一种嵌套式高速离心泵

1.本发明涉及离心泵技术领域，特别是涉及一种嵌套式高速离心泵。


背景技术：

2.随着航空航天航海事业的快速发展，对高速泵结构提出了新的要求。传统的高速泵体积大，结构不紧凑，同时维护和维修的成本过高，这些都不符合实际应用的要求，高速泵逐渐向微型化发展。一直以来，离心泵的效率并没有达到理想值，内部的空蚀空化影响是当今研究者们一直迫切想要解决的重要难题，在进行微型高速泵研究时更应该考虑到空蚀空化，空化是造成离心泵水力性能下降的重要原因之一，提高泵的抗空化空蚀能力，对微型泵的效率和性能提高有着重要指导意义。离心泵内部的振动是产生噪声的主要原因，离心泵的振动噪音问题随着应用场景要求的不断提高已是国家重点攻关方向，而当空化严重时会剥蚀材料表面，同时也会诱发振动和噪声，使内部流动出现不稳定性。降低离心泵的振动与噪声并提高其汽蚀性能是离心泵设计、应用和维护等环节中必须重视的主要问题。对于离心泵的发展不断趋向于高速化，大功率化，高扬程化和微型化的特点，实际应用时越来越要求离心泵具有较好的低振动且高抗汽蚀性能。离心泵产生振动的原因除了流体在离心泵流道内撞击旋转以外，其自身结构也是非常重要的因素，由于离心泵转子的不平衡性与不对称性，离心泵在工作时极易产生振动，从而加剧内部流体流动的不稳定性产生噪音。同时，不稳定的流动也会严重影响离心泵汽蚀性能，内部出现的回流与漩涡导致某区域液体压力低于当时液体的汽化压力而诱发空化。并且，输运介质在强制流场的高速运动易产生显著的流体对转子系统的动力效应，因此对高速离心泵而言，保证其汽蚀性能和多流量工况下的流动稳定性十分关键。因此，如何降低离心泵振动与噪音并提高抗汽蚀性能，保证其多流量工况下的流动稳定性是提升离心泵性能的一个关键问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种嵌套式高速离心泵，以解决上述现有技术存在的问题，减小离心泵由结构上振动而产生的径向力并提供高抗汽蚀性能。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明提供了一种嵌套式高速离心泵，包括外壳、内壳、驱动结构，所述内壳位于所述外壳的内侧，所述内壳的内部设置有压水室，所述外壳与所述内壳之间为吸水室，所述吸水室内设置有整流结构，所述内壳的内侧自上而下设置有离心叶轮和诱导轮，所述离心叶轮的外侧设置有过渡流道结构，所述过渡流道结构位于所述压水室的上方并与所述压水室连通，所述驱动结构驱动所述离心叶轮和所述诱导轮转动，所述外壳上设置有进口，所述内壳上设置有出口，所述出口伸出所述外壳，所述进口和所述出口相对设置，水通过所述进口进入所述吸水室后，依次经过所述整流结构、所述诱导轮、所述离心叶轮、所述过渡流道结构和所述压水室后，通过所述出口流出。
6.优选地，所述进口的轴线和所述出口的轴线均水平设置，且所述进口和所述出口
同轴设置。
7.优选地，所述进口处设置有分流挡板结构，所述分流挡板结构用于将所述进口进入的水进行分流，所述分流挡板结构包括第一分流挡板和第二分流挡板，所述第一分流挡板和所述第二分流挡板的结构相同，所述第一分流挡板和所述第二分流挡板对称设置，所述第一分流挡板和所述第二分流挡板均呈弧形，所述第一分流挡板的一端和所述第二分流挡板的一端连接，所述第一分流挡板的另一端和所述第二分流挡板的另一端与所述内壳的外壁连接，所述第一分流挡板和所述第二分流挡板均与所述外壳的内壁之间存在间隙。
8.优选地，所述内壳的侧壁上由所述诱导轮的轮缘进口边向所述诱导轮的入口方向开设有环形槽。
9.优选地，所述离心叶轮包括前盖板、后盖板和若干后弯叶片，所述前盖板套设在所述后盖板的外侧，所述驱动结构与所述后盖板传动连接，若干所述后弯叶片沿周向均匀设置在所述前盖板和所述后盖板之间，所述后盖板上沿周向开设有若干平衡孔，所述平衡孔设置在所述后弯叶片的内侧；
10.所述后盖板的上端设置有后口环，所述后口环与所述过渡流道结构之间设置有密封结构。
11.优选地，所述整流结构包括若干第一导叶和若干第二导叶，若干所述第一导叶沿所述外壳的周向均匀设置，相邻的所述第一导叶之间设置有至少一个所述第二导叶。
12.优选地，各所述第一导叶的内侧均与所述外壳的底部中心处的凸起连接，各所述第一导叶的外侧均与所述外壳的内壁连接，各所述第一导叶的上端均与所述内壳的下端连接，各所述第一导叶的下端均与所述外壳的底部内壁连接。
13.优选地，各所述第二导叶的外侧均与所述外壳的内壁连接，各所述第二导叶的内侧均与所述内壳的外壁连接，各所述第二导叶的底部端延伸至所述外壳的底部与所述内壳的底部之间。
14.优选地，所述吸水室的最大截面面积为所述进口的截面面积的3.4-3.6倍。
15.优选地，所述驱动结构包括电机和转动轴，所述电机位于所述外壳的外部，所述转动轴的一端与所述电机的动力输出端连接，所述转动轴依次穿过所述外壳和所述内壳，所述离心叶轮和所述诱导轮均套设在所述转动轴的外侧，所述离心叶轮和所述诱导轮均与所述转动轴传动连接。
16.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
17.本发明的离心叶轮和诱导轮自上而下嵌套在内壳内，整流结构嵌套在吸水室内，结构紧凑，进口和出口相对设置可以最大程度上减小径向力，使泵结构稳定运行，通过降低离心泵自身振动大大减少噪音，整流结构可以对来流进行整流作用，提供高抗汽蚀性能。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
19.图1为本发明的嵌套式高速离心泵剖视图；
20.图2为a-a截面俯视图；
21.图3为本发明的外壳及整流结构示意图；
22.图4为本发明的离心叶轮示意图；
23.图5为本发明的后盖板示意图；
24.图6为本发明的前盖板及后弯叶片示意图；
25.其中：100-嵌套式高速离心泵，1-外壳，2-内壳，3-吸水室，4-压水室，5-诱导轮，6-过渡流道结构，7-进口，8-出口，9-分流挡板结构，10-环形槽，11-前盖板，12-后盖板，13-后弯叶片，14-平衡孔，15-后口环，16-第一导叶，17-第二导叶，18-电机，19-转动轴，20-后腔。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付出创造性劳动的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。
27.本发明的目的是提供一种嵌套式高速离心泵，以解决上述现有技术存在的问题，减小离心泵由结构上振动而产生的径向力并提供高抗汽蚀性能。
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
29.如图1-图6所示：本实施例提供了一种嵌套式高速离心泵100，包括外壳1、内壳2、驱动结构，内壳2位于外壳1的内侧，内壳2的内部设置有压水室4，外壳1与内壳2之间为吸水室3，吸水室3内设置有整流结构，内壳2的内侧自上而下设置有离心叶轮和诱导轮5，离心叶轮的外侧设置有过渡流道结构6，过渡流道结构6位于压水室4的上方并与压水室4连通，驱动结构驱动离心叶轮和诱导轮5转动，外壳1上设置有进口7，内壳2上设置有出口8，出口8伸出外壳1，进口7和出口8相对设置，图1中的箭头表示水的流向，水通过进口7进入吸水室3后，依次经过整流结构、诱导轮5、离心叶轮、过渡流道结构6和压水室4后，通过出口8流出。
30.本实施例中，吸水室3为筒式吸水室，具体为准螺旋式吸水室，准螺旋式吸水室基于流动特性，沿圆周角变化，半径并非严格按照数学中螺旋线定义增大，而是根据水力结构做适当调整以达到改善流态的目的。
31.本实施例中，过渡流道结构6为带正反导叶的导叶型过渡流道结构，过渡流道结构6内部设置有过渡流道。
32.本实施例中，进口7的轴线和出口8的轴线均水平设置，且进口7和出口8同轴设置即出口8中心和进口7中心在同一轴面上，能够有效地减小结构引起的径向振动。
33.本实施例中，进口7处设置有分流挡板结构9，分流挡板结构9用于将进口7进入的水进行分流，分流挡板结构9包括第一分流挡板和第二分流挡板，第一分流挡板和第二分流挡板的结构相同，第一分流挡板和第二分流挡板对称设置，第一分流挡板和第二分流挡板均呈弧形，第一分流挡板的一端和第二分流挡板的一端连接，第一分流挡板的另一端和第二分流挡板的另一端与内壳2的外壁连接，第一分流挡板和第二分流挡板均与外壳1的内壁之间存在间隙。
34.本实施例中，内壳2的侧壁上由诱导轮5的轮缘进口7边向诱导轮5的入口方向开设
有环形槽10，即诱导轮5前置有环形槽10。
35.本实施例中，离心叶轮包括前盖板11、后盖板12和若干后弯叶片13，前盖板11套设在后盖板12的外侧，驱动结构与后盖板12传动连接，若干后弯叶片13沿周向均匀设置在前盖板11和后盖板12之间，后盖板12上沿周向均匀开设有若干平衡孔14，平衡孔14的数量与后弯叶片13的数量相同，本实施例具体为六个直径为4mm的平衡孔14，其中两个平衡孔14与进口7的轴线和出口8的轴线位置对应，平衡孔14设置在后弯叶片13的内侧，平衡孔14使得前盖板11和后盖板12之间的空间与后腔20连通；后盖板12的上端设置有后口环15，后口环15与过渡流道结构6之间设置有间隙密封结构，后口环15与过渡流道结构6的径向密封间隙为0.15mm，平衡孔14的总面积≥4倍的后口环15与过渡流道结构6之间的环形间隙面积，即径向密封间隙为0.15mm的环形的面积。
36.通过合理调整后口环15与过渡流道结构6的径向密封间隙大小并搭配一定数量尺寸的平衡孔14形成的最佳配比设计，可大幅降低本实施例的嵌套式高速离心泵100在运转过程中所产生的轴向推力，让本实施例的嵌套式高速离心泵100可以实现利用自身结构平衡其工作过程中产生的轴向力。
37.本实施例中，整流结构包括若干第一导叶16和若干第二导叶17，若干第一导叶16沿外壳1的周向均匀设置，相邻的第一导叶16之间均匀设置有两个第二导叶17。本实施例中，第一导叶16为八个，即以进口7和出口8的中心轴线为起始，每45
°
设置一第一导叶16，第一导叶16的轴向长度为92.4mm、径向长度为77.5mm；第二导叶17为十六个，第二导叶17的轴向长度为31.5mm、径向长度为34.5mm。本实施例中的整流结构采用长短导叶交替均匀分布，可达到减少诱导轮5入口处排挤，达到整流、等分流量的作用。
38.本实施例中，各第一导叶16的内侧均与外壳1的底部中心处的凸起连接，各第一导叶16的外侧均与外壳1的内壁连接，各第一导叶16的上端均与内壳2的下端连接，各第一导叶16的下端均与外壳1的底部内壁连接。
39.本实施例中，各第二导叶17的外侧均与外壳1的内壁连接，各第二导叶17的内侧均与内壳2的外壁连接，各第二导叶17的底部端延伸至外壳1的底部与内壳2的底部之间。
40.本实施例中，吸水室3的最大截面面积(即图1中a-a处截面面积)为进口7的截面面积的3.4-3.6倍，达到提高诱导轮5汽蚀性能的效果。
41.本实施例中，驱动结构包括电机18和转动轴19，电机18位于外壳1的外部，转动轴19的一端与电机18的动力输出端连接，转动轴19依次穿过外壳1和内壳2，离心叶轮和诱导轮5均套设在转动轴19的外侧，离心叶轮和诱导轮5均与转动轴19传动连接。
42.本实施例的嵌套式高速离心泵100的轴向高度为148.68mm、径向长度(即进口7与出口8之间的距离)为270mm。
43.本实施例的嵌套式高速离心泵100结构在径向上采用对称结构，压水室4、离心叶轮、诱导轮5等嵌套在吸水室3内，结构紧凑且外形微小，进口7和出口8同轴且反向设计可以最大程度上减小径向力，离心叶轮上开设平衡孔14可以减小轴向力，使泵结构能够稳定运行，通过降低离心泵自身振动以减少噪音问题，吸水室3采用准螺旋吸水室，吸水室3中按轴线均匀交错布置的长短导流叶栅对不仅可以起到支撑结构的作用，也可以对来流进行整流作用，加之诱导轮5前置的环形槽10，更加有效地优化诱导轮5的吸入条件以增强嵌套式高速离心泵100的抗汽蚀性能，并且能够满足嵌套式高速离心泵100多流量工况下的稳定运
行。
44.液流(工作介质为清水，温度为25℃)通过进口7进入吸水室3后通过吸水室3中交错分布的第一导叶16和第二导叶17的整流作用后进入诱导轮5，且在诱导轮5前布置有环形槽10，环形槽10起到吸纳诱导轮5间隙泄露涡的作用，能够降低汽蚀，有效的提高空化性能。由于进入筒式吸水室3周向流量的不均匀，会导致进入诱导轮5入口处流态在周向上的不稳定性，吸水室3内的第一导叶16和第二导叶17可以减少流体之间碰撞而产生的振动、能量消耗以及漩涡等不稳定流动从而对进口7流态进行优化，吸水室3中的整流结构基于流量等分原则，使整流结构之间流量基本相等，减小回流与主流的剪切作用，从而保证进入诱导轮5的流动均匀稳定，可满足嵌套式高速离心泵100结构在变工况状态下稳定运行，同时流体均匀进入嵌套式高速离心泵100结构，改善入流条件，进一步改善汽蚀，减小嵌套式高速离心泵100结构的运行振动。离心叶轮旋转过程中，轴向力产生的一个主要原因是由于离心叶轮的前盖板11和后盖板12之间的压力差，后盖板12压力高于前盖板11压力会产生一个指向离心叶轮入口的力，通过开设平衡孔14，将一部分压力传递给后盖板12，减小离心叶轮的前盖板11和后盖板12之间的压力差，达到降低轴向力的目的。液流进入诱导轮5与离心叶轮加压后经由过渡流道结构6再度整流从压水室4流出。
45.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。