专利名称：高压自平衡节段式离心泵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种泵，特别是涉及一种能满足钢厂高压水除磷、油田高压注水及原油外输等场合要求，在运行工况频繁变化，输送非洁净回注水和浊环水等固液二相具有一定腐蚀的介质或含水、气和砂粒的原油等三相流介质时应具有高可靠性、无泄漏和长周期连续运行特性的高压自平衡节段式离心泵。
背景技术：
目前，高压多级离心泵结构形式主要为节段式、涡壳式和双壳体式三大类。
节段式高压多级离心泵以锅炉给水泵及其派生产品为代表，主要适用运行工况平稳的场合，由于其多级叶轮按同一方向顺序布置，运行时产生的轴向力高达数十吨，必须通过平衡盘机构进行平衡，而平衡盘机构不足以平衡轴向力时，其余轴向力则由角接触球轴承承受。当运行工况频繁变化时，轴向力的变化必然造成泵转子部件的频繁窜动而常常使平衡盘发生瞬间摩擦，甚至出现因平衡盘咬死而导致断轴事故发生。为了减少平衡盘咬死的隐患，采用角接触球轴承进行限位，并承受剩余轴向力，但又造成平衡盘的动态平衡功能受限制。因此，该类型泵平衡盘和角接触球轴承在运行工况频繁变化时的相互干涉是导致在部份使用条件下，两者使用寿命短和可靠性差的致命因素。同时，节段式多级泵通常采用数根整体拉紧螺栓紧固其进出水段和中段等零部件，拉紧螺栓承受全部叶轮压力差所产生的拉力，当叶轮级数较多，泵压力较高时，拉紧螺栓直径不得不加大，造成泵的外形尺寸增大。
涡壳式多级离心泵可以具有对称布置的叶轮转子部件，使各级叶轮所产生的轴向力相互抵消，不需采用平衡盘或平衡鼓结构就能实现泵腔内巨大的轴向推力达到自动平衡。该泵壳体一般为水平中开，由于考虑叶轮的对称布置，其内流道十分复杂，壳体铸件的工艺性差。该泵不能根据压力的变化增减叶轮级数，其性能适用范围受局限。双壳体式高压多级离心泵在涡壳式壳体的外部增加刚性筒体，使泵能够承受更高的压力，其结构特点和适应范围类似于涡壳式多级泵，但制造成本高，一般用于特殊场合。
高压多级离心泵密封种类主要为机械密封、螺旋密封和填料密封等。对于钢厂高压水除磷、油田高压注水及原油外输等场合，高压多级离心泵组合作为需要长周期连续运行的关键设备，因泵负荷频繁变化，介质既为固液二相流体，同时可能含天然气等气体，上述密封及其组合都存在可靠性难以适应长周期连续运行的要求。
机械密封用于密封固液二相流体的可靠性和运行寿命欠佳，尤其当介质含气体时因密封面液膜破坏或设备运行工况突变发生振动和转子部件串动时容易失效，且更换机械密封需要解体全部或部份设备，维修周期长，费用高。
螺旋密封使用寿命长，但适应压力较低，小于2MPa，对于高压多级泵虽可通过多级螺旋降压和密封后的泄压处理，但介质泄漏难以避免。
填料密封泄漏不可避免，运行寿命短，需停机检修。
发明内容
为了解决高压多级离心泵适应长周期连续运行和性能变化范围的能力，满足对泵轴封的高可靠性、长寿命和几乎无泄漏的特殊要求，本实用新型的目的在于提供一种高压自平衡节段式离心泵，该泵将对称布置的叶轮转子部件与壳体的节段式有机结合，采用多级非接触式螺旋密封和新型合成材料的泥状填缝料密封所形成的组合密封，从而使该泵在保持节段式多级泵性能参数调节范围宽的基础上，不需采用平衡盘或平衡鼓结构就能实现泵腔内巨大的轴向推力达到自动平衡，并通过新型组合密封达到输送高压固液气三相流介质几乎无泄漏和实现设备轴封不停机维护的效果。
本实用新型所采用的技术方案是该泵结构形式为节段式外置管道自平衡卧式多级离心泵。壳体按节段式的形式和级数分为进水段、中段、出水段和内流道进水段，采用分段式拉紧螺栓紧固各段形成泵壳体的整体。由于出水段布置在泵的中部，从而改通常的整体拉紧螺栓为分段式拉紧螺栓，出水段两端的拉紧螺栓分别仅承受部分叶轮压力差所产生的拉力，螺栓受力大大改善，可减小螺栓直径和泵的外形尺寸。
泵出水段与内流道进水段通过外置管道相连形成叶轮对称布置所需的流道，简化壳体结构，便于泵性能范围的拓宽。
泵转子部件上的叶轮对称布置，使各级叶轮所产生的轴向力相互抵消而达到自平衡。同时，各级叶轮密封环和密封轴套通过经精密研磨的螺旋密封巧妙实现泵腔液体的内循环无接触密封，利用螺旋反抽的原理，泵腔内高压液体经过叶轮级间密封、中间轴套密封以及节流衬套密封等一系列螺旋密封衰减达到常压。螺旋密封表面镀硬铬或特殊表面硬化处理以提高硬度，并在压差大的部位适当增加密封长度，使级间泄漏尽可能减少，从而使泵基本无泄漏和几乎无易损件，可大大降低维护和维修的工作量，降低运行维修成本。
泵转子部件的支承采用滑动轴承，使泵运行更平稳，噪音更低。在泵的非轴伸出端设置了起保险作用的进口角接触球轴承，当系统工况发生异常瞬间突变时(如汽蚀等)，该轴承足以承受附加轴向力以保证泵不至于损伤。泵的轴承体部件采用特制风扇进行冷却，在无冷却水或无法使用强制油润滑冷却的情况下也能保持轴承工作时温升恒定。
该泵轴封采用多级非接触式螺旋密封和新型合成材料的泥状填缝料密封所形成的组合密封，该组合密封由四部分组成(一)叶轮级间密封、中间轴套密封以及节流衬套密封等组成的多级非接触式螺旋密封；(二)与低压腔相通的平衡腔室；(三)新型合成材料的泥状填缝料密封；(四)套杯式填料函非接触式螺旋密封部分的作用是利用螺旋反抽原理将泵腔外泄的高压介质充分降压。同时，当固体颗粒进入螺旋密封面时，固体颗粒随介质进入螺旋槽内被冲走，从而减小固体颗粒对密封面的磨损。
平衡腔室的作用是收集反螺旋密封处泄漏出的介质，该腔室与泵的低压腔相通，从而进一步降低填缝料密封函的进口压力。
泥状填缝料密封的作用是通过专用工具将新型合成材料高压注入到密封腔中，当泵高速旋转时，合成材料以纤维状形成无数个迷宫并缠绕在轴套上，最终达到介质的压力完全衰竭而几乎无泄漏的密封效果。该密封对介质含固体颗粒或含气态的影响不敏感，且对泵运行工况突变发生振动和转子部件窜动时不会失效。当泵运行中填缝料因漏损而导致介质泄漏时，可利用专用工具实现填缝料的不停机添加，杜绝或减轻泄漏，延长设备的运行周期。
由于填缝料属软性材料，其密封函两端设置盘根和节流装置，以减少漏损。当密封函进口端压力较高时，密封函末端的盘根受挤压往往因摩擦发热而损毁，并造成轴套磨损加快，本实用新型设置了套杯式填料函结构，利用金属套杯阻断填缝料对盘根的挤压，可有效避免盘根热损现象的发生。
本实用新型的有益效果是对于具有高可靠性和长周期连续运行要求的高压泵，当输送非洁净回注水和浊环水等固液二相具有一定腐蚀的介质以及含水、气和砂粒的原油等三相流介质时，在泵结构上，通过将对称布置的叶轮转子部件与壳体的节段式有机结合，实现轴向力的自平衡和提高泵性能范围的适应性。另一方面，针对高压、变工况和介质特点，通过采用非接触式多头螺旋密封和新型合成材料的泥状填缝料密封所形成的组合密封，解决了现有密封技术在确保高压泵高可靠性、长寿命和几乎无泄漏方面的不足，并实现设备轴封的不停机维护，上述设计充分体现了本实用新型的高可靠性冗余设计的先进思想。
图1为本实用新型的总体结构图；图2为本实用新型的总体结构的局部放大图，该图表达了非接触式螺旋密封的具体结构；图3为本实用新型的总体结构的局部放大图，该图表达了风冷轴承部件的具体结构。
具体实施方式
以下将参照附图对本实用新型的具体实施例作进一步的描述。
参见图1、2、3，本实用新型一种高压自平衡节段式离心泵，包括泵转子部件，泵壳，前、后轴承部件和拉紧螺栓，其关键在于将对称布置的叶轮转子部件与壳体的节段式有机结合，采用外置管道形成叶轮对称布置所需的的流道；壳体按节段式的形式和级数分为进水段、中段、出水段和内流道进水段，出水段布置在泵的中部，采用分段式拉紧螺栓紧固各段形成泵壳体的整体；通过多级非接触式螺旋密封和注入有新型合成材料的泥状填缝料密封部件形成组合密封。
所述的组合密封是指叶轮级间密封、中间轴套密封以及节流衬套密封所构成的多级非接触式螺旋密封；与低压腔39相通的平衡腔室38；新型合成材料的泥状填缝料密封和套杯式填料函非接触式螺旋密封有一个紧固在泵轴2上的密封轴套乙、甲6、25和一个与密封轴套乙、甲6、25外圆保持一定密封间隙通过螺旋连接的节流衬套甲24。
在密封轴套乙、甲6、25外圆和节流衬套甲24内圆上设有多头螺旋槽，其旋向与泵转子旋转方向相反。当泵运行时，泵轴带动轴套旋转，该螺旋槽产生反抽吸作用，即与介质泄漏方向相反，达到使高压介质降压的目的。
高压介质经非接触式多头螺旋密封降压后进入平衡腔室，而平衡腔室与泵低压腔相通，使介质压力略大于泵进口压力[＜0.6MPa]在非接触式螺旋密封和平衡腔室后面，设置有注入了新型合成材料泥状填缝料的密封部件，该部件有一个密封函乙31和相连接的密封函甲35，在密封轴套甲25和密封函乙、甲31、35所围成的空腔中从左至右依次装有节流环32、盘根33、泥状填缝料34和盘根套杯36。
密封函乙31和密封函甲35之间的连接为可拆卸连接，并在密封函甲35外部设置有不需停机即可添加填缝料34的单向阀40。
套杯式填料函是在盘根套杯36内周面与密封轴套26外圆所形成的空腔中依次装有节流环和盘根并用盘根压盖37压紧。
填缝料使介质的压力完全衰竭而几乎无泄漏填缝料前端即靠近平衡腔室端的节流环和盘根阻止填缝料漏入泵腔；填缝料末端设置的套杯式填料函结构，利用金属套杯阻断填缝料对盘根的挤压，可有效避免盘根热损现象发生，并防止产的外漏。
密封函甲、乙设为可拆卸连接是为了便于泵检修时更换密封函乙中的节流环和盘根。
密封轴套甲25、前叶轮20、中间轴套17、后叶轮11、密封轴套乙6通过轴套螺母乙3、轴套螺母甲26和键22紧固在泵轴2上，以出水段为界，前叶轮和后叶轮的进口相对布置；各叶轮密封环、中间轴套17、密封轴套甲25和密封轴套乙6分别与中段密封环9、中间密封套15，节流衬套甲24和节流衬套乙7构成叶轮级间螺旋密封、中间轴套螺旋密封以及节流衬套螺旋密封所组合的多级非接触式螺旋密封；多级进水段23、中段10、前导叶19、前末级导叶18和出水段16用拉紧螺栓甲21紧固；内流道进水段8、中段10、后导叶13、后末级导叶1和出水段16用拉紧螺栓乙12紧固。
内流道进水段8和出水段16用外置管道27联通形成叶轮对称布置所需的的流道。
通过配备前轴承部件29，后轴承部件1、泵两端的组合密封部件4和托架5以及底座28组成高压节段式离心泵主机，并采用膜片联轴器30与电机直联，构成整台泵组。
泵运行时，介质流经进水段23，进入前叶轮20，经各级前叶轮增压，通过出水段16，由外置管道27流入内流道进水段8进入后叶轮11，再经过各级后叶轮增压后，介质最终从出水段16排出。
用以支承泵转子部件的前、后轴承部件29、1中的轴承是滑动轴承，滑动轴承为水平中开式结构，由上轴承体44、下轴承体46、轴承端盖43、轴瓦45构成，在泵转子部件左端，设置了起保险作用的角接触球轴承，在轴承端盖40外部装有风扇42和风扇罩41，风扇42与泵轴2连接，并随泵轴2旋转以对轴承体部件螺旋风冷从而使轴承工作时温升恒定。
后轴承部件中的上、下轴承体44、46外圆铸有散热肋片，以增加散热面积，提高风冷效果。
权利要求1.一种高压自平衡节段式离心泵，包括泵转子部件，泵壳，前、后轴承部件和拉紧螺栓，其特征在于将对称布置的叶轮转子部件与壳体的节段式有机结合，采用外置管道形成叶轮对称布置所需的的流道；壳体按节段式的形式和级数分为进水段、中段、出水段和内流道进水段，出水段布置在泵的中部，采用分段式拉紧螺栓紧固各段形成泵壳体的整体；通过多级非接触式螺旋密封和注入有新型合成材料的泥状填缝料密封部件形成组合密封。
2.根据权利要求1所述的高压自平衡节段式离心泵，其特征在于所述的组合密封是指叶轮级间密封、中间轴套密封以及节流衬套密封所构成的多级非接触式螺旋密封；与低压腔相通的平衡腔室；新型合成材料的泥状填缝料密封和套杯式填料函。
3.根据权利要求1、2所述的高压自平衡节段式离心泵，其特征在于非接触式螺旋密封有一个紧固在泵轴(2)上的密封轴套乙、甲(6、25)和一个与密封轴套乙、甲(6、25)外圆保持一定密封间隙通过螺旋连接的节流衬套甲(24)。
4.根据权利要求3所述的高压自平衡节段式离心泵，其特征在于在密封轴套乙、甲(6、25)外圆和节流衬套甲(24)内圆上设有多头螺旋槽，其旋向与泵转子旋转方向相反。
5.根据权利要求1、2所述的高压自平衡节段式离心泵，其特征在于在非接触式螺旋密封和平衡腔室后面，设置有注入了新型合成材料泥状填缝料的密封部件，该部件有一个密封函乙(31)和相连接的密封函甲(35)，在密封轴套甲(25)和密封函乙、甲(31、35)所围成的空腔中从左至右依次装有节流环(32)、盘根(33)、泥状填缝料(34)和盘根套杯(36)。
6.根据权利要求5所述的高压自平衡节段式离心泵，其特征在于密封函乙(31)和密封函甲(35)之间的连接为可拆卸连接，并在密封函甲(35)外部设置有不需停机即可添加填缝料(34)的单向阀(40)。
7.根据权利要求2所述的高压自平衡节段式离心泵；其特征在于套杯式填料函是在盘根套杯(36)内周面与密封轴套(26)外圆所形成的空腔中依次装有节流环和盘根并用盘根压盖(37)压紧。
8.根据权利要求1所述的高压自平衡节段式离心泵，其特征在于密封轴套甲(25)、前叶轮(20)、中间轴套(17)、后叶轮(11)、密封轴套乙(6)通过轴套螺母乙(3)和轴套螺母甲(26)紧固在泵轴(2)上，以出水段为界，前叶轮和后叶轮的进口相对布置；各叶轮密封环、中间轴套(17)、密封轴套甲(25)和密封轴套乙(6)分别与中段密封环(9)、中间密封套(15)、节流衬套甲(24)和节流衬套乙(7)构成叶轮级间螺旋密封、中间轴套螺旋密封以及节流衬套螺旋密封所组合的多级非接触式螺旋密封；多级进水段(23)、中段(10)、前导叶(19)、前末级导叶(18)和出水段(16)用拉紧螺栓甲(21)紧固；内流道进水段(8)、中段(10)、后导叶(13)、后末级导叶(14)和出水段(16)用拉紧螺栓乙(12)紧固。
9.根据权利要求1所述的高压自平衡节段式离心泵，其特征在于用以支承泵转子部件的前、后轴承部件(29、1)中的轴承是滑动轴承，在其左端还设置了起保险作用的角接触球轴承，在轴承端盖(40)外部装有风扇(42)和风扇罩(41)，风扇(42)与轴(2)连接。
10.根据权利要求1、8所述的高压自平衡节段式离心泵，其特征在于后轴承部件中的上、下轴承体(44、46)外圆铸有散热肋片。
专利摘要一种高压自平衡节段式离心泵，该泵将对称布置的叶轮转子部件与壳体的节段式有机结合，采用多级非接触式螺旋密封和新型合成材料的泥状填缝料密封所形成的组合密封，从而使该泵在保持节段式多级泵性能参数调节范围宽的基础上，不需采用平衡盘或平衡鼓结构就能实现泵腔内巨大的轴向推力达到自动平衡，并通过新型组合密封达到输送高压固液气三相流介质几乎无泄漏和实现设备轴封不停机维护的效果。
文档编号F04D1/00GK2646424SQ0323505
公开日2004年10月6日 申请日期2003年6月20日 优先权日2003年6月20日
发明者陈晴, 于湘智, 赵兴英, 罗绍华, 彭学龙 申请人:重庆水泵厂有限责任公司