本发明涉及多级泵技术领域，特别是涉及一种优化的节段式多级泵的中段结构。
背景技术
节段式多级泵是一种通用机械产品，它的优点在于流量范围大，扬程高，应用范围很广，主要应用领域包括供水、灌溉、工业应用，冷热水循环、消防、锅炉给水、海水淡化和增压装置的给水等。
在当前节能减排的时代背景下，提高泵的运行效率成为市场的迫切需求，因为节段式多级泵的中段在一台多级泵中往往串联组装有几个甚至十几个，所以中段结构在节段式多级泵中显得尤为关键，也是影响整泵的运行效率的关键零部件。
图1是传统的多级泵结构示意图，如图1所示，传统的多级泵结构主要包括轴101、入口段102、中段103、出口段104、联轴器105、机封腔106、轴承套107、轴承108、密封109、导叶110、叶轮111、叶片112、压盖113、定位环114。传统的中段结构只作为一种简单的连接部件，并作为水力部件的安装腔体，导叶叶片和反导叶叶片组合成一个零件(以下简称导叶)，外筒体作为一个安装腔体，将导叶和叶轮，壳体耐磨环和衬套安装在内部，其中，导叶和外筒体直接通过加工面接触形成介质流道，将反导叶叶片加工去除后的末级导叶安装在出口段腔体内。
由于传统的中段结构只作为一种简单的连接部件，并作为水力部件的安装腔体，最终导致安装复杂，容易在中段内部造成水力损失，从而对整泵的运行效率造成影响，另外，由于中段是通用零件，因而在常规设计中，通常情况下所有中段都需承受泵的出口压力，导致整泵重量大大增加。
技术实现要素：
针对以上技术问题的缺陷，本发明的目的在于提供一种节段式多级泵，尤其是优化的中段结构，使得节段式多级泵降低了安装难度，提高了运行效率，同时降低了零件成本。
根据本发明提供的节段式多级泵，所述节段式多级泵的至少一个中段包括：叶轮，一体铸造而成的外筒体和反导叶叶片，以及单独提供的导叶，其中，在每个所述中段的内部，在从所述节段式多级泵的入口至出口的流动方向上依次布置所述导叶、所述外筒体和反导叶以及所述叶轮，其中，所述反导叶叶片向上游的最大轴向延伸尺寸完全位于所述外筒体在该方向的最大轴向延伸尺寸之内。
反导叶叶片向上游的最大轴向延伸尺寸完全位于所述外筒体在该方向的最大轴向延伸尺寸之内意味着，反导叶并不会伸出所述外筒体并与前一级中段相连。在本发明的设计中，反导叶仅与本级中段相连，导叶不再同时需要与入口段和中段之间的加工面配合，这避免了加工面区域材料堆积及由此导致的材料浪费，因而节约了材料，减轻了铸造重量。另外，由于导叶是单独提供的，因而在反导叶并不在轴向延伸方向上伸出外筒体而支撑前一级中段或与前一级中段相连的情况下，导叶可以容易地单独布置在叶轮之后而无需考虑反导叶是否存在。
根据本发明提供的节段式多级泵的一种优选实施形式，反导叶叶片在中段的外筒体内部形成无缝隙流道。
根据本发明提供的节段式多级泵的一种优选实施形式，在所述外筒体与叶轮入口外圆周面侧之间、反导叶叶片的内周面与叶轮轮毂外周面之间分别布置有耐磨环和衬套。耐磨环和衬套都安装在中段内，即在同一个零件的同一侧加工，这有利于保证加工精度。
根据本发明提供的节段式多级泵的一种优选实施形式，所述中段被设计和安装为使其围绕叶轮旋转轴线的角位置是可调整的。这有利于安装时通过调整每个中段的安装角度来调整导叶叶片的角度，从而降低水锤效应的影响，减小泵的振动，对泵的运行稳定性和使用寿命都有提高。
根据本发明提供的节段式多级泵的一种优选实施形式，在所述节段式多级泵的末级叶轮的朝向该节段式多级泵出口一侧布置有单独提供的导叶，该导叶与所述节段式多级泵在末级叶轮之前的各级中段中的导叶具有相同的结构。
本发明提供的节段式多级泵的中段结构，所述中段经过计算流体力学优化的水力设计，水力结构划分合理，通过有限元分析强度校核后，满足结构上的强度设计要求。
所述中段对降低零件成本，减小安装难度，提高生产效率，尤其是提高泵的运行效率有显著的作用，通过节段式多级泵的中段的优化设计，整泵的运行效率比同行业同类产品提升了4％～6％。
附图说明
图1是传统的多级泵结构示意图；
图2是本发明的节段式多级泵的结构示意图；
图3是本发明的节段式多级泵的导叶和反导叶示意图；
图4是本发明的节段式多级泵的中段内部结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的节段式多级泵进行详细说明，需要强调的是，附图和实施例仅用于对本发明的解释，不能理解为对本发明的限制。
图2是本发明的节段式多级泵的结构示意图，如图2所示，本发明的节段式多级泵通常由入口段1、中段2、导叶3、叶轮4、出口段5、机封腔6、机封压盖7、轴承箱8、轴承压盖9、定位环10、轴承套11、轴承12、轴套13、平衡鼓14、平衡衬套腔体15、平衡衬套16、壳体耐磨环17、衬套18、机封轴套19、机械密封20、轴承21和轴22等零件组成。
其中，本发明对节段式多级泵的中段进行了优化，下面对中段的优化结构进行具体解释。
图3是本发明的节段式多级泵的导叶和反导叶示意图，如图3所示，将导叶3和反导叶301分离地设计之后，导叶3和反导叶301成为简单的通用零件，保证了水力性能的同时也简化了铸造难度。
图4是本发明的节段式多级泵的中段内部结构示意图，如图4所示，节段式多级泵的至少一个中段2包括：叶轮401，一体铸造而成的外筒体402和反导叶叶片403，以及单独提供的导叶3，其中，在每个中段2的内部，在从节段式多级泵的入口至出口的流动方向上依次布置导叶3、外筒体402和反导叶301以及叶轮401，其中，反导叶叶片403向上游的最大轴向延伸尺寸完全位于外筒体402在该方向的最大轴向延伸尺寸之内。
在中段2内部的水力结构，导叶3、反导叶301与入口段1、叶轮401和出口段5的水力进行了整体计算流体力学分析优化，从而确保了整泵的最优化水力设计。
外筒体402和反导叶叶片403一体化铸造，利用反导叶叶片403加强中段2的内部结构，并且，在通过有限元强度分析之后，优化了结构设计。
外筒体402和反导叶叶片403一体化设计降低了中段2的重量，因为节段式多级泵的中段的数量和重量在整泵中所占的比重很大，从而可以大大降低整泵的重量。
反导叶叶片403在中段的外筒体402内部形成无缝隙流道，在筒体402内部，水力流道通过铸造即实现封闭，不需要传统设计中使用的盖板，减少了加工的同时也避免了水力在流道内部出现扰流而出现效率损失。
在所述外筒体402与叶轮401入口外圆周面侧之间、反导叶叶片403的内周面与叶轮401轮毂外周面之间分别布置有耐磨环404和衬套405，所述耐磨环404和衬套405都安装在中段2内，即在同一个零件的同一侧加工，有利于保证加工精度，确保叶轮401和壳体(入口段1和中段2)之间的间隙达到设计要求，耐磨环404和衬套405与叶轮401之间的间隙大小对泵运行效率和轴向力有显著的影响，因而本设计有助于降低级间泄露提高泵的效率，同时也减小了转子的轴向力。
中段2被设计和安装为使其围绕叶轮401旋转轴线的角位置是可调整的，因为集成化的设计，安装时通过调整每个中段2的安装角度(外部可视)即可调整导叶叶片的角度，从而降低水锤效应的影响，减小泵的振动，对泵的运行稳定性和使用寿命都有提高。
节段式多级泵的末级叶轮的朝向该节段式多级泵出口一侧布置有单独提供的导叶，该导叶与节段式多级泵在末级叶轮之前的各级中段中的导叶具有相同的结构，导叶3经过结构优化后，成为一个简单的通用零件，安装在两个中段2之间或中段2与出口段5之间(末级导叶)，即末级导叶不需另行设计，简化结构的同时也减少了零件的数量。
本发明提出的中段设计优化了中段的内部结构，简化了零件的安装方式，降低了零件的加工成本，提高了生产效率，与传统设计方案相比，本发明提出的中段设计提高了泵的运行效率，在其中的一个实施例中，泵的运行工况为，流量420m3/h，扬程330m，轴功率420.4kw，npsh为3.5m，运行效率达到89.5％，相比同类产品提高5％的效率，单台泵，每天24h运行可减少能耗504kw，每年按360天运行，可节约22.9万人民币的用电费用，实现可观的经济效益。
以上记载了本发明的优选实施例，但是本发明的精神和范围不限于这里所公开的具体内容。本领域技术人员能够根据本发明的教导而做出更多的实施方式和应用，这些实施方式和应用都在本发明的精神和范围内。本发明的精神和范围不由具体实施例来限定，而由权利要求来限定。
附图标记列表
1入口段
2中段
3导叶
4叶轮
5出口段
6机封腔
7机封压盖
8轴承箱
9轴承压盖
10定位环
11轴承套
12轴承
13轴套
14平衡鼓
15平衡衬套腔体
16平衡衬套
17壳体耐磨环
18衬套
19机封轴套
20机械密封
21轴承
22轴
301反导叶
401叶轮
402外筒体
403反导叶叶片
404耐磨环
405衬套