齿轮增速组装式高速旋壳泵机组的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种高速旋壳泵机组，特别是由齿轮增速组装式高速旋壳泵组成的旋壳泵机组，包括齿轮增速组装式高速旋壳泵、一体式轴头油泵、联轴器、驱动电机；联轴器将驱动电机与齿轮增速组装式高速旋壳泵的低速轴相连；齿轮增速组装式高速旋壳泵包括定子部件、转子部件及箱体部件，定子部件由两个旋壳泵吸入/吐出部件组成，其保护壳连接在箱体部件的定位法兰上；轴封部件位于每个吸入部件的入口侧；转子部件由高速、低速轴系组成，采用单斜齿齿轮副，每个旋壳泵转子与高速轴直接连接，高速轴小齿轮齿宽两侧设有平衡残余轴向力的双面推力盘，满足交变轴向力工况。本实用新型外形紧凑，轴承承受轴向力小，泵机组流量应用范围大，抗汽蚀性能好。
【专利说明】齿轮増速组装式高速旋壳泵机组
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于旋壳泵【技术领域】，特别涉及一种齿轮增速组装式高速旋壳泵机 组，适用于石油化工、炼油领域的小流量超高扬程工况，同时适用于核电领域的低流量、超 高压力工况。
【背景技术】
[0002] 小流量高扬程离心泵效率很低的根源是叶轮的圆盘摩擦损失太大，此项损失与叶 轮直径的5次方成正比，与转速的3次方成正比，要想大幅度提高超低比数离心泵的效率， 必须在泵的理论上有所突破。为此，美国Kobe公司提出了一种全新的构思，将叶轮与泵壳 联为一体同步回转，液体在获得动能的过程中的圆盘摩擦损失就几乎为零，当时称为旋转 壳体泵，简称旋壳泵，该泵使高速液体进入皮托管，因皮托管的横截面积逐步扩大，液体流 速逐步降低，从而将液体的动能转化为压力能。皮托管内流道的设计以及制造技术是这种 新型泵的另一个关键因素，这种小流量超高扬程泵又称为皮托管泵。
[0003] 但现有技术的旋壳泵机组存在以下技术缺陷：
[0004] 其一，现有旋壳泵技术因轴承润滑和冷却条件所限，泵允许工作转速低；按泵设计 理论，提高泵扬程的方法主要有：1)提高泵工作转速，2)加大水力转子部件的直径。现有旋 壳泵技术采用大直径转子达到在低速范围内得到较高扬程，而采用加大转鼓直径来提高扬 程的方式，必然使转鼓质量加大，在高速回转下转子在径向易发生金属离心变形，机组可靠 性降低，且制造成本高。美国专利US4, 073, 596,对高速滚动轴承的润滑和冷却提出了改进 措施，但现有旋壳泵的最高转速未超过6321RPM。
[0005] 其二，旋壳泵在流量较大时，汽蚀性能很差。美国专利US4, 280, 790提出了改进皮 托管泵汽蚀性能的措施，但效果有限，例WEIR公司的R0-D600型皮托管泵最高转速4380r/ min，最高效率点流量70m3/h时的NPSHr达到11m，汽蚀性能很差，使皮托管泵的应用范围也 受到限制。
[0006] 其三，受轴承承载能力的约束，现有技术旋壳泵的入口压力允许值低。美国皮托管 泵制造公司的产品使用手册上规定，旋壳泵的入口工作压力不可超过14bar. G。对于较高的 泵入口侧压力，美国皮托管泵的制造厂推出了外侧四个滚动轴承的结构，使用效果并不理 想。
[0007] 国内外大功率旋壳泵机组大都采用旋壳泵外置增速高速齿轮箱的传统模式，需两 套膜片联轴器，设备整体布局松散、不紧凑，轴承功耗大，占地面积大，成本高。
【发明内容】
[0008] 本实用新型的目的要解决上述技术问题，研制出性能可靠、结构紧凑的齿轮增速 组装式高速旋壳泵机组。
[0009] 本实用新型的技术方案是这样实现的：齿轮增速组装式高速旋壳泵机组，其特征 在于：泵机组包括齿轮增速组装式高速旋壳泵、一体式轴头油泵、联轴器、驱动电机；所述 的齿轮增速组装式高速旋壳泵包括定子部件、转子部件、箱体部件；转子部件由高速、低速 轴系组成，包括泵转子、高速轴、大齿轮、小齿轮、推力盘、径向滑动轴承、低速轴、推力滑动 轴承；低速轴上设置有大齿轮，低速轴左侧设置有高速轴，高速轴上设置有小齿轮；定子部 件包括2个旋壳泵吸入/吐出组件；定子部件的保护壳连接在增速部件的定位法兰上。
[0010] 所述的驱动电机通过联轴器与齿轮增速组装式高速旋壳泵的低速轴直接相连；所 述的转子部件位于箱体部件和保护壳体内；所述的高速轴的两端与旋壳泵转子直接连接； 所述的大齿轮前后两侧分别设置有推力滑动轴承，小齿轮前后两侧分别设置有径向滑动轴 承；所述的大齿轮与小齿轮组成的齿轮副采用单斜齿结构，小齿轮齿宽两侧设有推力盘，推 力盘与大齿轮侧面设有Γ?3°倾斜角。
[0011] 所述的齿轮增速组装式高速旋壳泵每个旋壳泵吸入/吐出部件的轴封安装在泵 的入口侧。
[0012] 所述的齿轮增速组装式高速旋壳泵每个旋壳泵吸入/吐出部件，均采用皮托管作 为能量转换元件。
[0013] 本实用新型采用齿轮增速组装式旋壳泵结构，提出了一种新型全新的旋壳泵机组 技术路线，除了具有现有旋壳泵技术的安全稳定性好、连续运转周期长，维护方便的优点 夕卜，还具有允许承受入口压力大，允许工作转速高，流量应用范围大，抗汽蚀性能好的优点， 具体为：
[0014] 1)本实用新型取消了现有技术机组中的旋壳轴承座部件、滚动轴承，联轴器的使 用数量由原2套，减为只在齿轮组装式高速旋壳泵与驱动电机之间设置1套，机组较现有技 术更为紧凑，外形尺寸更小；
[0015] 2)本实用新型机组中齿轮增速组装式高速旋壳泵高速轴两端连有2个旋壳泵转 子，可实现1台机组内两旋壳泵并联使用，扩大了流量应用范围，单泵的抗汽蚀性能提高了 1倍，解决了现有旋壳泵机组技术在大流量工况下不能满足装置汽蚀余量（NPSHa)要求，限 制了其应用的难题；
[0016] 3)本实用新型技术在齿轮增速组装式高速旋壳泵的高、低速轴设置滑动轴承，突 破了现有技术滚动轴承极限转速的限制，采用较小直径的泵转子，及高转速下的金属离心 力产生的形变大大降低，使泵转子在更高的转速下，具有优良的动力学特性；
[0017] 4)本实用新型在齿轮增速组装式高速旋壳泵的高速轴上小齿轮齿宽两侧设置推 力盘，推力盘与大齿轮侧面的接触点距节圆越近，两者的相对速度越小（节圆处的相对速 度为零）。利用大小齿轮节圆处的相对速度为零，高速轴两端旋壳泵转子未平衡的轴向力与 单斜齿园柱齿轮轴向力之差（或和）通过高速轴上的推力盘传到大齿轮的侧面，再传到低 速轴的推力滑动轴承上，仅在低速轴上设置轴位移监测器，因此可取消所有高速轴的高速 推力轴承，减小高速轴承的功耗，提高了泵机组的效率；
[0018] 5)美国皮托管泵制造公司的产品使用手册上规定，泵的入口工作压力不可超过 14bar. G。本实用新型技术采用在高速轴的两端装旋壳泵转子的方法，几何对称布置的结 构，使高进口压力引起的轴向推力大部分自平衡，克服了现有旋壳泵技术在高入口压力时 的轴向力对轴承、机械密封的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是现有技术的大功率旋壳泵机组结构示意图。
[0020] 图2现有旋壳泵技术（轴承润滑改进方案）。
[0021] 图3是本实用新型齿轮增速组装式高速旋壳泵的结构图。
[0022] 图4是本实用新型定子部件图。
[0023] 图5是本实用新型转子部件图。
[0024] 图6是本实用新型箱体部件图。
[0025] 图7是本实用新型推力盘技术图。
[0026] 图中：1.定子部件；2.转子部件；3.箱体部件；4.卡套；5.卡环；6. -体式轴头油 泵；7.联轴器；8.驱动电机；11.联接头；12.出液管；13.轴封部件；14.保护筒体；15.皮 托管；21.泵转子；22.高速轴；23.大齿轮；24.小齿轮；25.推力盘；26.径向滑动轴承； 27.低速轴；28.推力滑动轴承；31.定位法兰。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限制：
[0028] 如图3所示，本实用新型取消了现有技术的轴承箱、轴承等部件，本实用新型由定 子部件1，转子部件2,箱体部件3组成，定子部件1的保护壳体与箱体部件3的定位法兰31 连接，转子部件2位于箱体部件3和保护壳体13内。
[0029] 如图4所示，定子部件1包括：联接头11、出液管12、轴封部件13、保护筒体14、皮 托管15,保护筒体14通过螺栓及止口连接在定位法兰31上。
[0030] 如图5所示，转子部件2包括：泵转子21、高速轴22、大齿轮23、小齿轮24、推力盘 25、径向滑动轴承26、低速轴27、推力滑动轴承28,高速轴22的两端分别安装泵转子21， 径向滑动轴承26和推力盘25分别安装于小齿轮24的两侧，低速轴27上大齿轮23两侧分 别安装推力滑动轴承28。
[0031] 如图6所示，箱体部件3上设置有2个定位法兰31。
[0032] 如图7所示，推力盘结构包括卡套4、卡环5、推力盘25、大齿轮23、小齿轮24,推力 盘25上设置Γ?3°倾斜角，以便形成油楔，提高其承载能力；大齿轮23的侧面与齿面一 起进行表面渗氮处理，大齿轮23侧面应与推力盘25侧面有一个硬度差HB50?70,前者的 硬度大一些，以便于维修或更换推力盘25小件。
[0033] 本实用新型利用大小齿轮节圆处的相对速度为零，在高速轴22的小齿轮24轴向 两侧安装推力盘25 ;高速轴22两端泵转子21未平衡的轴向力与单斜齿圆柱齿轮轴向力之 差通过高速轴22上的推力盘25传到大齿轮23的侧面，再传到低速轴27的推力滑动轴承 28上，仅在低速轴27上设置轴位移监测器，因此能取消高速轴22的高速推力轴承，高速轴 承的功耗与平均半径处的线速度之差成正比，决定了推力盘具有很小功耗。
[0034] 推力盘平衡轴向力原理：
[0035] 采用锥面推力盘传递轴向力，简化了高速轴上的止推轴承结构，
[0036] 具体实施时，实施例一：
[0037] 某石化100万吨/年汽柴油加氢裂化装置工程加氢进料泵，其性能参数为流 量：63m 3/h，扬程：l83lm，入 口压力 0· 8MPa. G，出 口压力 I6. I6MPa. G，密度 855· 5Kg/m3,温度 50 °C，NPSHa 为彡 8m。
[0038] 本技术与现有旋壳泵技术选型方案比较：
[0039]
【权利要求】
1. 齿轮增速组装式高速旋壳泵机组，其特征在于：泵机组包括齿轮增速组装式高速旋 壳泵、一体式轴头油泵￠)、联轴器（7)、驱动电机（8);所述的齿轮增速组装式高速旋壳泵 包括定子部件（1)、转子部件（2)、箱体部件（3);转子部件（2)由高速、低速轴系组成，包括 泵转子（21)、高速轴（22)、大齿轮（23)、小齿轮（24)、推力盘（25)、径向滑动轴承（26)、低 速轴（27)、推力滑动轴承（28);低速轴（27)上设置有大齿轮（23)，低速轴（27)左侧设置 有高速轴（22)，高速轴（22)上设置有小齿轮（24);定子部件（1)包括2个旋壳泵吸入/吐 出组件；定子部件（1)的保护壳连接在增速部件的定位法兰（31)上。
2. 根据权利要求1所述的齿轮增速组装式高速旋壳泵机组，其特征在于：所述的驱动 电机⑶通过联轴器（7)与齿轮增速组装式高速旋壳泵的低速轴（27)直接相连。
3. 根据权利要求1所述的齿轮增速组装式高速旋壳泵机组，其特征在于：所述的转子 部件（2)位于箱体部件（3)和保护壳体内；所述的高速轴（22)的两端与旋壳泵转子（21) 直接连接；所述的大齿轮（23)前后两侧分别设置有推力滑动轴承（28)，小齿轮（24)前后 两侧分别设置有径向滑动轴承（26);所述的大齿轮（23)与小齿轮（24)组成的齿轮副采用 单斜齿结构，小齿轮（24)齿宽两侧设有推力盘（25)，推力盘（25)与大齿轮（23)侧面设有 1°?3°倾斜角。
4. 根据权利要求1所述的齿轮增速组装式高速旋壳泵机组，其特征在于：所述的齿轮 增速组装式高速旋壳泵每个旋壳泵吸入/吐出部件的轴封（13)安装在泵的入口侧。
5. 根据权利要求1所述的齿轮增速组装式高速旋壳泵机组，其特征在于：所述的齿轮 增速组装式高速旋壳泵每个旋壳泵吸入/吐出部件，均采用皮托管（15)作为能量转换元 件。
【文档编号】F04D29/046GK204152801SQ201420527500
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】项伟 申请人:江苏海狮泵业制造有限公司