一体式转子轴向力自平衡离心泵、控制方法及终端与流程

本发明涉及离心泵技术领域，尤其是涉及一种一体式转子轴向力自平衡离心泵、控制方法及终端。

背景技术：

离心泵是一种靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵，离心泵在工业生产中得到了广泛的运用。现有技术中的离心泵的结构简述如下：包括有泵体和叶轮，叶轮安装于泵体内腔，泵体具有泵体入水口和泵体出水口，叶轮具有叶轮入水口和叶轮出水口，流体从泵体入水口进入叶轮入水口，并从所述叶轮出水口流出至泵腔，并由泵体出水口流出。

例如，如图1所示，叶轮入水口端设置有叶轮口环2’，在泵体内腔相对叶轮口环2’的内壁设置有泵体口环1’，在叶轮另一侧的转子外部套设有叶轮后口环3’，在相对叶轮后口环3’的位置设置有隔板4’，当叶轮受到的轴向力指向右侧时，通过叶轮后口环3’与隔板4’之间的摩擦抵消指向右侧的轴向力，当叶轮受到的轴向力指向左侧时，通过叶轮口环2’与泵体口环1’之间的摩擦抵消指向左侧的轴向力。叶轮的轴向力通过叶轮口环2’与泵体口环1’，或者叶轮后口环3’与隔板4’之间的摩擦来抵消，因而磨损较快，寿命较短。

又例如，如图2所示，为了抵消叶轮旋转过程中的轴向力，在叶轮靠近转子一侧设置有叶轮后口环6’，在泵轴的滑动轴承外侧套设有止推环5’，叶轮后口环6’用于抵消部分轴向力，止推环5’用于抵消另外一部分轴向力，但是不同工况下止推环5’的轴向力大小、方向不一致，摩擦副的磨损情况不易控制、使用寿命不稳定。

因而，如何更好地抵消离心泵的叶轮在运动过程中的轴向力，以减少磨损、减少流体泄漏以及提高设备使用寿命成为人们亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种一体式转子轴向力自平衡离心泵、控制方法及终端，以缓解现有技术中存在的离心泵的叶轮在运动过程中的磨损、流体泄漏以及设备使用寿命不长的问题。

本发明提供了以下技术方案：

一种一体式转子轴向力自平衡离心泵，包括泵体、叶轮、转子、泵轴、轴承和隔离套；

叶轮入水口处设置有叶轮口环，泵体内壁设置有与所述叶轮口环配套使用的泵体口环，所述叶轮口环与所述叶轮同步旋转，并在所述叶轮的带动下沿其轴线方向移动以打开或者闭合所述叶轮口环与所述泵体口环之间的流体通道；所述转子与所述叶轮的端部连接，并具有用于容纳所述泵轴和所述轴承的空腔，所述转子靠近所述叶轮一侧设置有通孔，所述泵轴穿过所述通孔并进入所述空腔；所述隔离套盖合于所述转子和所述叶轮外侧；所述隔离套具有伸入所述转子空腔的空心凸台，所述泵轴伸入所述空心凸台；所述轴承位于所述空腔内、套装于所述泵轴上，并可沿所述泵轴滑动，所述轴承靠近所述叶轮的端部与所述转子之间形成过流槽；

当流体从叶轮入水口进入叶轮内腔后从叶轮出水口流出、以顺时针方向流过叶轮与隔离套之间的间隙、流入转子内腔并通过过流槽回流至叶轮内腔以形成第一流体回路；

当流体从叶轮入水口进入叶轮内腔后从叶轮出水口流出、以逆时针方向流过叶轮口环和泵体口环之间的间隙，并回流至叶轮入水口形成第二流体回路。

更进一步地，

工作过程中，叶轮具有第一位置和第二位置，

在所述叶轮位于第一位置时，所述叶轮口环与所述泵体口环分离，所述过流槽由所述泵轴密封，所述第二流体回路导通，所述第一流体回路闭合；

在所述叶轮位于第二位置时，所述叶轮口环与所述泵体口环相抵，且所述过流槽导通，所述第一流体回路导通，所述第二流体回路闭合；

叶轮在流体的驱动力作用下沿所述第一位置和所述第二位置之间的任一位置移动。

更进一步地，

所述叶轮与所述隔离套之间竖直方向的间隙为第一间隙，所述转子靠近所述叶轮的转角区与所述隔离套之间的间隙为第二间隙，所述转子与所述隔离套之间水平方向的间隙为第三间隙，所述转子远离所述叶轮的端部与所述隔离套之间竖直方向的间隙为第四间隙；所述轴承与所述转子内腔之间的间隙为第五间隙；

在第一流体回路导通时，流体依次流经第一间隙、第二间隙、第三间隙、第四间隙、第五间隙以及过流槽。

更进一步地，

所述叶轮与所述转子一体连接。

更进一步地，

所述泵轴在靠近所述叶轮的端部设置为半球形结构，用于在第一流体回路导通时方便流体通过，以及避免转子在沿其轴线方向运动的过程中卡死。

一种用于上述技术方案中的一体式转子轴向力自平衡结构的控制方法，包括以下步骤：

参数设定：预设各部件位置关系、流体流动状态以及叶轮运动过程中各部件之间的过流间隙；

三维建模：根据各部件位置关系、流体流动状态以及各部件之间的过流间隙建立三维模型；

仿真分析：仿真软件分析三维模型的轴向力大小及方向，并得到轴向力大小数据及方向数据；

判断分析：判断所述轴向力大小数据和所述方向数据是否在预设范围内，在所述轴向力大小数据或所述方向数据超过预设范围时，判定重新进行三维建模步骤，并调整各部件位置关系或各部件之间的过流间隙；在所述轴向力大小数据或方向数据位于预设范围内时，判定各部件位置关系、流体流动状态以及各部件之间的过流间隙合格。

更进一步地，

各部件包括：泵体、叶轮、转子、泵轴、滑动轴承、隔离套、叶轮口环以及泵体口环。

更进一步地，

所述过流间隙包括有第一间隙、第二间隙、第三间隙、第四间隙、第五间隙以及过流槽。

更进一步地，

所述仿真软件为ANSYS分析软件。

一种用于一体式转子轴向力自平衡离心泵的终端，包括有：参数设定模块、三维建模模块、仿真分析模块以及判断分析模块；

所述参数设定模块用于：预设各部件位置关系、流体流动状态以及叶轮运动过程中各部件之间的过流间隙；

所述三维建模模块用于：根据各部件位置关系、流体流动状态以及各部件之间的过流间隙建立三维模型；

所述仿真分析模块用于：仿真软件分析三维模型的轴向力大小及方向，并得到轴向力大小数据及方向数据；

所述判断分析模块用于：判断所述轴向力大小数据和方向数据是否在预设范围内，在所述轴向力大小数据或方向数据超过预设范围时，判定重新进行三维建模步骤，并调整各部件位置关系或各部件之间的过流间隙；在所述轴向力大小数据或方向数据位于预设范围内时，判定各部件位置关系、流体流动状态以及各部件之间的过流间隙合格。

结合以上技术方案，由于本发明提供了一种一体式转子轴向力自平衡离心泵，包括泵体、叶轮、转子、泵轴、轴承和隔离套。在工作过程中，当转子受到的轴向力指向泵体时，转子向泵体方向移动，第一流体回路导通，第二流体回路闭合，第二流体回路中的作用于叶轮的压强逐渐增大，以平衡指向泵体的轴向力。当转子受到的轴向力指向隔离套时，转子向隔离套方向移动，第一流体回路闭合，第二流体回路导通，第一流体回路中的作用于叶轮的压强逐渐增大，以平衡指向隔离套的轴向力。由于第一流体回路和第二流体回路中的流体作用于叶轮表面的压强可以平衡叶轮的轴向力，

叶轮在工作过程中，由于第一流体回路和第二流体回路的存在，第一流体回路和第二流体回路中的流体作用于叶轮表面的压强平衡叶轮的轴向力，叶轮始终处于自平衡状态，因而可以减少现有技术中的叶轮口环和泵体口环始终处于接触状态所造成的磨损问题，以及减少止推环的磨损问题。另外，从叶轮出水口流出的流体经第一流体回路或第二流体回路回流至叶轮内腔，因而可以有效减少流体泄漏。

综上，本发明提供的一体式转子轴向力自平衡离心泵可以减少磨损、减小流体泄漏以及延长离心泵的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为现有技术中存在的一种离心泵的结构示意图；

图2为现有技术中存在的另一种离心泵的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的离心泵的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的离心泵的第一间隙、第二间隙、第三间隙、第四间隙、第五间隙以及过流槽的示意图；

图5为本发明实施例提供的离心泵在第二流体回路导通时的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的离心泵在第一流体回路导通时的结构示意图。

图标：1’－泵体口环；2’－叶轮口环；3’－叶轮后口环；4’－隔板；5’－止推环；6’－叶轮后口环；1－泵体；2－叶轮；3－转子；4－泵轴；5－轴承；6－隔离套；7－叶轮口环；8－泵体口环；21－叶轮入水口；22－叶轮出水口；91－第一间隙；92－第二间隙；93－第三间隙；94－第四间隙；95－第五间隙；96－过流槽。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对实施例1和实施例2进行详细描述：

图1为现有技术中存在的一种离心泵的结构示意图；图2为现有技术中存在的另一种离心泵的结构示意图；图3为本发明实施例提供的离心泵的结构示意图；图4为本发明实施例提供的离心泵的关于第一间隙、第二间隙、第三间隙、第四间隙、第五间隙以及过流槽的示意图；图5为本发明实施例提供的离心泵在第二流体回路导通时的结构示意图；图6为本发明实施例提供的离心泵在第一流体回路导通时的结构示意图。

实施例1

请一并参照图3-图6，本实施例提供了一种一体式转子轴向力自平衡离心泵，包括泵体1、叶轮2、转子3、泵轴4、轴承5和隔离套6，具体而言：

叶轮入水口21处设置有叶轮口环7，泵体1内壁设置有与叶轮口环7配套使用的泵体口环8，叶轮口环7与叶轮2同步旋转，并在叶轮2的带动下沿其轴线方向移动以打开或者闭合叶轮口环7与泵体口环8之间的流体通道；转子3与叶轮2的端部连接，并具有用于容纳泵轴4和轴承5的空腔，转子3靠近叶轮2一侧设置有通孔，泵轴4穿过通孔并进入空腔；隔离套6盖合于转子3和叶轮2外侧；隔离套6具有伸入转子3空腔的空心凸台，泵轴4伸入空心凸台；轴承5位于空腔内、套装于泵轴4上，并可沿泵轴4滑动，轴承5靠近叶轮2的端部与转子3之间形成过流槽96。

当流体从叶轮入水口21进入叶轮2内腔后从叶轮出水口22流出、以顺时针方向流过叶轮2与隔离套6之间的间隙、流入转子3内腔并通过过流槽96回流至叶轮2内腔形成第一流体回路。

当流体从叶轮入水口21进入叶轮2内腔后从叶轮出水口22流出、以逆时针方向流过叶轮口环7和泵体口环8之间的间隙，并回流至叶轮入水口21形成第二流体回路。

由于第一流体回路和第二流体回路的存在，第一流体回路和第二流体回路中的流体作用于叶轮2表面的压强平衡叶轮2的轴向力，叶轮2始终处于自平衡状态，因而可以减少现有技术中的叶轮口环7和泵体口环8始终处于接触状态所造成的磨损问题，以及减少止推环的磨损问题。另外，从叶轮出水口22流出的流体经第一流体回路或第二流体回路回流至叶轮2内腔，因而可以有效减少流体泄漏。

综上，本发明提供的一体式转子轴向力自平衡离心泵可以减少磨损、减小流体泄漏以及延长离心泵的使用寿命。

需要说明的是：叶轮2具有第一位置和第二位置，叶轮2在流体的驱动力作用下沿第一位置和第二位置之间的任一位置移动。在叶轮2位于第一位置时，叶轮口环7与泵体口环8分离，过流槽96由泵轴4密封，第二流体回路导通，第一流体回路闭合；在叶轮2位于第二位置时，叶轮口环7与泵体口环8相抵，且过流槽96导通，第一流体回路导通，第二流体回路闭合。

本实施例的可选方案中，第一流体回路具有第一间隙91、第二间隙92、第三间隙93、第四间隙94、第五间隙95以及过流槽96，具体而言：

叶轮2与隔离套6之间竖直方向的间隙为第一间隙91，转子3靠近叶轮2的转角区与隔离套6之间的间隙为第二间隙92，转子3与隔离套6之间水平方向的间隙为第三间隙93，转子3远离叶轮2的端部与隔离套6之间竖直方向的间隙为第四间隙94；轴承5与转子3内腔之间的间隙为第五间隙95；在第一流体回路导通时，流体依次流经第一间隙91、第二间隙92、第三间隙93、第四间隙94、第五间隙95以及过流槽96。

需要说明的是，请参照附图5和附图6，以下为了描述方便，第一间隙91为A区，第二间隙92为B区，第三间隙93为C区，第二流体回路中的叶轮2与泵体1之间的间隙为D区。

在叶轮2受到的轴向力指向泵体1时，叶轮2向泵体1方向移动，第一流体回路逐渐导通，第二流体回路逐渐闭合，A区、B区、C区的作用于叶轮2表面的压强逐渐减小，D区作用于叶轮2表面的压强逐渐增大，且D区作用于叶轮2表面的压强可以逐渐平衡叶轮2所受的轴向力，从而使得叶轮2处于受力平衡状态。

在叶轮2受到的轴向力指向隔离套6时，叶轮2向隔离套6方向移动，第一流体回路逐渐闭合，第二流体回路逐渐导通，A区、B区、C区的作用于叶轮2表面的压强逐渐增大，D区作用于叶轮2表面的压强逐渐变小，且A区、B区和C区的压强可以逐渐平衡叶轮2所受的轴向力，从而使得叶轮2处于受力平衡状态。

还需要说明的是，高压流体经过A区形成第一次降压，A区的间隙优选设置为0.5-5mm。经过第一次降压后的流体经过B区进行第二次降压，B区的间隙优选设置为0.1-2mm。经过第二次降压后的流体经过C区进行第三次降压，第三次降压的下降幅度比第一次降压和第二次降压的下降幅度小，C区间隙优选设置为0.5-3mm。

本实施例的可选方案中，叶轮2与转子3一体连接。现有技术中，叶轮2与转子3分体连接，因而存在效率损失问题。一体连接的方式可在保证牢固性的前提下提高叶轮2的工作效率。

本实施例的可选方案中，泵轴4在靠近叶轮2的端部设置为半球形结构，用于在第一流体回路导通时方便流体通过，以及避免转子3在沿其轴线方向运动的过程中卡死。

另外，需要说明的是，本发明在现有技术的离心泵的基础上省略了泵轴4上的螺母的设置(如图2中泵轴4两端的螺母)，彻底消除了现有技术中的螺母脱落的问题，延长了离心泵的使用寿命。

实施例2

本实施例提供了一种用于实施例1中的一体式转子3轴向力自平衡结构的控制方法，包括以下步骤：

参数设定：预设各部件位置关系、流体流动状态以及叶轮2运动过程中各部件之间的过流间隙；

三维建模：根据各部件位置关系、流体流动状态以及各部件之间的过流间隙建立三维模型；

仿真分析：仿真软件分析三维模型的轴向力大小及方向，并得到轴向力大小数据及方向数据；

判断分析：判断轴向力大小数据和方向数据是否在预设范围内，在轴向力大小数据或方向数据超过预设范围时，判定重新进行三维建模步骤，并调整各部件位置关系或各部件之间的过流间隙；在轴向力大小数据或方向数据位于预设范围内时，判定各部件位置关系、流体流动状态以及各部件之间的过流间隙合格。

本实施例的可选方案中，

各部件包括：泵体1、叶轮2、转子3、泵轴4、滑动轴承5、隔离套6、叶轮口环7以及泵体口环8。

本实施例的可选方案中，

过流间隙包括有第一间隙91、第二间隙92、第三间隙93、第四间隙94、第五间隙95以及过流槽96。

本实施例的可选方案中，

仿真软件为ANSYS分析软件。

实施例3

本实施例提供了一种用于一体式转子轴向力自平衡离心泵的终端，包括有：参数设定模块、三维建模模块、仿真分析模块以及判断分析模块；

参数设定模块用于：预设各部件位置关系、流体流动状态以及叶轮2运动过程中各部件之间的过流间隙；

三维建模模块用于：根据各部件位置关系、流体流动状态以及各部件之间的过流间隙建立三维模型；

仿真分析模块用于：仿真软件分析三维模型的轴向力大小及方向，并得到轴向力大小数据及方向数据；

判断分析模块用于：判断轴向力大小数据和方向数据是否在预设范围内，在轴向力大小数据或方向数据超过预设范围时，判定重新进行三维建模步骤，并调整各部件位置关系或各部件之间的过流间隙；在轴向力大小数据或方向数据位于预设范围内时，判定各部件位置关系、流体流动状态以及各部件之间的过流间隙合格。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。