專利名稱：水平軸向吸入節(jié)段式多級高壓離心泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泵類產(chǎn)品，特別是涉及一種應用于反滲透法海水淡化系統(tǒng)及工業(yè) 電廠給水的節(jié)段式多級高壓離心泵。
背景技術(shù)：
應用反滲透法作為當今世界主流的海水淡化方法之一，在海水淡化工程中所占比 例越來越大，尤其在我國，反滲透法的比例在80%以上。其中滲透膜、高壓泵、能量回收裝 置是反滲透法海水淡化的三大核心技術(shù)。作為三大核心技術(shù)之一的高壓泵為海水滲透膜提 供超過6-12MPa的壓力。目前日處理10000噸海水的反滲透法海水淡化高壓泵的流量為 210-420m3/h，揚程為550 700m。對這樣中大流量的高壓泵，使用節(jié)段式多級高壓離心泵 時其泵效可達75-80%。由于該結(jié)構(gòu)泵結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價格便宜，適用于反滲透 海水淡化工程。目前，節(jié)段式多級高壓離心泵的兩端均設有油軸承部件，兩端有兩套軸封機構(gòu)，泵 相對較長，其采用單平衡盤來平衡軸向力，泵運行可靠性差。而用于海水淡化工程的高壓泵 要求結(jié)構(gòu)更簡單、可靠，希望安裝占地小，裝拆更方便，考慮到高壓泵的可靠運行，對原結(jié)構(gòu) 進行改進十分必要。高壓泵是反滲透法海水淡化系統(tǒng)的關(guān)鍵設備之一，是反滲透海水淡化裝置中最耗 電的設備，是影響造水成本的主要因素之一，所以高效率、運行可靠的高壓泵對海水淡化系 統(tǒng)十分重要。目前我國海水淡化產(chǎn)業(yè)剛剛起步，現(xiàn)有海水淡化系統(tǒng)中的高壓泵主要依賴進 口，所以開發(fā)應用于海水淡化的高壓泵對我國海水淡化事業(yè)發(fā)展具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服上述不足，而提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、運行可靠、平衡性好、安裝簡易、維 護方便的水平軸向吸入節(jié)段式多級高壓離心泵，并在反滲透法海水淡化系統(tǒng)中得以應用。本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種水平軸向吸入節(jié)段式多級高壓離心 泵，包括泵殼體組件、轉(zhuǎn)子組件、軸承組件、密封蓋，其中泵殼體組件由依次相連的吸入段殼 體、中間段殼體、吐出段殼體組成，轉(zhuǎn)子組件為多級葉輪同向布置的分段式結(jié)構(gòu)而包括首級 葉輪、次級葉輪、導葉、轉(zhuǎn)軸，在所述首級葉輪處設有滑動軸承與首級葉輪密封環(huán)或者在所 述第一級導葉處設有滑動軸承與軸套；在所述吐出段殼體內(nèi)、并在轉(zhuǎn)軸上裝有平衡鼓，在該 平衡鼓的外圍裝有平衡套及平衡套壓板，所述平衡鼓與平衡套之間、平衡鼓與平衡套壓板 之間均具有間隙。采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)后，由于在首級葉輪處或者在第一級導葉處設置了一對滑動軸承 付，使滑動軸承能克服較大的支撐力，使高壓泵能平衡良好地運轉(zhuǎn)；由于設置了由平衡鼓、 平衡套、平衡套壓板等組成的軸向力平衡機構(gòu)，更提高了高壓泵運行的可靠性、平衡性。且 本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡易、維護方便，特別適用于反滲透法海水淡化系統(tǒng)。該高壓泵的成 功研發(fā)實現(xiàn)了國產(chǎn)化且形成了自主知識產(chǎn)權(quán)，克服了國外技術(shù)封鎖的被動局面，具有顯著的技術(shù)進步與有益效果。


下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細描述。圖1為本發(fā)明水平軸向吸入節(jié)段式多級高壓離心泵的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中的轉(zhuǎn)子組件及軸向力平衡機構(gòu)的平衡鼓安裝的放大示意圖。圖3為本發(fā)明的滑動軸承設置在首級葉輪處以及與吸入段殼體、首級葉輪密封環(huán) 連接的放大示意圖。圖4為本發(fā)明的滑動軸承設置在第一級導葉處以及與軸套、轉(zhuǎn)軸連接的放大示意 圖。圖5為本發(fā)明的滑動軸承的放大示意圖。圖6為圖1中的軸向力平衡機構(gòu)在轉(zhuǎn)軸上的安裝結(jié)構(gòu)示意圖(放大)。
具體實施例方式參照附圖可知，本發(fā)明水平軸向吸入節(jié)段式多級高壓離心泵，包括泵殼體組件、轉(zhuǎn) 子組件22、軸承組件21、密封蓋19，其中泵殼體組件由依次相連的吸入段殼體1、中間段殼 體8、吐出段殼體15組成(如圖1所示，拉緊螺栓2的兩端分別用拉緊螺母3固定在吸入段 殼體1和吐出段15殼體上，將中段殼體8夾緊固定)，轉(zhuǎn)子組件為多級葉輪同向布置的分 段式結(jié)構(gòu)而包括首級葉輪6、次級葉輪11 (若干個)、導葉7 (若干個，含第一級導葉42、最 末級導葉14)、轉(zhuǎn)軸25 (如圖2所示)，在所述首級葉輪6處設有滑動軸承5與首級葉輪密 封環(huán)44 (即首級葉輪密封環(huán)44裝在首級葉輪6上，滑動軸承5處于首級葉輪密封環(huán)44與 吸入段殼體1的內(nèi)壁之間，如圖3所示)或者在所述第一級導葉42處設有滑動軸承5與軸 套43 (即軸套43裝在轉(zhuǎn)軸25上，滑動軸承5處于軸套43與第一級導葉42之間，如圖4所 示)；在所述吐出段殼體15內(nèi)、并在轉(zhuǎn)軸25上裝有平衡鼓18，在該平衡鼓18的外圍裝有平 衡套16及平衡套壓板17，所述平衡鼓18與平衡套16之間、平衡鼓18與平衡套壓板17之 間均具有(微小)間隙(如圖1、圖6所示)。如圖3所示，由滑動軸承5與首級葉輪密封環(huán)44組成一對滑動軸承付，該結(jié)構(gòu)的 滑動軸承5也有首級葉輪6的壓力水向左通過滑動軸承5，故滑動軸承5也處在較好的水動 力條件下，使該滑動軸承能克服較大的支撐力，使高壓離心泵能夠良好平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)，且延長 滑動軸承的使用壽命；如圖4所示，或者由滑動軸承5與軸套43形成一對滑動軸承付(即作 為另一實施例)，軸套43如同其他導葉(除第一級導葉42外)處的導葉襯套10，該滑動軸 承5處也設計成在滑動軸承5付中通過首級葉輪6的壓力水，該壓力水自右向左通過滑動 軸承5，經(jīng)首級葉輪的平衡孔46回到首級葉輪入口 47，這樣流經(jīng)滑動軸承5，使該滑動軸承 5更能克服較大的支撐力，使高壓離心泵能夠良好平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)，是一種能夠承受更大徑向負 荷的滑動軸承付型式。以上兩種類型的滑動軸承均需經(jīng)過軸承受力計算，得出滑動軸承處 所需的支撐力，算出滑動軸承長徑比、所需支撐力時的軸承偏心距及滑動軸承的壓力分布。 這些計算是通過設計編制程序，由電腦來完成。如圖5所示，在所述滑動軸承5的工作表面 上設有若干條環(huán)型凹槽54，一旦流經(jīng)的水中有細小顆粒即可落入環(huán)型凹槽內(nèi)，而不會破壞 滑動軸承的工作面。該滑動軸承由低摩擦系數(shù)和耐磨性非常優(yōu)越的碳纖維石墨填充的聚醚醚酮(即PEEK)材料制成，或者可由高壓泵上廣泛采用的賽龍材料來加工制造滑動軸承的 襯。如圖1、圖2所示，原來液流的方向均為徑向吸入、徑向吐出設置，現(xiàn)為了改變液流 方向，改善液體的流動狀態(tài)，在所述吸入段殼體1內(nèi)設有軸向的吸入通道38，在所述吐出段 殼體15內(nèi)設有徑向的吐出通道39，液流以軸向吸入、徑向吐出，故稱為水平軸向吸入型。 以中間段殼體8為主設置轉(zhuǎn)子組件的葉輪與導葉。轉(zhuǎn)子組件由首級葉輪、次級葉輪(若干 個)、導葉(若干個)、轉(zhuǎn)軸等組成，其中多數(shù)導葉位于對應的葉輪(包括首級葉輪、次級葉 輪)與中間段殼體之間，最末級導葉位于最末的次級葉輪與吐出段殼體之間。具體地說是 一個首級葉輪6和多個次級葉輪11 (不多于五個)從左到右依次排列，在首級葉輪6與第 一個次級葉輪11之間設置第一級導葉42，隨后在每兩個次級葉輪11之間放置一個導葉7， 在最右端、最末的次級葉輪37上設置最末級導葉14。從吸入段殼體的吸入通道38水平軸 向流入首級葉輪6的液流在首級葉輪6處獲得動能進入第一級導葉42，將首級葉輪獲得的 動能轉(zhuǎn)變?yōu)閯菽?，并以最小損失到達次級葉輪11，被輸送的液流依次獲得能量，至最末級導 葉14而進入吐出段殼體15的吐出通道39，從而將高壓的液流排入海水淡化系統(tǒng)中的管網(wǎng)。如圖1、圖6所示，平衡鼓18會隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，平衡套16、平衡套壓板17均裝在吐 出段殼體15上而不會隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；所述平衡鼓18還可分為橫向的平衡小鼓48和縱向的 平衡大鼓49，該平衡小鼓48的外側(cè)設平衡套16，平衡套16又處于平衡大鼓49的(左)側(cè) 邊，該平衡大鼓49的外側(cè)設平衡套壓板17，平衡套壓板17與平衡套16相接；所述的平衡 小鼓48和平衡大鼓49、平衡套16、平衡套壓板17構(gòu)成軸向力平衡機構(gòu)，該平衡機構(gòu)處于最 末的次級葉輪37與密封蓋19之間，并在吐出段殼體15與密封蓋19形成的平衡腔31內(nèi)。如圖6所示，當節(jié)段式多級高壓離心泵的首級、次級葉輪同向分布時一定會存在 軸向力。在該軸向力作用下，轉(zhuǎn)軸會向左移動，設置軸向力平衡機構(gòu)后，該平衡機構(gòu)會產(chǎn)生 一種平衡力。當軸向力大于平衡力時，軸向力平衡機構(gòu)連同轉(zhuǎn)軸25向左移動，這時平衡鼓 18與平衡套16的軸向間隙(bj減小，液體的阻力增加，泄漏的水量減少，液體流過徑向間 隙上的壓力也隨著減少，這時平衡大鼓的平衡力增大，直至平衡力和軸向力相等。由于聯(lián)合 作用的平衡機構(gòu)的平衡小鼓48先平衡掉一部分軸向力，減小了平衡大鼓49的平衡力，因此 減慢了平衡大鼓軸向間隙中的液體流速，使液流流過不變的平衡小鼓48徑向間隙(Id1)及 長度(I1),可以得到較大的平衡鼓18與平衡套16之間軸向間隙(bj，使平衡鼓18與平衡 套16軸向端面不易相碰，這樣減少該軸向端面磨損，使軸向力平衡機構(gòu)工作更可靠。在所 述平衡套16與平衡小鼓48之間內(nèi)襯有滑動軸承襯套50，也可在較小的范圍、較小的徑向 間隙上，減小平衡水泄漏量，以提高泵效及泵運行的可靠性。增加平衡大鼓49厚度，其與平 衡套壓板17形成一段徑向間隙(bw)，這可防止液體在平衡大鼓與平衡套外周斷流汽化而使 端面發(fā)生干摩擦，更提高泵運行的可靠性。在所述的轉(zhuǎn)軸25上、并在平衡鼓18的外側(cè)部處 依次裝有壓套34、鎖緊螺母33及小圓螺母32，從而將平衡鼓18緊固在轉(zhuǎn)軸25上，平衡鼓 利用轉(zhuǎn)軸上的鍵36而傳遞轉(zhuǎn)軸傳來的扭矩。平衡鼓18與壓套34之間設置有0型密封圈 35，以防止高壓液體自軸向的泄漏，以免泄壓、破壞平衡機構(gòu)的正常功能。鎖緊螺母33與軸 頭螺釘4共同擰緊固定轉(zhuǎn)軸，起到防松作用，其螺紋的方向均使裝在轉(zhuǎn)軸25上的上述各葉 輪(首級葉輪6、次級葉輪11、最末的次級葉輪37)以及軸套43、平衡鼓18、壓套34處于緊 固狀態(tài)，不會因各螺母松動而發(fā)生軸向竄動，以確保轉(zhuǎn)軸正常工作。
如圖1所示，在所述吐出段殼體15的后部還裝有尾蓋52，在所述的轉(zhuǎn)軸25上、并 在密封蓋19內(nèi)的密封腔30處設有機械密封機構(gòu)20 (為一個)，且該機械密封組件20為單 端面集裝式機械密封組件(成熟耐腐蝕、多彈簧快裝型)；所述密封蓋19外接有平衡回水 管9，平衡回水管9的另一端與所述吸入段殼體1內(nèi)的首級葉輪6的工作腔51相接。密封 蓋19內(nèi)的密封腔30與軸向力平衡機構(gòu)的平衡腔31連通，該機械密封組件20無需外供冷 卻水，其依靠所述軸向力平衡機構(gòu)泄出的平衡水沖洗冷卻，并通過平衡回水管使平衡水經(jīng) 對機械密封組件沖洗后再返回到吸入段殼體內(nèi)的首級葉輪的工作腔。如圖1所示，所述軸承組件21裝在轉(zhuǎn)軸25上、并處于所述吐出段殼體15及尾蓋 52的(右)側(cè)邊處，(由潤滑油潤滑的)軸承組件21通過尾蓋52與吐出段殼體15組成一 整體，承受徑向負荷及軸向負荷的滾動球軸承28裝在軸承組件21的軸承體53中，該滾動 球軸承28由轉(zhuǎn)軸帶動的甩油環(huán)26甩起的潤滑油潤滑。滾動球軸承28工作時產(chǎn)生的熱量 由兩種方式散熱一是由設在軸承體53外的放射狀散熱筋40來散熱；二是在軸承體潤滑 油室27外的夾套29中通以輸送介質(zhì)(如常溫的海水)來散熱。這樣保證滾動球軸承28 起到既支撐右端轉(zhuǎn)子又起到承受軸向力平衡機構(gòu)的殘余軸向力，以滿足高壓泵在變工況運 行的需要。高壓泵的轉(zhuǎn)軸左右兩端分別由軸承支撐，其左端由滑動軸承5支撐，其右端由承 受徑向負荷和雙向軸向負荷的滾動球軸承28來支撐。本發(fā)明節(jié)段式多級高壓離心泵(水平軸向吸入方式)在實際工作時，電機通過泵 聯(lián)軸器23及聯(lián)軸器鍵24帶動轉(zhuǎn)軸25轉(zhuǎn)動。從而使首級葉輪6與多個次級葉輪11及最末 的次級葉輪37隨轉(zhuǎn)軸25 —起轉(zhuǎn)動，從吸入段殼體1的吸入通道38進入的液體在首級葉輪6 的旋轉(zhuǎn)離心力作用下，從導葉7引導進入次級葉輪11，最后由最末級導葉14從吐出段殼體 15的吐出通道39以高壓液體的形式被排出。由于在首級葉輪處或者在第一級導葉處設置 了一對滑動軸承付，使滑動軸承能克服較大的支撐力，使高壓泵能平衡良好地運轉(zhuǎn)；由于軸 向力平衡機構(gòu)的平衡作用，且平衡腔31通過平衡回水管9與首級葉輪工作腔51相連通，以 平衡轉(zhuǎn)軸的軸向力，更提高了高壓泵運行的可靠性、平衡性。本發(fā)明適用于流量IOO-SOOm3/ h，揚程為500-900m的高壓離心泵，作為海水淡化的高壓泵及相同性能的出水溫度彡140°C 的工業(yè)電廠的高壓鍋爐給水泵。
權(quán)利要求
一種水平軸向吸入節(jié)段式多級高壓離心泵，包括泵殼體組件、轉(zhuǎn)子組件(22)、軸承組件(21)、密封蓋(19)，其中泵殼體組件由依次相連的吸入段殼體(1)、中間段殼體(8)、吐出段殼體(15)組成，轉(zhuǎn)子組件為多級葉輪同向布置的分段式結(jié)構(gòu)而包括首級葉輪(6)、次級葉輪(11)、導葉(7)、轉(zhuǎn)軸(25)，其特征在于在所述首級葉輪(6)處設有滑動軸承(5)與首級葉輪密封環(huán)(44)或者在所述第一級導葉(42)處設有滑動軸承(5)與軸套(43)；在所述吐出段殼體(15)內(nèi)、并在轉(zhuǎn)軸(25)上裝有平衡鼓(18)，在該平衡鼓(18)的外圍裝有平衡套(16)及平衡套壓板(17)，所述平衡鼓(18)與平衡套(16)之間、平衡鼓(18)與平衡套壓板(17)之間均具有間隙。
2.如權(quán)利要求1所述的水平軸向吸入節(jié)段式多級高壓離心泵，其特征在于在所述滑 動軸承(5)的工作表面上設有若干條環(huán)型凹槽(54)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的水平軸向吸入節(jié)段式多級高壓離心泵，其特征在于在所 述吸入段殼體(1)內(nèi)設有軸向的吸入通道(38)，在所述吐出段殼體(15)內(nèi)設有徑向的吐出 通道(39)。
4.如權(quán)利要求1所述的水平軸向吸入節(jié)段式多級高壓離心泵，其特征在于所述平衡 鼓(18)分為橫向的平衡小鼓(48)和縱向的平衡大鼓(49)，該平衡小鼓(48)的外側(cè)設平 衡套(16)，平衡套(16)又處于平衡大鼓(49)的側(cè)邊，該平衡大鼓(49)的外側(cè)設平衡套壓 板(17)，平衡套壓板(17)與平衡套(16)相接；所述的平衡小鼓(48)和平衡大鼓(49)、平 衡套(16)、平衡套壓板(17)構(gòu)成軸向力平衡機構(gòu)，該平衡機構(gòu)處于最末的次級葉輪(37)與 密封蓋(19)之間，并在吐出段殼體(15)與密封蓋(19)形成的平衡腔(31)內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1或4所述的水平軸向吸入節(jié)段式多級高壓離心泵，其特征在于在所 述的轉(zhuǎn)軸(25)上、并在平衡鼓(18)的外側(cè)部處依次裝有壓套(34)、鎖緊螺母(33)及小圓 螺母(32)，從而將平衡鼓(18)緊固在轉(zhuǎn)軸(25)上。
6.如權(quán)利要求1所述的水平軸向吸入節(jié)段式多級高壓離心泵，其特征在于在所述吐 出段殼體(15)的后部還裝有尾蓋(52)，在所述的轉(zhuǎn)軸(25)上、并在密封蓋(19)內(nèi)的密封 腔(30)處設有機械密封機構(gòu)(20)，且該機械密封組件(20)為單端面集裝式機械密封組件； 所述密封蓋(19)外接有平衡回水管(9)，平衡回水管(9)的另一端與所述吸入段殼體(1) 內(nèi)的首級葉輪(6)的工作腔(51)相接。
7.如權(quán)利要求6所述的水平軸向吸入節(jié)段式多級高壓離心泵，其特征在于所述軸承 組件(21)裝在轉(zhuǎn)軸(25)上、并處于所述吐出段殼體(15)及尾蓋(52)的側(cè)邊處，軸承組件 (21)通過尾蓋(52)與吐出段殼體(15)組成一整體，承受徑向負荷及軸向負荷的滾動球軸 承(28)裝在軸承組件(21)的軸承體(53)中。
全文摘要
一種水平軸向吸入節(jié)段式多級高壓離心泵，包括泵殼體組件、轉(zhuǎn)子組件、軸承組件、密封蓋，其中泵殼體組件由依次相連的吸入段殼體、中間段殼體、吐出段殼體組成，轉(zhuǎn)子組件包括首級葉輪、次級葉輪、導葉、轉(zhuǎn)軸，在首級葉輪(6)處設有滑動軸承(5)與首級葉輪密封環(huán)(44)或在第一級導葉(42)處設有滑動軸承(5)與軸套(43)；在吐出段殼體(15)內(nèi)、并在轉(zhuǎn)軸(25)上裝有平衡鼓(18)，在該平衡鼓的外圍裝有平衡套(16)及平衡套壓板(17)，平衡鼓與平衡套之間、平衡鼓與平衡套壓板之間均具有間隙。本發(fā)明能使高壓泵平衡良好地運轉(zhuǎn)，提高了高壓泵運行的可靠性、平衡性。且結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡易、維護方便，特別適用于反滲透法海水淡化系統(tǒng)。
文檔編號F04D1/06GK101975168SQ201010543749
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者倪秀棟, 吳大轉(zhuǎn), 孫森森, 池慶杰, 沈水欽, 王樂勤, 陳杰 申請人:浙江科爾泵業(yè)股份有限公司;浙江大學