专利名称：水平轴向吸入节段式多级高压离心泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种泵类产品，特别是涉及一种应用于反渗透法海水淡化系统及工业 电厂给水的节段式多级高压离心泵。
背景技术：
应用反渗透法作为当今世界主流的海水淡化方法之一，在海水淡化工程中所占比 例越来越大，尤其在我国，反渗透法的比例在80%以上。其中渗透膜、高压泵、能量回收装 置是反渗透法海水淡化的三大核心技术。作为三大核心技术之一的高压泵为海水渗透膜提 供超过6-12MPa的压力。目前日处理10000吨海水的反渗透法海水淡化高压泵的流量为 210-420m3/h，扬程为550 700m。对这样中大流量的高压泵，使用节段式多级高压离心泵 时其泵效可达75-80%。由于该结构泵结构简单、体积小、重量轻、价格便宜，适用于反渗透 海水淡化工程。目前，节段式多级高压离心泵的两端均设有油轴承部件，两端有两套轴封机构，泵 相对较长，其采用单平衡盘来平衡轴向力，泵运行可靠性差。而用于海水淡化工程的高压泵 要求结构更简单、可靠，希望安装占地小，装拆更方便，考虑到高压泵的可靠运行，对原结构 进行改进十分必要。高压泵是反渗透法海水淡化系统的关键设备之一，是反渗透海水淡化装置中最耗 电的设备，是影响造水成本的主要因素之一，所以高效率、运行可靠的高压泵对海水淡化系 统十分重要。目前我国海水淡化产业刚刚起步，现有海水淡化系统中的高压泵主要依赖进 口，所以开发应用于海水淡化的高压泵对我国海水淡化事业发展具有重大意义。
发明内容本发明为克服上述不足，而提供一种结构紧凑、运行可靠、平衡性好、安装简易、维 护方便的水平轴向吸入节段式多级高压离心泵，并在反渗透法海水淡化系统中得以应用。本发明的目的通过如下技术方案来实现一种水平轴向吸入节段式多级高压离心 泵，包括泵壳体组件、转子组件、轴承组件、密封盖，其中泵壳体组件由依次相连的吸入段壳 体、中间段壳体、吐出段壳体组成，转子组件为多级叶轮同向布置的分段式结构而包括首级 叶轮、次级叶轮、导叶、转轴，在所述首级叶轮处设有滑动轴承与首级叶轮密封环或者在所 述第一级导叶处设有滑动轴承与轴套；在所述吐出段壳体内、并在转轴上装有平衡鼓，在该 平衡鼓的外围装有平衡套及平衡套压板，所述平衡鼓与平衡套之间、平衡鼓与平衡套压板 之间均具有间隙。采用本发明结构后，由于在首级叶轮处或者在第一级导叶处设置了一对滑动轴承 付，使滑动轴承能克服较大的支撑力，使高压泵能平衡良好地运转；由于设置了由平衡鼓、 平衡套、平衡套压板等组成的轴向力平衡机构，更提高了高压泵运行的可靠性、平衡性。且 本发明结构紧凑、安装简易、维护方便，特别适用于反渗透法海水淡化系统。该高压泵的成 功研发实现了国产化且形成了自主知识产权，克服了国外技术封锁的被动局面，具有显著
3的技术进步与有益效果。以下结合附图及实施方式对本发明作进一步的详细描述。
图1为本发明水平轴向吸入节段式多级高压离心泵的剖视结构示意图。图2为
图1中的转子组件及轴向力平衡机构的平衡鼓安装的放大示意图。图3为本发明的滑动轴承设置在首级叶轮处以及与吸入段壳体、首级叶轮密封环 连接的放大示意图。图4为本发明的滑动轴承设置在第一级导叶处以及与轴套、转轴连接的放大示意 图。图5为本发明的滑动轴承的放大示意图。图6为
图1中的轴向力平衡机构在转轴上的安装结构示意图(放大)。
具体实施方式
参照附图可知，本发明水平轴向吸入节段式多级高压离心泵，包括泵壳体组件、转 子组件22、轴承组件21、密封盖19，其中泵壳体组件由依次相连的吸入段壳体1、中间段壳 体8、吐出段壳体15组成(如
图1所示，拉紧螺栓2的两端分别用拉紧螺母3固定在吸入段 壳体1和吐出段15壳体上，将中段壳体8夹紧固定)，转子组件为多级叶轮同向布置的分 段式结构而包括首级叶轮6、次级叶轮11 (若干个)、导叶7 (若干个，含第一级导叶42、最 末级导叶14)、转轴25 (如图2所示)，在所述首级叶轮6处设有滑动轴承5与首级叶轮密 封环44 (即首级叶轮密封环44装在首级叶轮6上，滑动轴承5处于首级叶轮密封环44与 吸入段壳体1的内壁之间，如图3所示)或者在所述第一级导叶42处设有滑动轴承5与轴 套43 (即轴套43装在转轴25上，滑动轴承5处于轴套43与第一级导叶42之间，如图4所 示)；在所述吐出段壳体15内、并在转轴25上装有平衡鼓18，在该平衡鼓18的外围装有平 衡套16及平衡套压板17，所述平衡鼓18与平衡套16之间、平衡鼓18与平衡套压板17之 间均具有(微小)间隙(如
图1、图6所示)。如图3所示，由滑动轴承5与首级叶轮密封环44组成一对滑动轴承付，该结构的 滑动轴承5也有首级叶轮6的压力水向左通过滑动轴承5，故滑动轴承5也处在较好的水动 力条件下，使该滑动轴承能克服较大的支撑力，使高压离心泵能够良好平稳地运转，且延长 滑动轴承的使用寿命；如图4所示，或者由滑动轴承5与轴套43形成一对滑动轴承付(即作 为另一实施例)，轴套43如同其他导叶(除第一级导叶42外)处的导叶衬套10，该滑动轴 承5处也设计成在滑动轴承5付中通过首级叶轮6的压力水，该压力水自右向左通过滑动 轴承5，经首级叶轮的平衡孔46回到首级叶轮入口 47，这样流经滑动轴承5，使该滑动轴承 5更能克服较大的支撑力，使高压离心泵能够良好平稳地运转，是一种能够承受更大径向负 荷的滑动轴承付型式。以上两种类型的滑动轴承均需经过轴承受力计算，得出滑动轴承处 所需的支撑力，算出滑动轴承长径比、所需支撑力时的轴承偏心距及滑动轴承的压力分布。 这些计算是通过设计编制程序，由电脑来完成。如图5所示，在所述滑动轴承5的工作表面 上设有若干条环型凹槽M，一旦流经的水中有细小颗粒即可落入环型凹槽内，而不会破坏 滑动轴承的工作面。该滑动轴承由低摩擦系数和耐磨性非常优越的碳纤维石墨填充的聚醚醚酮(即PEEK)材料制成，或者可由高压泵上广泛采用的赛龙材料来加工制造滑动轴承的 衬。如
图1、图2所示，原来液流的方向均为径向吸入、径向吐出设置，现为了改变液流 方向，改善液体的流动状态，在所述吸入段壳体1内设有轴向的吸入通道38，在所述吐出段 壳体15内设有径向的吐出通道39，液流以轴向吸入、径向吐出，故称为水平轴向吸入型。 以中间段壳体8为主设置转子组件的叶轮与导叶。转子组件由首级叶轮、次级叶轮(若干 个)、导叶(若干个)、转轴等组成，其中多数导叶位于对应的叶轮(包括首级叶轮、次级叶 轮)与中间段壳体之间，最末级导叶位于最末的次级叶轮与吐出段壳体之间。具体地说是 一个首级叶轮6和多个次级叶轮11 (不多于五个)从左到右依次排列，在首级叶轮6与第 一个次级叶轮11之间设置第一级导叶42，随后在每两个次级叶轮11之间放置一个导叶7， 在最右端、最末的次级叶轮37上设置最末级导叶14。从吸入段壳体的吸入通道38水平轴 向流入首级叶轮6的液流在首级叶轮6处获得动能进入第一级导叶42，将首级叶轮获得的 动能转变为势能，并以最小损失到达次级叶轮11，被输送的液流依次获得能量，至最末级导 叶14而进入吐出段壳体15的吐出通道39，从而将高压的液流排入海水淡化系统中的管网。如
图1、图6所示，平衡鼓18会随着转轴转动，平衡套16、平衡套压板17均装在吐 出段壳体15上而不会随着转轴转动；所述平衡鼓18还可分为横向的平衡小鼓48和纵向的 平衡大鼓49，该平衡小鼓48的外侧设平衡套16，平衡套16又处于平衡大鼓49的(左)侧 边，该平衡大鼓49的外侧设平衡套压板17，平衡套压板17与平衡套16相接；所述的平衡 小鼓48和平衡大鼓49、平衡套16、平衡套压板17构成轴向力平衡机构，该平衡机构处于最 末的次级叶轮37与密封盖19之间，并在吐出段壳体15与密封盖19形成的平衡腔31内。如图6所示，当节段式多级高压离心泵的首级、次级叶轮同向分布时一定会存在 轴向力。在该轴向力作用下，转轴会向左移动，设置轴向力平衡机构后，该平衡机构会产生 一种平衡力。当轴向力大于平衡力时，轴向力平衡机构连同转轴25向左移动，这时平衡鼓 18与平衡套16的轴向间隙(bj减小，液体的阻力增加，泄漏的水量减少，液体流过径向间 隙上的压力也随着减少，这时平衡大鼓的平衡力增大，直至平衡力和轴向力相等。由于联合 作用的平衡机构的平衡小鼓48先平衡掉一部分轴向力，减小了平衡大鼓49的平衡力，因此 减慢了平衡大鼓轴向间隙中的液体流速，使液流流过不变的平衡小鼓48径向间隙(Id1)及 长度(I1),可以得到较大的平衡鼓18与平衡套16之间轴向间隙(bj，使平衡鼓18与平衡 套16轴向端面不易相碰，这样减少该轴向端面磨损，使轴向力平衡机构工作更可靠。在所 述平衡套16与平衡小鼓48之间内衬有滑动轴承衬套50，也可在较小的范围、较小的径向 间隙上，减小平衡水泄漏量，以提高泵效及泵运行的可靠性。增加平衡大鼓49厚度，其与平 衡套压板17形成一段径向间隙(bw)，这可防止液体在平衡大鼓与平衡套外周断流汽化而使 端面发生干摩擦，更提高泵运行的可靠性。在所述的转轴25上、并在平衡鼓18的外侧部处 依次装有压套34、锁紧螺母33及小圆螺母32，从而将平衡鼓18紧固在转轴25上，平衡鼓 利用转轴上的键36而传递转轴传来的扭矩。平衡鼓18与压套34之间设置有0型密封圈 35，以防止高压液体自轴向的泄漏，以免泄压、破坏平衡机构的正常功能。锁紧螺母33与轴 头螺钉4共同拧紧固定转轴，起到防松作用，其螺纹的方向均使装在转轴25上的上述各叶 轮(首级叶轮6、次级叶轮11、最末的次级叶轮37)以及轴套43、平衡鼓18、压套34处于紧 固状态，不会因各螺母松动而发生轴向窜动，以确保转轴正常工作。[0020]如
图1所示，在所述吐出段壳体15的后部还装有尾盖52，在所述的转轴25上、并 在密封盖19内的密封腔30处设有机械密封机构20 (为一个)，且该机械密封组件20为单 端面集装式机械密封组件(成熟耐腐蚀、多弹簧快装型)；所述密封盖19外接有平衡回水 管9，平衡回水管9的另一端与所述吸入段壳体1内的首级叶轮6的工作腔51相接。密封 盖19内的密封腔30与轴向力平衡机构的平衡腔31连通，该机械密封组件20无需外供冷 却水，其依靠所述轴向力平衡机构泄出的平衡水冲洗冷却，并通过平衡回水管使平衡水经 对机械密封组件冲洗后再返回到吸入段壳体内的首级叶轮的工作腔。如
图1所示，所述轴承组件21装在转轴25上、并处于所述吐出段壳体15及尾盖 52的(右)侧边处，(由润滑油润滑的)轴承组件21通过尾盖52与吐出段壳体15组成一 整体，承受径向负荷及轴向负荷的滚动球轴承观装在轴承组件21的轴承体53中，该滚动 球轴承观由转轴带动的甩油环沈甩起的润滑油润滑。滚动球轴承观工作时产生的热量 由两种方式散热一是由设在轴承体53外的放射状散热筋40来散热；二是在轴承体润滑 油室27外的夹套四中通以输送介质(如常温的海水)来散热。这样保证滚动球轴承观 起到既支撑右端转子又起到承受轴向力平衡机构的残余轴向力，以满足高压泵在变工况运 行的需要。高压泵的转轴左右两端分别由轴承支撑，其左端由滑动轴承5支撑，其右端由承 受径向负荷和双向轴向负荷的滚动球轴承观来支撑。本发明节段式多级高压离心泵(水平轴向吸入方式)在实际工作时，电机通过泵 联轴器23及联轴器键M带动转轴25转动。从而使首级叶轮6与多个次级叶轮11及最末 的次级叶轮37随转轴25 —起转动，从吸入段壳体1的吸入通道38进入的液体在首级叶轮6 的旋转离心力作用下，从导叶7引导进入次级叶轮11，最后由最末级导叶14从吐出段壳体 15的吐出通道39以高压液体的形式被排出。由于在首级叶轮处或者在第一级导叶处设置 了一对滑动轴承付，使滑动轴承能克服较大的支撑力，使高压泵能平衡良好地运转；由于轴 向力平衡机构的平衡作用，且平衡腔31通过平衡回水管9与首级叶轮工作腔51相连通，以 平衡转轴的轴向力，更提高了高压泵运行的可靠性、平衡性。本发明适用于流量IOO-SOOm3/ h，扬程为500-900m的高压离心泵，作为海水淡化的高压泵及相同性能的出水温度彡140°C 的工业电厂的高压锅炉给水泵。
权利要求1.一种水平轴向吸入节段式多级高压离心泵，包括泵壳体组件、转子组件(22)、轴承 组件、密封盖(19)，其中泵壳体组件由依次相连的吸入段壳体(1)、中间段壳体(8)、吐 出段壳体(15)组成，转子组件为多级叶轮同向布置的分段式结构而包括首级叶轮(6)、次 级叶轮(11)、导叶(7)、转轴(25)，其特征在于在所述首级叶轮(6)处设有滑动轴承(5)与 首级叶轮密封环G4)或者在所述第一级导叶0 处设有滑动轴承( 与轴套；在所 述吐出段壳体(1 内、并在转轴0 上装有平衡鼓(18)，在该平衡鼓(18)的外围装有平 衡套(16)及平衡套压板(17)，所述平衡鼓(18)与平衡套(16)之间、平衡鼓(18)与平衡套 压板(17)之间均具有间隙。
2.如权利要求1所述的水平轴向吸入节段式多级高压离心泵，其特征在于在所述滑 动轴承(5)的工作表面上设有若干条环型凹槽(54)。
3.如权利要求1或2所述的水平轴向吸入节段式多级高压离心泵，其特征在于在所 述吸入段壳体(1)内设有轴向的吸入通道(38)，在所述吐出段壳体(1 内设有径向的吐出 通道(39)。
4.如权利要求1所述的水平轴向吸入节段式多级高压离心泵，其特征在于所述平衡 鼓(18)分为横向的平衡小鼓G8)和纵向的平衡大鼓(49)，该平衡小鼓08)的外侧设平 衡套(16)，平衡套(16)又处于平衡大鼓G9)的侧边，该平衡大鼓G9)的外侧设平衡套压 板(17)，平衡套压板(17)与平衡套(16)相接；所述的平衡小鼓G8)和平衡大鼓(49)、平 衡套(16)、平衡套压板(17)构成轴向力平衡机构，该平衡机构处于最末的次级叶轮(37)与 密封盖(19)之间，并在吐出段壳体(1 与密封盖(19)形成的平衡腔(31)内。
5.如权利要求1或4所述的水平轴向吸入节段式多级高压离心泵，其特征在于在所 述的转轴0 上、并在平衡鼓(18)的外侧部处依次装有压套(34)、锁紧螺母(3 及小圆 螺母(32)，从而将平衡鼓(18)紧固在转轴0 上。
6.如权利要求1所述的水平轴向吸入节段式多级高压离心泵，其特征在于在所述吐 出段壳体(1 的后部还装有尾盖(52)，在所述的转轴0 上、并在密封盖(19)内的密封 腔(30)处设有机械密封机构(20)，且该机械密封组件OO)为单端面集装式机械密封组件； 所述密封盖(19)外接有平衡回水管(9)，平衡回水管(9)的另一端与所述吸入段壳体(1) 内的首级叶轮(6)的工作腔(51)相接。
7.如权利要求6所述的水平轴向吸入节段式多级高压离心泵，其特征在于所述轴承 组件装在转轴0 上、并处于所述吐出段壳体(1 及尾盖(5 的侧边处，轴承组件 (21)通过尾盖(5 与吐出段壳体(1 组成一整体，承受径向负荷及轴向负荷的滚动球轴 承(28)装在轴承组件的轴承体(53)中。
专利摘要一种水平轴向吸入节段式多级高压离心泵，包括泵壳体组件、转子组件、轴承组件、密封盖，其中泵壳体组件由依次相连的吸入段壳体、中间段壳体、吐出段壳体组成，转子组件包括首级叶轮、次级叶轮、导叶、转轴，在首级叶轮(6)处设有滑动轴承(5)与首级叶轮密封环(44)或在第一级导叶(42)处设有滑动轴承(5)与轴套(43)；在吐出段壳体(15)内、并在转轴(25)上装有平衡鼓(18)，在该平衡鼓的外围装有平衡套(16)及平衡套压板(17)，平衡鼓与平衡套之间、平衡鼓与平衡套压板之间均具有间隙。本实用新型能使高压泵平衡良好地运转，提高了高压泵运行的可靠性、平衡性。且结构紧凑、安装简易、维护方便，特别适用于反渗透法海水淡化系统。
文档编号F04D29/08GK201858160SQ20102060646
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者倪秀栋, 吴大转, 孙森森, 池庆杰, 沈水钦, 王乐勤, 陈杰 申请人:浙江大学, 浙江科尔泵业股份有限公司