高温高压重载荷离心泵的制作方法

本实用新型属于离心泵制造
技术领域：
，特别涉及一种高温高压重载荷离心泵。
背景技术：
：公告号为cn104763682a的实用新型专利公开了一种耐高温高压卧式单级悬臂泵，包括压力泵壳、泵盖、叶轮、泵轴、水冷夹套、前轴承箱盖、前端轴承隔离器、轴承箱、圆柱滚子轴承、甩油环装置、大压力角成组滚珠推力轴承、后轴承箱盖、后端轴承隔离器、大体积油池、风扇、卸压衬套、可视恒油位给油器、防松叶轮螺母装置、压力泵壳耐磨环、叶轮耐磨环、集装式机械密封和法兰盲板，所述压力泵壳中心轴向依次设有进液孔和叶轮腔，侧壁设有排液孔，所述叶轮腔与进液孔相连通，侧面与排液孔相连通，所述进液孔内壁圆周均布设有分流板，所述分流板轴向设置，所述压力泵壳的叶轮腔外端与泵盖固定连接，叶轮腔内端内壁设有压力泵壳耐磨环，所述叶轮腔内设有叶轮，泵轴一端与叶轮固定连接，另一端经轴承箱、轴承箱盖与动力源相连接，所述叶轮的进液端外缘设有叶轮耐磨环，所述压力泵壳耐磨环与叶轮耐磨环间隙配合，所述泵盖套在泵轴上，内端内腔经泄压衬套与叶轮密封连接，外端内腔经机械密封与泵轴相密封连接，所述外端面以轴心为中心设有环形水冷夹套，所述水冷夹套经连接孔连接外部水源，所述轴承箱采用带散热片和油池的轴承箱，所述轴承箱上设有可视恒油位给油器和可视油窗，所述轴承箱底部侧壁设有排污球阀，所述轴承箱前端的前轴承箱盖经前轴承隔离器与泵轴相连接，后端的后轴承箱盖经后轴承隔离器与泵轴相连接，所述油池内设有甩油环装置，甩油环装置固定在泵轴上。cn104763682a号实用新型专利虽然在一定程度上解决了耐高温、高压的问题，但是，该实用新型专利也存在一些技术缺陷，主要是泵壳表面的热交换面积较小、热交换速度较慢、热交换效率较低，从而导致其轴承难以得到充分的冷却、润滑。此外，该实用新型专利还存在高压下由于泵强度的不足而可能导致泵壳发生变形、爆裂泄漏或者爆炸事故的风险。上述技术缺陷也使得该实用新型专利难以适用复杂、恶劣的介质工况。技术实现要素：本实用新型提供了一种高温高压重载荷离心泵，其目的旨在克服上述现有技术的缺陷。该目的是通过下述技术方案实现的：一种高温高压重载荷离心泵，包括：泵体；泵体采用双蜗壳、加大流道横截面面积设计，其表面设置有散热、加强筋板；所谓加大流道横截面面积设计，是指泵体的各流道横截面面积大于采用传统离心泵设计公式算得的各流道横截面面积；泵盖；泵盖内安装有机封，泵盖内还设置有环形冷却水腔；轴承箱；轴承箱位于泵盖的外侧，轴承箱的内部设置有轴承、两个半环形冷却水腔、冷却油腔和螺旋弹簧状内嵌多管束换热器，两个半环形冷却水腔位于轴承的上方，冷却油腔和螺旋弹簧状内嵌多管束换热器位于轴承的下方；泵轴；泵轴的一部分位于泵体内，泵轴的另一部分穿过泵盖和轴承箱之后延伸到轴承箱之外，并将轴承、机封、叶轮连接成一个整体转子部件，在轴承箱外侧的泵轴上装有轴流式强制冷却风扇和防护罩。在上述技术方案的基础上，本实用新型可附加下述技术手段，以便更好地克服现有技术的缺陷：沿着泵体的周向，在泵体口环处、前腔中间位置、泵体中分面和泵体后腔法兰处共设置4个环形散热、加强筋板，沿着泵体1的径向等角度间隔设置12个径向散热、加强筋板，所述4个环形散热、加强筋板与所述12个径向散热、加强筋板交错连接形成蜘蛛网状结构。进一步地，泵体采用加大流道横截面面积15％～30％设计，即各流道横截面面积aj满足关系式：aj＝k×ai，式中：ai是采用传统离心泵设计公式算得的各流道横截面面积，系数k＝1+(15％～30％),i＝1,2…8,为使流道过渡顺畅、水力性能更好，其第1、2个流道的横截面形状为梨形，第3至8个流道的横截面形状为圆形。进一步地，轴承箱的表面设置有平行叶栅型散热、加强筋板。进一步地，泵轴为加粗10％～15％设计，其最小轴径dmin满足关系式：dmin＝kdmin,式中：dmin是采用传统离心泵设计公式算得的最小轴径，mt为泵轴传递的扭矩，[τ]为材料许用应力，系数k＝1+(10％～15％)。进一步地，泵轴(12)为短悬臂比设计，轴端叶轮处的悬臂比小于1.5倍。这种设计使得本实用新型结构紧凑，强度更高。与包括cn104763682a号实用新型专利在内的、传统的普通离心泵相比，本实用新型具有以下有益效果：1、经过cae有限元分析、实验及工程项目现场验证，本实用新型所采用的结构设计比常规离心泵结构设计散热更快，强度更安全、可靠，不仅适用于输送高温高压介质的工况，而且能高效率地降低泵体、轴承箱、轴承和泵轴材料的温度，保证各部件材料的常规属性,如许用应力应变等，使轴承得到充分的冷却、润滑，从而有效地延长了其使用寿命、确保离心泵的结构可靠性和运行安全性。2、泵结构设计更紧凑、更全面、更合理、强度更高，特别适合在复杂、恶劣的介质工况条件下，例如在高温高压重载荷介质工况条件下推广应用。附图说明图1为本实用新型的一个实施例的二维结构示意图；图2为本实用新型的一个实施例的三维结构示意图；图3为本实用新型的一个实施例中的散热、加强筋板的结构示意图；图4a为本实用新型的一个实施例中的半环形冷却水腔的示意图；图4b为图4a的a—a剖面图；图5a为本实用新型的一个实施例中的螺旋弹簧状、内嵌多管束换热器示意图；图5b为图5a的端部平面放大图；图6是本实用新型的一个实施例与普通离心泵的热力耦合分析许用压力-温度(p-t)曲线对比图。具体实施方式以下结合附图，介绍本实用新型的一个实施例及其设计思路。如图1、图2所示，一种高温高压重载荷离心泵，包括：泵体1；泵体1采用双蜗壳3、加大流道横截面面积设计，其表面设置有散热、加强筋板2；泵盖5；泵盖5内安装有机封7，泵盖5内还设置有环形冷却水腔6；轴承箱8；轴承箱8位于泵盖5的外侧，轴承箱8的内部设置有轴承11、两个半环形冷却水腔9(两个半环形冷却水腔9的形状、结构详见图4a和图4b)、冷却油腔15和螺旋弹簧状内嵌多管束换热器16(螺旋弹簧状内嵌多管束换热器16的形状、结构详见图5a和图5b)，两个半环形冷却水腔9位于轴承11的上方，冷却油腔15和螺旋弹簧状内嵌多管束换热器16位于轴承11的下方；泵轴12；泵轴12的一部分位于泵体1内，泵轴12的另一部分穿过泵盖5和轴承箱8之后延伸到轴承箱8之外，并将轴承11、机封7、叶轮4连接成一个整体转子部件，在轴承箱8外侧的泵轴12上装有轴流式强制冷却风扇13和防护罩14。在本实施例中，泵体1表面所设置的散热、加强筋板2兼有散热和加强泵体1的结构强度两种功能，故命名为散热、加强筋板。如图3所示，作为一种优选的实施方式，本实施例沿着泵体1的周向，在泵体口环处、前腔中间位置、泵体中分面和泵体后腔法兰处共设置4个环形散热、加强筋板201，沿着泵体1的径向等角度间隔设置12个径向散热、加强筋板202，所述4个环形散热、加强筋板201与所述12个径向散热、加强筋板202交错连接形成蜘蛛网状结构，并共同构成图1中的散热、加强筋板2。优选地，泵体1采用加大流道横截面面积15％～30％设计，即各流道横截面面积aj满足关系式：aj＝k×ai，式中：ai是采用传统离心泵设计公式算得的各流道横截面面积，系数k＝1+(15％～30％),i＝1,2…8,为使流道过渡顺畅、水力性能更好，其第1、2个流道的横截面形状为梨形，第3至8个流道的横截面形状为圆形。优选地，轴承箱8的表面设置有平行叶栅型散热、加强筋板10。平行叶栅型散热、加强筋板10既能提高轴承箱8的散热效率，也能加强其结构强度。优选地，泵轴12为加粗10％～15％设计，其最小轴径dmin满足关系式：dmin＝kdmin,式中：dmin是采用传统离心泵设计公式算得的最小轴径，mt为泵轴传递的扭矩，[τ]为材料许用应力，系数k＝1+(10％～15％)。优选地，泵轴12为短悬臂比设计，轴端叶轮处的悬臂比小于1.5倍。这种设计使得本实用新型结构紧凑，强度更高。以上，结合附图介绍了本实用新型的一个实施例的结构特征。以下，进一步介绍本实用新型的设计理念和积极效果：发明人在研发本实用新型的过程中，除了根据离心泵转速n、流量q1、扬程h需要，按照传统结构设计泵体、泵盖、轴承箱等的尺寸外，再按照高温t、高压p和重载荷w的需要来设计泵体、泵盖、轴承箱等的尺寸，以及对应的环形冷却水腔的流量q2、半环形冷却水腔的流量q3，螺旋弹簧状、内嵌多管束换热器的流量q4，风扇的流速v。最终的结构尺寸方案以整个装配系统的cae有限元热力耦合强度仿真分析效果而定，具体参考泵体表面蜘蛛网状散热、加强筋板；泵盖环形冷却水腔；轴承箱半环形冷却水腔，螺旋弹簧状、内嵌多管束换热器、平行叶栅型散热筋板和轴流式强制冷却风扇等部件的冷却效果，并结合设备工程运用中实测的数据作为评价标准。采用cae有限元进行泵结构热力耦合分析时：首先简化二维装配图并在三维软件solidworks等中进行建模，网格划分，然后导入到ansys软件中进行相关参数的设置：如模型材料的密度、弹性模量、泊松比、热膨胀系数等，工况条件如流量、温度、压力、力矩、导热系数、对流换热系数等，求解参数如温度、热通量、变形、应力、应变、安全系数等。最后对仿真分析以及数据结果进行后处理，比较优劣，确定最终的结构方案。在此过程中，涉及到导热系数λ和对流换热系数h两个关键参数。导热系数是由实验得到的所论物质的常数，它与温度和压力等其他参数有关，单位为w/m·k。对流换热系数是单位时间单位面积的换热量与总温差之间关系的比例常数，其单位为w/m2·k。比如说流体与固体表面之间的换热能力，即为物体表面与附近空气温差1℃，单位时间(1s)单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。物体表面附近的流体的流速愈大，其表面的换热系数也愈大。从下表相关材料的传热及对流换热参数的对比大致可知：本实用新型高温高压重载荷离心泵的结构设计散热、降温要优于传统普通离心泵。材料λ介质h灰铁48空气(自然对流)5～25球铁37气体(强制对流)50～250铸钢54水(强制对流)1000～15000不锈钢29油类(强制对流)100～1500从最终的ansys有限元热力耦合仿真分析结果看，高温高压重载荷离心泵与传统普通离心泵相比较，在高温高压重载荷下冷却效果和结构强度约为它的2.5倍以上,技术效果非常显著，图6直观地反映了本实施例所具有的技术效果：有效保证离心泵的结构可靠性和运行安全性。当前第1页1 2 3