一种高抗汽蚀自平衡的节段式多级泵的制作方法

1.本实用新型属于多级泵技术领域，具体涉及一种高抗汽蚀自平衡的节段式多级泵。


背景技术：

2.多级泵广泛应用于电力、钢铁、冶金和煤矿等工业领域，随着工业领域的飞速发展，人们对多级泵的要求除了基本的扬程和效率外，对其抗汽蚀性能和稳定性能的要求也越来越高。如果多级泵在运行过程中发生严重汽蚀现象或者稳定性能失效，多级泵将会被迫紧急停机，导致多级泵所在整个工业生产系统陷于瘫痪，甚至产生不可想象的灾难性后果，由此可见多级泵在工业生产中扮演着举足轻重的作用。多级泵能否具有较高抗汽蚀性能和较好的稳定性能涉及多方面的设计要求，其中合理的结构设计无疑是保证多级泵汽蚀性能和稳定性的重要因素。
3.多级泵是一种高扬程泵，由多个离心叶轮串联起来通过各个叶轮做功叠加来实现其高扬程性能。但是多级泵首级叶轮没有上一级叶轮做功补充进口压力，导致首级叶轮进口的液流压力很低，当液流压力降低到当地汽化压力时，首级叶轮便会发生汽蚀现象。针对多级泵首级叶轮汽蚀问题，许多学者通过将首级叶轮叶片进口边适当后移或者适当增大首级叶轮进口直径等优化首级叶轮本身几何参数使其达到较好的抗汽蚀性能，但是对于汽蚀要求过高的特殊场合或者多级泵需要在过大流量下运行时此手段显得束手无策。
4.传统的多级泵是将多个离心叶轮依次按同一方向的顺序串联起来，这样会导致多级泵运行时轴向力极大，为了平衡这极大的轴向力，通常通过加装平衡盘来平衡轴向力，然而当泵在启动过程等一系列运行工况不稳定的情况下，轴向力会频繁变化促使转子部件频繁轴向脉动造成平衡盘发生瞬间摩擦，导致平衡盘抱死发热，以至于平衡盘破坏甚至发生泵轴断裂现象。为了防止平衡盘发生抱死现象，有学者通过引入角接触球轴承对轴向脉动进行适当约束，然而引入角接触球轴承又使平衡盘动态平衡功能受限，而且通过加装平衡盘装置来平衡轴向力存在平衡液流的回流泄漏，无疑增加了多级泵的容积损失，降低了多级泵的工作效率。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种高抗汽蚀自平衡的节段式多级泵，目的在于提高多级泵抗汽蚀性能，防止多级泵运行过程轴向力过大导致转子部件出现频繁轴向脉动现象，进而提高多级泵运行的可靠性和稳定性。
6.为此，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种高抗汽蚀自平衡的节段式多级泵，包括吸入函体、首级叶轮、次级吸水段、吐出段、泵轴和联轴器；
8.吸入函体和次级吸水段位于吐出段前后两侧；首级叶轮置于吸入函体内部，首级叶轮包括两组并列且固定连接的离心叶轮，两个离心叶轮背靠背设置，液流通过吸入函体
从左右两侧轴向流入首级叶轮；
9.吸入函体和次级吸水段之间设置次级叶轮和导叶；
10.次级吸水段和吐出段之间设置有次级反向叶轮和反向导叶；次级叶轮、次级反向叶轮、导叶和反向导叶均沿吐出段中心线对称设置。
11.泵轴设置于泵壳体中心线上，且沿首级叶轮端向外延伸与联轴器连接；首级叶轮、次级叶轮以及次级反向叶轮均穿在泵轴上，通过键连接随泵轴同步旋转。进一步地，吸入函体液流流入方向垂直于泵轴轴向中心线，吐出段液流流出方向垂直于泵轴轴向中心线且垂直于吸入函体液流流入方向。
12.进一步地，吸入函体和吐出段之间的中段数量与次级吸水段和吐出段之间的中段数量相等。
13.进一步地，导叶设于次级叶轮出口和后盖板处；反向导叶设于反向叶轮出口和后盖板处。
14.进一步地，导叶与次级叶轮、反向导叶与反次级叶轮数量相同。次级叶轮和所述次级反向叶轮叶片均为三维扭曲叶片。导叶和反向导叶为径向导叶，叶片外观呈螺旋型。
15.次级叶轮和次级反向叶轮数量相同或少1组（次级叶轮数量为奇数时）。次级吸水段设置于远离所述联轴器一侧，与泵轴通过机械密封部件密封来连接。
16.本实用新型的有益效果在于：
17.1. 通过将传统首级离心叶轮用背靠背形式的双吸叶轮替代，液流进入叶轮的过流面积增大，速度降低，有效改善了首级叶轮的汽蚀性能，而且双吸叶轮呈背靠背形式布置，两叶轮产生的轴向力方向相反，相互抵消，从而节段式多级泵首级叶轮的轴向力实现了自平衡，有利于节段式多级泵长期稳定可靠的运行；
18.2.通过将传统吸水室新型吸入函体替代，光滑的双流道吸入方式增加了液流流入容积，减小了液流进入首级叶轮前因涡流、撞击产生的损失，从而提高了泵的汽蚀性能和效率；
19.3.通过取消传统用于平衡轴向力的平衡盘结构，将次级叶轮数一分为二，引入次级吸水段，将吐出段正好布置次级叶轮数一半位置处，次级叶轮沿吐出段中心线对称分布，吐出段两侧次级叶轮产生的轴向力相互抵消，实现了节段式多级泵次级叶轮所产生的轴向力的自平衡；
20.4.取消平衡盘结构后，平衡盘的瞬时摩擦及频繁轴向脉动消失，次级叶轮与导叶的对中性处于更优状态，避免了原有平衡盘抱死现象，以及平衡液流的回流泄漏，容积损失减少，轴功率降低等问题；从而确保节段式多级泵具有高抗汽蚀性能和长期稳定可靠的运行。
附图说明
21.图1为实用新型多级泵剖面结构图；
22.图2是本实用新型首级叶轮的结构示意图;
23.图3是图2的主视图;
24.图4是图2的左视图；
25.图5是吸入函体入口的结构示意图；
26.图中：1-联轴器，2-驱动侧轴承端盖，3-驱动侧轴承，4-驱动侧轴承架，5-驱动侧机械密封部件，6-泵轴，7-吸入函体，8-首级叶轮，9-次级叶轮，10-中段，11-导叶，12-吐出段， 13-反向导叶，14-次级反向叶轮，15-次级吸水段，16-非驱动侧机械密封部件，17-非驱动侧轴承，18-非驱动侧轴承架，19-非驱动侧轴承端盖。
具体实施方式
27.下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
28.如图1所示，该实施例的节段式多级泵可用于输送固体颗粒不大于2（粒度小于1mm），介质固体浓度小于5%wt，温度≤210℃的液体。
29.本实用新型针对节段式多级泵设计了一种首级双吸叶轮8以及与双吸叶轮相匹配的新型吸入函体7结构
30.参见图2-4，该实用新型是以传统节段式多级泵为基础，将首级叶轮设计成背靠背形式的双吸叶轮8，并且将吸水室设计成与双吸叶轮相匹配的新型吸入函体7。首级双吸叶轮8通过键连接在泵轴6上，随泵轴同步旋转，吸入函体7布置在首级双吸叶轮8外侧，吸入函体7进口中心线垂直于泵轴6轴向中心线，并且和吐出段12中心线也垂直布置，即从电机方向看此多级泵安装形式为液流水平进，垂直出。液流从吸入函体7进口流入，通过光滑的吸入函体流道，流经吸入函体中间托架处液流被均匀分成两份，分别经过吸入函体左右流道流入首级双吸叶轮8进口处，通过双吸叶轮做功将两份液流送出，在首级双吸叶轮出口处两份液流又合二为一通过吸入函体7外流道进入次级叶轮。将首级叶轮设计成双吸叶轮8，叶轮进口面积增大，液流通过叶轮降速增压，可使泵在更大流量工况下运行，拓宽了泵运行的工况，提高了首级叶轮8的抗汽蚀性能；将吸水室设计成与双吸叶轮相匹配的新型吸入函体7结构，可以将液流均匀化分成左右两份从左右流道以最小损失引入首级双吸叶轮（如图5），减小涡流、撞击产生的损失，而且吸入函体7周向光滑流道将首级双吸叶轮8出口液流收集起来以最小损失引入下一级叶轮，从而提高了泵的抗汽蚀能力和效率。
31.本实用新型取消传统用于平衡轴向力的平衡盘结构，设计了一种新型的次级叶轮数一份为二背靠背布置的结构。
32.参见图1，此实用新型取消了传统用于平衡轴向力的平衡盘结构，将次级叶轮数一分为二呈背靠背形式布置，引入次级吸水段15，将吐出段12正好布置次级叶轮数一半位置处，在此将吐出段12左侧的次级叶轮依然称之为次级叶轮9，由于吐出段右侧的次级叶轮相对左侧次级叶轮呈反向布置形式，所以在此将吐出段右侧次级叶轮称之为次级反向叶轮14。此布置形式由于取消了平衡盘结构，使泵结构更加简单紧凑和使得液流通过次级叶轮所产生的轴向力和通过次级反向叶轮所产生的轴向力恰好相反，两者恰好相互抵消，因此此结构可以很好的实现轴向力的自平衡；而且取消小间隙平衡盘后，多级泵可以输送含有一定颗粒或者浓度较大的液流，从而使多级泵能输送的介质类型变多；以及取消平衡盘后没有了平衡间隙液流的回流泄漏，从而提高了多级泵的运行效率。因此此新型次级叶轮数一份为二背靠背布置的结构能保证节段式多级泵更加平稳可靠的运行。