泵 |
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| 申请号 | CN201910770258.2 | 申请日 | 2019-08-20 | 公开(公告)号 | CN112412807B | 公开(公告)日 | 2024-05-07 |
| 申请人 | 上海连成(集团)有限公司; | 发明人 | 张培富; 秦勇; 周跃; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种双吸蜗壳抽芯式长轴 泵 ，该泵包括双流道蜗壳，为中心对称结构；双吸 叶轮 ，位于双流道蜗壳中；叶轮轴，双吸叶轮固定于叶轮轴的下端，且随叶轮轴一起旋转； 水 导 轴承 ，与双流道蜗壳固定连接，水导轴承用于径向 支撑 叶轮轴，与叶轮轴固定连接的双吸叶轮通过水导轴承相对于双流道蜗壳旋转； 传动轴 ，与叶轮轴同轴布置，且传动轴在叶轮轴上方； 联轴器 ，叶轮轴和传动轴通过联轴器连接成一体，联轴器为套筒联轴器；以及抽芯部件，传动轴的上端与抽芯部件固定连接，抽芯部件与底座可拆卸地固定连接。本发明在追求高效的同时注重高效区域的宽广，使泵在整个工作范围内运行时都处于高效状态，即提高泵的综合运行效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种双吸蜗壳抽芯式长轴泵，其特征在于，所述双吸蜗壳抽芯式长轴泵包括双流道蜗壳，所述双流道蜗壳为中心对称结构； |
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| 说明书全文 | 双吸蜗壳抽芯式长轴泵技术领域[0001] 本发明涉及泵领域，更具体地涉及一种双吸蜗壳抽芯式长轴泵。 背景技术[0002] 立式长轴泵是一种液下式、干式泵，即电机在基础以上、泵在基础以下。目前市场上的立式长轴泵多是单级单吸泵（如附图1所示）或多级单吸泵（如附图2所示），主要作为钢厂旋流井（池）提升泵使用，原因在于钢厂旋流井（池）的井下深度深、水温相对较高、启动频繁，而普通的无密封自控自吸泵无法满足吸上要求、启动时间长且其效率极其低下，而可使用的潜水泵又存在一定的电安全隐患。立式长轴泵相对于无密封自控自吸泵，其吸上能力强、效率高、启动时间短，相对于潜水泵更安全可靠、使用寿命长。 [0003] 从性能上说，传统的立式长轴泵多采用的是单吸叶轮配空间导叶结构，在比转数高于300时，单吸叶轮相对于双吸叶轮效率更低，空间导叶相对于蜗壳效率更低，即泵的效率更低。从结构及可靠性上说，传统的立式长轴泵在用作钢厂旋流井（池）提升泵时往往会采用护轴套管结构，以清水润滑轴和水导轴承，避免所抽送介质水进入套管内损坏轴和水导轴承，而所供润滑水可能会出现压力低于泵本身压力的情况，使得介质水会渗进套管内，从而对轴和水导轴承起到破坏作用，即泵的运行可靠性较低。 [0004] 传统立式长轴泵水力设计是按常规清水泵的设计方法设计的，其中叶轮的主要水力参数的设计计算如下： [0005] 1）叶轮出口宽度b2= （0.64~0.7）（ns/100）5/6(Q/n)1/3 （mm）[0006] 2）叶轮外径D2= (9.35~9.6)（ns/100）‑1/2（Q/n）1/3 （mm）[0007] 3）叶轮进口当量内径D0= （4~4.5)（Q/n）1/3 （mm）[0008] 4）叶片包角φ及叶片出口安放角β2 [0009] 一般来说，叶片包角φ随比转数ns的增大而减小，叶片出口安放角β2随比转数ns的增大而增大。对于低比转数泵，由于要降低圆盘摩擦损失，叶片出口安放角β2加大，叶片包角φ减小。 [0010] 5）叶片数Z [0011] 120 210比转数常取6片，低于120比转数常取4 5片或者8 12片长短叶片间隔布~ ~ ~置，高于210比转数常取5片。 [0012] 因此，本领域尚缺乏一种效率更高、更加可靠的立式长轴泵，以有效克服传统的立式长轴泵的上述问题。 发明内容[0013] 本发明的目的在于提供一种双吸蜗壳抽芯式长轴泵，该双吸蜗壳抽芯式长轴泵用于解决现有立式长轴泵在比转数大于300时所出现的效率较低问题，以及现有立式长轴泵的轴及水导轴承易损坏、泵的维修周期短、泵使用寿命短的问题，本发明的双吸蜗壳抽芯式长轴泵通过平衡水力损失、容积损失及机械损失，追求高效的同时注重高效区域的宽广来提高立式长轴泵的效率，使其运行更加可靠。 [0014] 本发明提供了一种双吸蜗壳抽芯式长轴泵，该泵包括双流道蜗壳，所述双流道蜗壳为中心对称结构；双吸叶轮，所述双吸叶轮位于所述双流道蜗壳中；叶轮轴，所述叶轮轴为竖轴，所述双吸叶轮固定于所述叶轮轴的下端，且随所述叶轮轴一起旋转；水导轴承，所述水导轴承与所述双流道蜗壳固定连接，所述水导轴承用于径向支撑所述叶轮轴，其中，与所述叶轮轴固定连接的所述双吸叶轮通过所述水导轴承相对于所述双流道蜗壳旋转；传动轴，所述传动轴为竖轴，所述传动轴与所述叶轮轴同轴布置，且所述传动轴在所述叶轮轴上；联轴器，所述叶轮轴的上端与所述联轴器固定连接，所述传动轴的下端与所述联轴器固定连接，所述叶轮轴和所述传动轴通过所述联轴器连接成一体，所述联轴器为套筒联轴器；以及抽芯部件，所述传动轴的上端与所述抽芯部件固定连接，所述抽芯部件与底座可拆卸地固定连接。 [0015] 在另一优选例中，所述泵包括进水喇叭，所述进水喇叭与所述双流道蜗壳流体连通。 [0016] 在另一优选例中，所述泵包括叶轮压板，所述双吸叶轮通过所述叶轮压板固定于所述叶轮轴。 [0017] 在另一优选例中，所述泵包括密封环，所述密封环用于保护所述双流道蜗壳。 [0018] 在另一优选例中，所述密封环固定在所述双流道蜗壳上。 [0019] 在另一优选例中，所述泵包括护轴套管，所述护轴套管与所述双流道蜗壳固定连接，且所述护轴套管套护在所述叶轮轴上，所述护轴套管用于避免所输送的介质水进入所述护轴套管内部，进而保护所述叶轮轴和所述水导轴承。 [0020] 在另一优选例中，所述泵包括出水弯管，所述出水弯管用于改变水的流向。 [0021] 在另一优选例中，所述出水弯管将水的轴向流动转化为径向流动并输送出去。 [0022] 在另一优选例中，所述出水弯管与所述底座及扬水管固定连接。 [0023] 在另一优选例中，所述泵包括扬水管，所述扬水管通过螺栓联接在所述出水弯管上，所述扬水管用于把所述双流道蜗壳内的流体沿轴向排送进所述出水弯管。 [0024] 在另一优选例中，所述进水喇叭通过螺栓联接在所述扬水管上。 [0026] 应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。 附图说明[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0028] 图1是传统的单级单吸立式长轴泵的剖视图； [0029] 图2是传统的多级单吸立式长轴泵的剖视图； [0030] 图3是本发明一个实例中的双吸蜗壳抽芯式长轴泵的剖视图； [0031] 图4是图3中的双吸蜗壳抽芯式长轴泵的水力设计示意图； [0032] 图5是图3中的双吸蜗壳抽芯式长轴泵的对称双流道蜗壳结构的示意图； [0033] 图6是图3中的双吸蜗壳抽芯式长轴泵的高效低脉动双吸叶轮结构的示意图。 [0034] 各附图中，各标示如下： [0035] 1‑进水喇叭； [0036] 2‑扬水管； [0037] 3‑叶轮压板； [0038] 4‑高效低脉动双吸叶轮； [0039] 5‑密封环； [0040] 6‑对称双流道蜗壳； [0041] 7‑碳纤维特氟龙水导轴承； [0042] 8‑护轴套管； [0043] 9‑叶轮轴； [0044] 10‑出水弯管； [0045] 11‑套筒联轴器； [0046] 12‑传动轴； [0047] 13‑抽芯部件； [0048] 14‑预埋基础底座。 具体实施方式[0049] 本发明人经过广泛而深入的研究，通过大量筛选，首次开发了一种双吸蜗壳抽芯式长轴泵，与现有技术相比，本发明的双吸蜗壳抽芯式长轴泵通过平衡水力损失、容积损失及机械损失，在追求高效的同时注重高效区域的宽广，即加大叶轮出口宽度、减小叶轮外径、加大叶片出口包角、减小叶片出口安放角、增大泵体压水室过流断面面积，并将原本为径向蜗壳的对称双流道蜗壳转换为轴向流道结构，使用碳纤维特氟龙水导轴承，使其更耐磨、耐用，叶轮的上进口为负压状态，护轴套管内正压清水，使得所输送介质水不会进入护轴套管，对轴和水导轴承起到很好的保护作用，在此基础上完成了本发明。 [0050] 本发明的目的是提供一种高效高可靠性的双吸蜗壳抽芯式立式长轴泵，该双吸蜗壳抽芯式立式长轴泵包含独特的设计思想及水力取值方法及新颖的整体结构设计，以解决现有立式长轴泵在比转数大于300时所出现的效率较低问题，解决现有立式长轴泵的轴及水导轴承易损坏、泵的维修周期短、泵使用寿命短的问题等。 [0051] 典型地，本发明的双吸蜗壳抽芯式长轴泵包括双流道蜗壳，所述双流道蜗壳为中心对称结构；双吸叶轮，所述双吸叶轮位于所述双流道蜗壳中；叶轮轴，所述叶轮轴为竖轴，所述双吸叶轮固定于所述叶轮轴的下端，且随所述叶轮轴一起旋转；水导轴承，所述水导轴承与所述双流道蜗壳固定连接，所述水导轴承用于径向支撑所述叶轮轴，其中，与所述叶轮轴固定连接的所述双吸叶轮通过所述水导轴承相对于所述双流道蜗壳旋转；传动轴，所述传动轴为竖轴，所述传动轴与所述叶轮轴同轴布置，且所述传动轴在所述叶轮轴上；联轴器，所述叶轮轴的上端与所述联轴器固定连接，所述传动轴的下端与所述联轴器固定连接，所述叶轮轴和所述传动轴通过所述联轴器连接成一体，所述联轴器为套筒联轴器；以及抽芯部件，所述传动轴的上端与所述抽芯部件固定连接，所述抽芯部件与底座可拆卸地固定连接。 [0052] 在另一优选例中，所述泵包括进水喇叭，所述进水喇叭与所述双流道蜗壳流体连通。 [0053] 在另一优选例中，所述泵包括叶轮压板，所述双吸叶轮通过所述叶轮压板固定于所述叶轮轴。 [0054] 在另一优选例中，所述泵包括密封环，所述密封环用于装在双流道蜗壳上，对双流道蜗壳起到保护作用。 [0055] 在另一优选例中，所述密封环固定在所述双流道蜗壳上。 [0056] 在另一优选例中，所述泵包括护轴套管，所述护轴套管与所述双流道蜗壳固定连接，且所述护轴套管套护在所述叶轮轴上，所述护轴套管用于避免所输送的介质水进入所述护轴套管内部，进而保护所述叶轮轴和所述水导轴承。 [0057] 在另一优选例中，所述泵包括出水弯管，所述出水弯管用于与所述底座及扬水管连接，用于把水由轴向流动转化为径向流动并输送出去。 [0058] 在另一优选例中，所述出水弯管通过螺栓固定在所述底座上。 [0059] 在另一优选例中，所述泵包括扬水管，所述扬水管通过螺栓联接在所述出水弯管上，所述扬水管用于把双流道蜗壳内的流体沿轴向排送进出水弯管。 [0060] 在另一优选例中，所述进水喇叭通过螺栓联接在所述扬水管上。 [0061] 在另一优选例中，所述水导轴承为碳纤维特氟龙水导轴承。 [0062] 在另一优选例中，在工作状态下，通过外部动力（例如，电机等）带动所述传动轴旋转进而通过所述联轴器驱动所述叶轮轴旋转，所述双吸叶轮随之一起旋转，水从所述双流道蜗壳的上、下两个吸入口进入所述双流道蜗壳、所述双吸叶轮而后经过能量转换后沿轴向流出。 [0063] 本发明的双吸蜗壳抽芯式长轴泵在维修时，只需松开抽芯部件和预埋基础底座之间的联接螺栓即可抽出整个主体（该主体是指双流道蜗壳、双吸叶轮、叶轮轴、水导轴承、传动轴、联轴器以及抽芯部件等组成的整体），不需要动出水弯管、预埋基础底座及扬水管。 [0064] 以新型设计方法设计的高效双吸蜗壳抽芯式长轴泵相对于传统的立式长轴泵，其可以达到的效果如下： [0065] (a) 高效低脉动双吸叶轮的出口宽度较宽、包角较大、叶片出口安放角较小，叶轮内损失更小，效率高且高效区域宽泛； [0066] (b) 高效低脉动双吸叶轮相对单吸叶轮的比转数较低，使泵的比转数进入或接近高效区比转数（120‑210之间），泵的效率相对较高； [0067] (c) 高效低脉动双吸叶轮由于结构对称而理论上不产生轴向力； [0068] (d) 高效低脉动双吸叶轮两侧的叶片相对均匀间隔布置，可以有效降低泵运行的不稳定，减少运行脉动； [0069] (e) 新型的对称双流道蜗壳相对于传统的空间导叶效率更高； [0070] (f) 对称双流道蜗壳由于结构对称而可以有效降低径向力，径向力理论上近似为零； [0071] (g) 碳纤维特氟龙水导轴承相对传统的橡胶轴承更耐磨、耐用； [0072] (h) 高效低脉动双吸叶轮的两侧进口为负压状态，而套管内的润滑清水为正压，从而所输送的介质水不易进入护轴套管，叶轮轴和水导轴承不易损坏，泵的使用寿命更长； [0073] (i) 由于叶轮产生的轴向力近似为零，对称双流道蜗壳使得径向力近似为零，滚动轴承及水导轴承的负荷小、寿命长，从而泵的检修周期得到有效延长，泵的使用寿命增加； [0074] (j) 不需要动出水弯管、预埋基础底座及扬水管即可抽出整个主体，操作简单，维修方便，缩短维修时间，降低维修成本。 [0075] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，附图为示意图，因此本发明装置和设备的并不受所述示意图的尺寸或比例限制。 [0076] 需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 [0077] 实施例 [0078] 本实施例的双吸蜗壳抽芯式长轴泵如图3‑6所示，其包括叶轮压板3，高效低脉动双吸叶轮4，密封环5，对称双流道蜗壳6，碳纤维特氟龙水导轴承7，护轴套管8，叶轮轴9，套筒联轴器11，传动轴12等，抽芯部件13和出水弯管10通过螺栓固定在预埋基础底座14上，扬水管2通过螺栓联接在出水弯管10上，进水喇叭1通过螺栓联接在扬水管2上，叶轮轴9和传动轴12通过套筒联轴器11联接在一起，密封环5及碳纤维特氟龙水导轴承7装配在对称双流道蜗壳6上，高效低脉动双吸叶轮4通过叶轮压板3、螺钉组件及键固定在叶轮轴9上，护轴套管8装配在对称双流道蜗壳6上而套护在叶轮轴9上。外部动力带动传动轴12旋转进而通过套筒联轴器11驱动叶轮轴9旋转而使得高效低脉动双吸叶轮随之一起旋转，水从对称双流道蜗壳6的上、下两个吸入口进入对称双流道蜗壳6、高效低脉动双吸叶轮4而后经过能量转换后沿轴向流出，碳纤维特氟龙水导轴承7起到径向支撑作用，护轴套管8避免所输送的介质水进入护轴套管8内部而保护叶轮轴9和碳纤维特氟龙水导轴承7。 [0079] 当需要维修时只需松开抽芯部件13和预埋基础底座14之间的联接螺栓即可抽出整个主体，不需要动出水弯管10、预埋基础底座14及扬水管2，操作简单，维修方便。 [0080] 该泵的主要水力参数或系数的取值如下： [0081] 1）叶轮出口宽度b2=Kb2（ns/100）0.7 (Q/n)1/3 （mm）[0082] [0083] 2）叶轮外径D2=KD2（ns/100）‑0.5 (Q/n)1/3 （mm）[0084] [0085] 3）叶轮进口当量直径系数KD0 [0086] [0087] 4）叶片数Z、叶片包角φ及叶片出口安放角β2 [0088] [0089] 5）泵体基圆与叶轮外径的比值系数D3/D2 [0090] [0091] 6）蜗壳断面速度系数K3 [0092] [0093] 7）双流道蜗壳隔舌安放角φ0 [0094] [0095] 上述主要水力参数的取值主要是加大叶轮出口宽度、减小叶轮外径、加大叶片出口包角、减小叶片出口安放角、增大泵体压水室过流断面面积。 [0096] 高效低脉动双吸叶轮其叶片出口宽度宽、包角大、出口安放角小，对称双流道蜗壳为径向蜗壳转换为轴向流道结构。碳纤维特氟龙水导轴承更耐磨、耐用。叶轮的上进口为负压状态，护轴套管内正压清水，故所输送介质水不会进入护轴套管，对轴和水导轴承起到很好的保护作用。双流道蜗壳径向力相互平衡，同样对轴和水导轴承起到很好的保护作用。 |
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