用于补偿旋转流机器中的轴向力的组件以及多级离心泵的制作方法

本发明涉及一种用于补偿旋转流机器中的轴向力的组件。本发明还涉及一种多级离心泵。

背景技术：

1、诸如离心泵的离心流机器设置有叶轮，该叶轮借助于可旋转地支撑的轴布置到壳体中。在这种离心流机器的操作期间，该轴经受轴向力。可以通过适当地设计慢速机器来最小化这种轴向力。剩余力经由止推轴承传递到壳体。平衡轴向力与多级离心流机器特别相关，其中每一级产生轴向力分量，即，系统的推力。叶轮的净轴向推力是作用在后护罩与前护罩上的力之间的差。存在可以改变这些力的许多流体动力学效应。例如，环泄漏或叶轮相对于蜗壳或扩散器的轴向定位可以改变叶轮与侧壁间隙之间的压力分布。压力的相对小的变化被大的突出的护罩表面区域极大地放大。结果可能是轴向推力沿任一方向的非常大的移位。

2、众所周知的是，使用所谓的平衡鼓(balancing drum)来最小化轴承经受的轴向力。平衡鼓是连接到机器的驱动轴的部件，该鼓具有与离心流机器的轴的中心轴线平行的圆柱形外表面。离心流机器的壳体设置有用于平衡鼓的圆柱形空间。在平衡鼓与壳体中的空间之间布置有空隙间隙。该间隙的目的是提供流量限制，从而在平衡鼓上提供压力差。然而，该空隙间隙使得过程流体可以在某种程度上流过该间隙，并且因此降低离心流机器的效率。因此，通常使得使用平衡鼓无法完全消除对止推轴承的需要。

3、文献cn209704901u公开一种无泄漏平衡鼓设备，其包括与泵轴一起旋转的平衡鼓以及静止的平衡鼓套筒。该平衡鼓包括通过螺栓连接的前平衡鼓和后平衡鼓。前平衡鼓和后平衡鼓分别设置有前机械密封件和后机械密封件。机械密封件的动环安装在平衡鼓上，并且静环安装在平衡鼓套筒上。这些机械密封件串联连接，并且在其之间形成腔。该腔连接到输水区段，该输水区段具有比泵的出口处的压力低的压力。

4、在cn209704901u中公开的平衡鼓至少具有以下缺点。首先，由于无泄漏，机械密封件之间的腔中的水实际上是静止的，并且该密封件可能经历过热。其次，平衡鼓的构造因其形状而导致不足的平衡性能。

5、本发明的目的是提供一种用于补偿旋转流机器中的轴向力的组件，与现有技术解决方案相比，所述组件的性能显著提高。

6、本发明的目的是提供一种多级泵，在所述多级泵中，以经改进的方式补偿轴向力。

技术实现思路

1、可以基本上如独立权利要求中和描述本发明的不同实施例的更多细节的其他权利要求中所公开的那样满足本发明的目的。

2、根据本发明，一种用于补偿旋转流机器中的轴向力的组件包括：

3、壳体，

4、可旋转地布置到所述壳体的轴，

5、旋转对称的平衡部件，所述旋转对称的平衡部件布置到所述壳体中的所述轴并与所述壳体中的所述轴同轴，其中所述平衡部件具有第一轴向端部和第二轴向端部，

6、第一机械滑环密封件，所述第一机械滑环密封件在所述第一轴向端部处布置在所述平衡部件与所述壳体之间，

7、第二机械滑环密封件，所述第二机械滑环密封件在所述第二轴向端部处布置在所述平衡部件与所述壳体之间，其中

8、所述第一和所述第二机械滑环密封件被布置成密封在所述机械滑环密封件之间轴向延伸的中间空间，所述中间空间由所述滑环密封件、所述平衡部件和所述壳体定界，以及

9、通向所述中间空间的第一流体连通端口，

10、所述第一流体连通端口连接到加压阻隔流体源，其中所述第一轴向端部具有第一半径，并且所述第二轴向端部具有第二半径(r2)，其中所述第一半径(r1)等于所述第二半径(r2)。

11、这样，所述平衡部件可以被布置成有效地平衡轴向力、而无过度泄漏，并且同时获得轴向力的稳定平衡。因为平衡鼓的轴向端部的面积具有相等大小，因此加压阻隔流体和中间空间对于轴向力的平衡是中性的(无作用的，neutral)。由于第一和第二机械密封件以及相等大小的半径的组合效应，使得非常稳定，从而可承受例如压力变化。

12、而且，在中间空间中存在加压阻隔流体减小第一机械滑环密封件上的压力差，这又减小对密封环造成的应力，并且增加机械密封件的操作寿命。相应地，存在加压阻隔流体减小第二机械滑环密封件上的压力差。

13、根据本发明的一实施例，所述组件包括通向所述中间空间的第二连通端口连通端口，并且所述组件包括使所述第一流体连通端口和所述第二连通端口相互连接的流体循环通道。

14、这样，通过将阻隔流体布置成流过中间空间，可以有效地冷却所述中间空间和所述机械密封件。而且，可以布置基本上闭环的流体循环，其可以用于例如冷却所述系统。

15、根据本发明的一实施例，所述组件包括通向所述中间空间的第二连通端口连通端口，并且所述组件包括使所述第一流体连通端口和所述第二连通端口相互连接的流体循环通道，并且所述流体循环通道连接到加压流体源。所述加压流体源有利地是旋转流机器自身，但是在一些实际应用中，外部加压阻隔流体源可能是可行的。

16、根据本发明的一实施例，所述组件包括通向所述中间空间的第二连通端口，并且所述第二流体连通端口连接到流体排放系统。

17、根据本发明的一实施例，所述组件包括通向所述中间空间的第二连通端口连通端口，并且所述组件包括使所述第一流体连通端口和所述第二连通端口相互连接的流体循环通道，并且所述流体循环通道集成到所述壳体中。

18、根据本发明的一实施例，所述组件包括通向所述中间空间的第二连通端口，并且所述第二流体连通端口连接到流体排放系统，并且所述循环通道流体地连接到所述旋转流机器的在其入口与出口之间的工作流体空间。

19、这样，旋转流机器的工作流体可以充当阻隔流体，并且不需要外部流体源。

20、根据本发明的一实施例，所述平衡部件的所述壳体包括圆柱形内表面，并且所述平衡部件包括圆柱形外表面，所述壳体的所述圆柱形内表面和所述平衡部件的所述圆柱形外表面在所述平衡部件与所述壳体之间形成径向滑动轴承。

21、由于第一和第二机械密封件以及平衡部件的第一轴向端部和第二轴向端部的相等大小的半径以及径向滑动轴承的组合效应，进一步减小机械密封件上的压力差的影响，并且轴向地位于现在呈径向轴承形式的机械滑环密封件之间的中间空间对由平衡鼓产生的轴向力是中性的(无作用的)。

22、根据本发明的一实施例，所述平衡部件的所述壳体包括圆柱形内表面，并且所述平衡部件包括圆柱形外表面，所述壳体的所述圆柱形内表面和所述平衡部件的所述圆柱形外表面在所述平衡部件与所述壳体之间形成径向滑动轴承，并且所述滑动轴承表面由可移除的套筒组成，所述可移除的套筒的轴向长度等于所述第一和所述第二轴向长度。

23、根据本发明的一实施例，所述第一机械滑环密封件包括：以可轴向移动的方式支撑到所述壳体的第一静止密封环；弹簧元件，其对所述第一静止密封环产生轴向力，从而将所述第一静止密封环推向所述平衡部件，并且所述第二滑环密封件包括：以可轴向移动的方式支撑到所述壳体的第二静止密封环；弹簧元件，其对所述第二静止密封环产生轴向力，从而将所述第二静止密封环推向所述平衡部件。

24、根据本发明的一实施例，所述平衡部件设置有环构件，所述环构件被配置成与所述第一静止密封环和所述第二静止密封环协作。

25、根据本发明的一实施例，所述平衡部件包括布置在所述平衡部件与所述壳体之间的两个以上的连续机械滑环密封件，以及位于每两个连续机械滑环密封件之间的中间空间、通向所述中间空间中的每一者的流体连通端口，所述流体连通端口连接到加压阻隔流体源。所述机械密封件中的每一者具有相等大小的半径。

26、可以在一种具有驱动轴和布置到所述驱动轴的多于一个叶轮的多级离心泵中解决轴向力的经改进的平衡，所述多级离心泵包括根据本发明的用于补偿轴向力的组件。

27、根据本发明的一实施例，一种多级离心泵包括用于补偿轴向力的组件，所述组件包括通向所述中间空间的第二连通端口连通端口，并且所述组件包括使所述第一流体连通端口和所述第二连通端口相互连接的流体循环通道，其中所述循环管线连接到所述泵的在所述泵的第一级与最后一级之间的级。

28、根据本发明的一实施例，所述循环管线在提供所述泵的最大压力的30-70％的位置处连接到所述离心泵。

29、在此专利申请中呈现的本发明的示例性实施例不应解释为对所附权利要求书的适用性构成限制。动词“包括”在此专利申请中充当开放式限制，其并不排除存在还未叙述的特征。在从属权利要求中叙述的特征可相互自由组合，除非另外明确说明。在所附权利要求书中特别地阐述被视为本发明的特性的新颖特征。