屏蔽泵轴向力平衡装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102251991A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102251991A(43)申请公布日2011.11.23(21)申请号201110237938.1(22)申请日2011.08.19(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人李伟施卫东任晓锋蒋小平陆伟刚吴燕兰王准(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人楼高潮(51)Int.Cl.F04D29/66(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称屏蔽泵轴向力平衡装置及方法(57)摘要本发明涉及屏蔽泵轴向力平衡方法及装置，属于流体机械领域中的泵装置。该装置包括泵体、主叶轮、副叶轮、泵轴、推力轴承、前径向轴承、后径向轴承，通过副叶轮带动冷却循环液体工作，在不需外加动力情况下达到了很好冷却效果，实现系统节能。同时，副叶轮产生的轴向力平衡了主叶轮产生的轴向力，由于副叶轮与主叶轮同轴，基本消除了其他屏蔽泵轴向力平衡方法中随着工况变化残余较大轴向力的缺陷，使轴承的负荷减小，延长轴承使用寿命，实现了屏蔽泵的安全可靠运行。本发明结构简单，设计合理。适用于卧式或立式等结构形式的离心泵。CN10259ACCNN110225199102251995A权利要求书1/3页1.屏蔽泵轴向力平衡装置，其特征在于包括泵体、主叶轮、副叶轮、泵轴、推力轴承、前径向轴承、后径向轴承，其中所述泵体为竖直方向圆筒状，所述泵轴为自下而上的阶梯轴，泵轴下端设有主叶轮、上端设有副叶轮，主叶轮和副叶轮均通过平键与泵轴相联，在副叶轮下部设有推力轴承，泵轴中部还固定设有内磁转子，其上下部分别设有固定在泵轴上的后径向轴承、前径向轴承，内磁转子外部设有屏蔽套间隙；上述装置中的推力轴承开有径向沟槽，后径向轴承与泵轴之间形成后径向轴承环形间隙，前径向轴承与泵轴之间形成前径向轴承环形间隙，泵体外部还安装有外循环管；上述推力轴承的径向沟槽、后径向轴承环形间隙、屏蔽套间隙、前径向轴承环形间隙与外循环管构成一个完整的冷却循环回路，冷却循环回路与副叶轮组成平衡主叶轮产生的轴向力的平衡系统，冷却循环回路内部装有冷却液，其在副叶轮带动下循环流动，平衡轴向力。2.根据权利要求1所述的屏蔽泵轴向力平衡装置，其特征在于上述装置中的副叶轮随同主叶轮同步工作。3.根据权利要求1所述的屏蔽泵轴向力平衡装置，其特征在于上述装置中的泵体上部还设有使泵体内外相通的注水口。4.基于权利要求1所述的屏蔽泵轴向力平衡装置的平衡方法，其特征在于按照下述步骤进行：一、确定平衡前磁力泵轴向力：通过试验测量或计算获得平衡前磁力泵轴向力；二、计算各管路压头损失：冷却循环流量经各阻力件构成一个冷却循环回路，通过各阻力件的流阻系数及过流面积计算出各段压头损失；三、设计副叶轮：由冷却循环流量及与口环半径有关的泄漏流量确定副叶轮流量，由冷却循环回路总压力降确定副叶轮扬程，由扬程和流量，可初步确定副叶轮的主要参数：叶轮直径、叶片宽度、叶片进出口安放角、叶轮入口直径、叶轮口环直径；四、计算副叶轮产生的轴向力：副叶轮形成的轴向力，其计算公式为：；五、内磁转子两端压力差形成的轴向力式中──内磁转子两端压力降，m；──内磁转子端面受力面积，m3；六、轴向力平衡：通过以上计算或实验测量主叶轮的轴向力、副叶轮形成的轴向力及内磁转子两端压力差形成的轴向力，进行平衡比较，逐步调整副叶轮的口环直径，最终使不平衡轴向力的理论值低于制造商的规定值[]，平衡公式：。5.根据权利要求4所述的屏蔽泵轴向力平衡装置，其特征在于步骤二所述的各阻力件一般可简化为以下几种模型，通过各阻力件流阻系数及过流面积可计算出各段压头损失2CCNN110225199102251995A权利要求书2/3页：压头损失：（2）；（1）推力轴承径向沟槽及径向轴承环形间隙可看着几个圆管，入口阻力系数～0.1；沿程阻力系数，为摩擦阻力系数,通常取；流阻系数；过流面积为截面积；（2）屏蔽套间隙进口阻力系数,－圆角系数；沿程阻力系数：缝隙断面的水力半径即面积除以湿周为，圆管的水力半径，即，利用圆管沿程损失系数公式,得缝隙的沿程损失系数；出口阻力系数；过流面积为环缝截面积；（3）外循环管入口阻力系数～0.1；沿程阻力系数，为摩擦阻力系数，与流体流动特性有关；出口阻力系数；过流面积为外循环管截面积。6.根据权利要求4所述的屏蔽泵轴向力平衡装置，其特征在于步骤三中所述的副叶轮扬程按下述步骤计算：副叶轮出口压力,入口压力，则式中－叶轮的势扬程，m；－液体密度，kg/m3；式中－叶轮的实际扬程，,－水力效率，m；－叶轮出口直径圆周速度，m/s；，其中为泵的设计流量，m3/s；n为泵的转速，r/min或，其中为估计泵水力效率时用的叶