专利名称：消除屏蔽泵叶轮轴向力的方法和结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及水泵技术领域，特别是屏蔽泵的轴向力平衡技术。
背景技术：
现有技术中，屏蔽泵无轴封装置，电机和泵同轴，利用屏蔽套将定子、转子与输送介质隔开，电 机冷却和轴承润滑采用自身输送介质，轴支撑采用滑动轴承。屏蔽泵在运转中，当叶轮前盖板、后盖 板所受压力不平衡时就会产生轴向力，该轴向力通过转子组件作用在推力轴承上。现有的泵轴向力平 衡技术有平衡孔方式和背叶片方式。但现有技术不能完全平衡轴向力，残余的轴向力造成较大的向后 轴向推力。因此现有的屏蔽泵均不能有效地避免推力盘与推力轴承的推力面之间的接触，这会导致推 力轴承的磨损。同时，在实际使用过程中，输送介质的比重、粘度均对轴向力的大小和方向产生影响， 流量的改变也会导致轴向力发生变化，因此现有技术不能自动适应波动的轴向力。为了解决上述问题, 专利申请号为200410084383.1 ,公开号为CN1779275A的发明公开了一种轴向力平衡的方法，该 方法的结构由泵体、泵轴、叶轮和轴承座构成，所述的轴承座设置在所述的泵体内，所述的轴承设置 在所述的轴承座中，所述的叶轮套设在所述的泵轴上并位于所述的轴承座的前方，其中，所述的叶轮 的前盖板上设置有一个圆柱状凸台，所述的圆柱状凸台的轴心线与所述的泵轴的轴心线重合，所述的 叶轮前侧的泵体内侧设置有一个第一圆柱状腔体，所述的第一圆柱状腔体的轴心线与所述的圆柱状凸 台的轴心线重合，所述的圆柱状凸台设置在所述的第一圆柱状腔体内，所述的圆柱状凸台的外圆周面 与所述的第一圆柱状腔体的内壁周围面之间设置有第一间隙，所述的叶轮的后盖板上设置有一个凸起 的圆柱状凸环，所述的圆柱状凸环的轴心线与所述的泵轴的轴心线重合，所述的叶轮后侧的泵体内侧 设置有一个第二圆柱状腔体，所述的第二圆柱状腔体的轴心线与所述的圆柱状凸环的轴心线重合，所 述的圆柱状凸环设置在第二圆柱状腔体内，所述的圆柱状凸环的外周围面与所述的第二圆柱状腔体的 内壁周围面之间设置有第二间隙，所述的轴承座上向所述的叶轮的后盖板的端面方向设置有一个凸出 部，所述的凸出部的端面与所述的叶轮的后盖板的端面之间设置有一个第三间隙。这个发明的工作原 理是当向前轴向力增大时，叶轮往前移动，轴向设置的第三间隙增大，泄漏量增大，叶轮后盖板的 压力下降，在叶轮前盖板压力的作用下，叶轮则向后移动，轴向设置的第三间隙减小，泄漏量减小， 叶轮后盖板的压力增加，在叶轮后盖板压力的作用下，叶轮则向前移动，以上过程使叶轮达到动态平 衡。
以上的工作原理中，根据实验表明，"当向前轴向力增大时，叶轮往前移动，轴向设置的第三间 隙增大，泄漏量增大，叶轮后盖板的压力下降，在叶轮前盖板压力的作用下，叶轮则向后移动"，叶 轮向后移动的原因并不是因为"第三间隙增大，泄漏量增大"，因为当第三间隙增大，泄漏量增大时，
第三间隙已经失去了作用，这时叶轮向后移动的作用因素是叶轮的前盖板上圆柱状凸台和叶轮前侧 的泵体内侧第一圆柱状腔体之间的某个间隙(这个间隙在其结构和原理中没有特定指出)，是这个间隙减小，泄漏量减小，第一圆柱状腔体内的低压通过平衡孔向第二圆柱状腔体转移，使第二 圆柱状腔体处于低压状态，在叶轮前后压力差的作用下，使得叶轮向后移动；"叶轮则向后移动，轴向 设置的第三间隙减小，泄漏量减小，叶轮后盖板的压力增加，在叶轮后盖板压力的作用下，叶轮则向 前移动"的论述也缺乏条件，虽然这时的第三间隙是起关键作用，但原理则是叶轮向后移动，轴向 设置的第三间隙减小，泄漏量减小，第二圆柱状腔体内的低压通过平衡孔向第一圆柱状腔体转移，在 叶轮前后压力差的作用下，叶轮则向前移动。
在其原理中，没有提到第一圆柱状腔体和第二圆柱状腔体之间的叶轮平衡孔的存在，更没有解释 平衡孔在其中的作用，如果其结构是没有平衡孔的，那么叶轮的动态平衡在这个结构中根本就无法实 现。
在其结构中，所述的第一间隙和第二间隙的存在对输送介质的比重黏度和流量大小的变化没有实 际意义，因为决定输送介质通过的，应该是第三间隙、叶轮的前盖板上圆柱状凸台和叶轮前侧的泵体 内侧第一圆柱状腔体之间的某个间隙，是这两个间隙的动态过程中出现的极限间隙决定了输送介质的 通过能力。
以上的工作原理并没有发现叶轮能达到动态平衡的原理本质，以上结构(假设在叶轮有平衡孔的 前提下)也只是使叶轮达到动态平衡一个特例，并且在这个特例中结构复杂、动态间隙的设置模糊而 且不合理。这样造成的结果是不能根据正确的本质原理去制造各种有用科学合理的结构，使叶轮能 在不同工况下随心所欲地达到动态平衡。也使泵的效率卜降。
发明内容
本发明所要解决的现有技术中的问题是发现能使叶轮轴向动态平衡的原理本质，可根据原理设 计制造不同的叶轮轴向动态平衡的结构，使叶轮能真正做到在不同泵体结构和工况条件下达到动态平 衡。
本发明为解决现有技术中的上述问题所采用的技术方案是所述的这种改进的屏蔽泵轴向力平衡 结构由泵体、泵轴、叶轮和轴承座构成，所述的轴承座设置在所述的泵体内，所述的叶轮套设在所述 的泵轴上并位于所述的轴承座的前方，其中，所述的泵体的前端面和叶轮前盖板端面的轴心线与所述 的泵轴的轴心线重回，泵体的前端面与叶轮前盖板端面之间形成一个动态第一间隙。所述的泵体的轴 承座前端面和叶轮后盖板端面的轴心线与所述的泵轴的轴心线重回，轴承座前端面与叶轮后盖板端面 之间形成一个动态第二间隙。所述叶轮与进水口之间形成第一压力空间，所述叶轮与轴承座前端面之 间形成第二压力空间。第一压力空间与第二压力空间之间通过设在叶轮上的平衡孔相通。
进一步的，所述的泵体的前端面与同一轴心线上的叶轮前盖板端面平行，所述的泵体的轴承座 前端面与同一轴心线上的叶轮后盖板端面平行。
再进一步的，在所述的第一、第二间隙之间，可在叶轮朝向泵体的前端面和轴承座端面的部位， 设置两个环形凸出部分，环形凸出部的端面与泵体的前端面和轴承座端面平行，环形凸出部的端面大 小可根据实际要求设置。也可在泵体的前端面和轴承座端面朝向叶轮的部位，设置两个环形凸出部分， 两个环形凸出部的端面分别与叶轮前盖板端面和叶轮后盖板端面平行，环形凸出部的端面大小可根据 实际要求设置。
4再进一步的，所述的联通第一压力空间与第二压力空间的叶轮平衡孔至少有两个或两个以上，并 各个平衡孔之间呈均匀分布。
再进一步的，本原理结构也同样可以用在多级泵中，对本结构的增压腔叠加即可。
再进一步的，所述的叶轮可以在所述的泵轴上呈轴向滑动。
本发明的工作原理是当第一压力空间内是低压时，第一压力空间内压力小于第二压力空间的压 力，在叶轮前后压力差的作用下，叶轮往第一压力空间移动。此时轴向设置的第一间隙减小，泄漏量 减少，当第一间隙进一步减小，泄漏量进一步减少时，第一压力空间内的低压通过叶轮上的平衡孔向 第二压力空间转移，当第二压力空间内压力小于第一压力空间的压力时，在叶轮前后压力差的作用下, 叶轮向第二压力空间移动。当叶轮进一步往第二压力空间移动，此时第二间隙减小，泄漏量减少，低 压区重新通过平衡孔向第一压力空间转移，在叶轮前后压力差的作用下，叶轮停止向第二压力空间移 动并向第一压力空间移动，以上过程中使叶轮自动寻找到一个平衡位置，达到叶轮动态平衡的目的。
平衡孔的大小关系到间隙的极限大小和水泵效率及介质通过能力，即平衡孔越大，第一第二间隙 的极限间隙也越大，泵效率越小，输送不同比重黏度介质的能力越强。平衡孔越小，第一第二间隙的 极限间隙也越小，泵效率越高，输送不同比重黏度介质的能力越弱。这可根据不同使用条件下灵活设 置。由T第一间隙和第二间隙很小，可大大提高浆的效率。
本发明与已有技术对照，其效果是积极和明显的。本发明利用轴向设置的可变间隙、固定设置的 叶轮平衡孔、通过平衡孔互通的第一第二压力空间构成液压动态平衡系统，能够有效地实时平衡轴向 力，减少易损件推力轴承的使用，减少轴承摩擦，进一步减少了泵的故障率，提高泵寿命；利用平衡 孔大小和极限间隙的关系，可调整出泵的最高效率，可弥补屏蔽泵因使用叶轮平衡孔泄漏的效率损失， 可大大提高屏蔽泵的效率；因为第一第二间隙可以做得很小，泵效率进一步提高，超过了常规水泵的 效率；泵的体积和重量也相应地减小了。
图l是本发明的改进的屏蔽泵轴向力平衡结构的结构示意图。泵体l、叶轮2、泵轴3、轴承4、 轴承座5、第一压力空间6、第二压力空问7、叶轮平衡孔8、第一动态间隙9、第二动态间隙IO、叶 轮后盖板端面环形凸出部分ll、叶轮前盖板端面环形凸出部分12、泵体前端面环形凸出部分13、轴 承座端面环形凸出部分14。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的改进的屏蔽泵平衡结构由泵体l、泵轴3、叶轮2、轴承座5构成，所述 的轴承座5设置在所述的泵体1内，所述的轴承座5内设置有轴承4，所述的泵轴3设置在轴承4中， 所述的叶轮2套设在所述的泵轴3上并位于所述的轴承座5的前方，其中，所述的叶轮2、泵体前端 面、轴承座5前端面与泵轴3的轴心线重合，所述的第一压力空间6和第二压力空间7通过叶轮平衡 孔8相通，所述的泵体前端面和叶轮2前盖板端面形成第一动态间隙9，所述的轴承座5前端面和叶 轮2后盖板端面形成第二动态间隙10。在本发明的一个优选实施例中，所述的泵体前端面和叶轮2前盖板端面平行，所述的轴承座5前端 面和叶轮2后盖板端面平行。
在本发明的一个优选实施例中，在所述的叶轮分别朝向泵体的前端面和轴承座端面的部位，设置 两个环形凸出部分，即叶轮后盖板端面环形凸出部分11和叶轮前盖板端面环形凸出部分12，环形凸 出部的端面与泵体的前端面和轴承座端面平行。
在本发明的一个优选实施例中，在所述的泵体的前端面和轴承座端面朝向叶轮的部位，设置两个 环形凸出部分，即泵体前端面环形凸出部分13和轴承座端面环形凸出部分14,两个环形凸出部的端 面分别与叶轮前盖板端面和叶轮后盖板端面平行。
在本发明的一个优选实施例中，叶轮2套设在泵轴3上可沿着泵轴自由滑动。
权利要求
1.一种改进的屏蔽泵轴向力平衡结构，由泵体、泵轴、叶轮和轴承座构成，所述的轴承座设置在所述的泵体内，所述的叶轮套设在所述的泵轴上并位于所述的轴承座的前方，其特征在于所述的泵体的前端面和叶轮前盖板端面的轴心线与所述的泵轴的轴心线重合，泵体的前端面与叶轮前盖板端面之间形成一个动态第一间隙，所述的泵体的轴承座前端面和叶轮后盖板端面的轴心线与所述的泵轴的轴心线重合，轴承座前端面与叶轮后盖板端面之间形成一个动态第二间隙，所述叶轮与进水口之间形成第一压力空间，所述叶轮与轴承座之间形成第二压力空间，第一压力空间与第二压力空间之间通过设在叶轮上的平衡孔相通。
2. 如权利要求1所述改进的屏蔽泵轴向力平衡结构，其特征在于所述的泵体的前端面与同一轴 心线上的叶轮前盖板端面平行，所述的泵体的轴承座前端面与同一轴心线上的叶轮后盖板端面平 行。
3. 如权利要求l所述改进的屏蔽泵轴向力平衡结构，其特征在于在所述的第一、第二间隙之间， 可在叶轮朝向泵体的前端面和轴承座端面的部位，设置两个环形凸出部分，环形凸出部的端面与泵 体的前端面和轴承座端面平行，环形凸出部的端面大小可根据实际要求设置，也可在泵体的前端面 和轴承座端面朝向叶 轮的部位，设置两个环形凸出部分，两个环形凸出部的端面分别与叶轮前盖板 端面和叶轮后盖板端面平行，环形凸出部的端面大小可根据实际要求设置。
4. 如权利要求1所述改进的屏蔽泵轴向力平衡结构，其特征在于所述的联通第一压力空间与第 二压力空间的叶轮平衡孔至少有两个或两个以上，并各个平衡孔之间呈均匀分布。
5. 如权利要求1所述改进的屏蔽泵轴向力平衡结构，其特征在于所述的叶轮可以在所述的泵轴 上呈轴向滑动。
全文摘要
一种消除屏蔽泵叶轮轴向力平衡结构。所述的这种改进的屏蔽泵轴向力平衡结构由泵体、泵轴、叶轮和轴承座构成，所述的轴承座设置在所述的泵体内，所述的叶轮套设在所述的泵轴上并位于所述的轴承座的前方，本发明利用轴向设置的可变间隙、固定设置的叶轮平衡孔、通过平衡孔互通的第一第二压力腔构成液压动态平衡系统，能够有效地实时平衡轴向力，减少易损件推力轴承的使用，减少轴承摩擦，进一步减少了泵的故障率，提高泵寿命，提高泵效率。
文档编号F04D29/66GK101666330SQ200810213430
公开日2010年3月10日 申请日期2008年9月2日 优先权日2008年9月2日
发明者练荣辉 申请人:练荣辉