專利名稱：一種雙級雙排出石墨泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨泵，具體為一種雙級雙排出石墨泵，該泵主要用于輸送腐蝕性介質(zhì)。
背景技術(shù)：
石墨泵是耐腐蝕泵的一種，泵內(nèi)所有與介質(zhì)接觸的過流部件均由石墨制成。石墨泵廣泛應(yīng)用于腐蝕性介質(zhì)的輸送，從工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域來看，包括化工、農(nóng)藥、冶金、化纖、醫(yī)藥、輕工和環(huán)保等領(lǐng)域。使用的溫度大多在40 50°C，由于石墨具有良好的耐熱沖擊性能，驟冷驟熱均不會(huì)開裂，特殊的可達(dá)220°C。石墨泵的流量為3 200m3/h，揚(yáng)程為10 65m?；?工用石墨泵一般為離心泵，泵的葉輪、蝸室、軸封腔以及吸液管、排液管口等都用不透性石墨制成，適于輸送鹽酸、氟氫酸、稀硫酸(50%)等。目前使用的石墨泵大多是單級單排出泵，從使用情況看，葉輪在與軸連接處容易損壞，而鑄鐵制造的葉輪通常不會(huì)發(fā)生這種情況，這與浸潰石墨的力學(xué)性能遠(yuǎn)差于鑄鐵有關(guān)，其力學(xué)性能如表I所列。但是要提高浸潰石墨的力學(xué)性能難度很大。從運(yùn)行過程中葉輪的受力情況看，主要受到扭矩、徑向力和軸向力等載荷的作用，在不改變材料力學(xué)性能的情況下，可以從改變石墨泵的結(jié)構(gòu)出發(fā)，使運(yùn)行過程中的葉輪所受到的載荷減小，從而降低葉輪破壞的可能。表I浸潰石墨和HT200的主要力學(xué)性能參數(shù)
性能材料I浸漬石墨|ΗΤ200
抗拉強(qiáng)度MPa14左右 200
抗彎強(qiáng)度MPa— 55~67 400
抗壓強(qiáng)度 MPa— 18CT220 750
硬度 HB|23~25 1160

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有石墨泵運(yùn)行過程中葉輪容易損壞的不足，本發(fā)明提供一種雙級雙排出石墨泵，該石墨泵不僅能滿足水力性能的要求，而且能避免泵運(yùn)行過程中葉輪損壞。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種雙級雙排出石墨泵，泵內(nèi)與介質(zhì)接觸的過流部件均采用石墨制成，該泵包括泵蓋、泵體、葉輪、托架和轉(zhuǎn)軸，其特征是該泵采用雙級葉輪，分別為一級葉輪和二級葉輪，一級、二級葉輪依次限位安裝在同一轉(zhuǎn)軸上，兩級葉輪間安裝有正、反導(dǎo)葉，二級葉輪所在壓水室采用對稱雙排出結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述對稱雙排出結(jié)構(gòu)的壓水室，為螺旋形對稱分布，兩蝸舌的方向相差180°，兩泵出口的方向也相差180°。本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)計(jì)還在于，所述一級、二級葉輪均采用閉式葉輪，其葉片均采用后彎式葉片，兩級葉輪葉片數(shù)相等，一般采用5 7個(gè)葉片。所述轉(zhuǎn)軸包括長軸和短軸，兩軸定位連接，所述一級、二級葉輪均安裝在短軸上，長軸經(jīng)聯(lián)軸器與電機(jī)相連。所述一級、二級葉輪采用左旋螺紋與短軸連接，一級葉輪后部連接短軸，二級葉輪穿套在短軸上，兩級葉輪間采用短軸套進(jìn)行限位。所述短軸前部安裝所述短軸套，短軸后部安裝長軸套，該長軸套與泵體之間密封配合；長軸通過兩個(gè)支撐的軸承安裝在托架上，并設(shè)有密封圈。所述泵體分為前泵體、中間泵和后泵體三部分，三部分安裝在泵蓋和托架之間并密封配合。所述正導(dǎo)葉固定在前泵體上，正導(dǎo)葉葉片數(shù)與一級葉輪葉片數(shù)量不相等或不互為倍數(shù)；反導(dǎo)葉固定在中間泵體上，反導(dǎo)葉葉片數(shù)與正導(dǎo)葉葉片數(shù)相等。一級葉輪進(jìn)口與前泵體間安裝一級葉輪前口環(huán)；二級葉輪進(jìn)口與中間泵體間安裝二級葉輪前口環(huán)；二級葉輪與后泵體間安裝二級葉輪后口環(huán)。兩級葉輪的外徑、葉片進(jìn)出口寬度、葉片厚度和葉片型線結(jié)構(gòu)相同。本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)原理如下
(I)本發(fā)明采用雙級葉輪降低單個(gè)葉輪所受的扭矩和離心力。這種結(jié)構(gòu)葉輪的泵內(nèi)流體的流動(dòng)情況為流體經(jīng)一級葉輪升壓后流入正導(dǎo)葉，再經(jīng)反導(dǎo)葉流入二級葉輪，經(jīng)二級葉輪再次升壓后流入雙排出壓水室，從泵出口流出。由多級泵內(nèi)各級揚(yáng)程分布規(guī)律可知，雙級泵某一級葉輪所貢獻(xiàn)的揚(yáng)程為總揚(yáng)程的1/2。因此，某一級葉輪的扭矩計(jì)算公式為
Psomm
ηω
Cl)
式中
Q 栗的流里，rfl3.s-l ；
H-泵的揚(yáng)程,m ；
η——泵的效率；
&■-泵的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，rad · s—1 ；
P——流體的密度，kg · m_3 ； g——重力加速度，rn 。由式(I)可知，采用雙級葉輪后，在達(dá)到同樣揚(yáng)程和流量的情況下，某一級葉輪承受的扭矩是采用單級葉輪情況下的1/2倍，降低了葉輪破壞的可能。另外，由泵的相似理論可知，葉輪直徑與揚(yáng)程的關(guān)系為
/ \ 2
^2 K A/'、(2)
式中
——雙級泵某一級的揚(yáng)程、單級泵的揚(yáng)程，m ；Dx、D2——雙級泵某一級葉輪的直徑、單級泵葉輪的直徑，m。由式(2)可知，本發(fā)明采用雙級泵后，在總揚(yáng)程相同的情況下，某一級葉輪的直徑
為采用單級葉輪情況時(shí)的.農(nóng)&倍。葉輪直徑減小了，所受到的離心力顯然也會(huì)減小，降低了葉輪破壞的可能。(2)本發(fā)明采用雙排出壓水室的結(jié)構(gòu)降低葉輪所受的徑向力。這種壓水室結(jié)構(gòu)對稱布置，具有兩個(gè)蝸舌、兩個(gè)泵出口，蝸舌的方向相差180°。一般螺旋形壓水室是按設(shè)計(jì)流量設(shè)計(jì)的，液體在葉輪周圍壓水室中的速度和壓力是均勻的、軸對稱的，故作用于葉輪上的合力為零，理論上無徑向力作用。但是，當(dāng)壓水室和葉輪相互協(xié)調(diào)的條件一設(shè)計(jì)流量，被破壞時(shí)，兩者出現(xiàn)了尖銳的矛盾，從而破壞了壓力沿葉輪軸對稱分布的條件，因而產(chǎn)生了徑向力。產(chǎn)生徑向力的另一個(gè)原因是，從葉輪流出液體 的動(dòng)反力對葉輪的作用。葉輪周圍壓水室中的壓力對液體流出葉輪起阻礙作用。由于壓水室的壓力不軸對稱，液體流出葉輪的速度也是不軸對稱的，壓力大的地方流速小，壓力小的地方流速大，方向與葉輪出口絕對速度方向相反，近似與圓周相切，故動(dòng)反力引起的徑向力的方向大致為壓力引起的徑向力反旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)90°。另外，在運(yùn)轉(zhuǎn)中由于葉輪葉片與蝸舌的動(dòng)靜干涉，會(huì)產(chǎn)生作用于葉輪上交變的徑向力，使軸受到交變應(yīng)力。本發(fā)明為了降低葉輪所受的徑向力，采用雙排出對稱結(jié)構(gòu)的壓水室，這樣壓水室內(nèi)的壓力和流出液體的動(dòng)反力產(chǎn)生的葉輪徑向力，以及蝸舌與葉片間的動(dòng)靜干涉產(chǎn)生的交變徑向力可以相互抵消，降低了葉輪破壞的可能。本發(fā)明的有益效果是，可以在滿足石墨泵水力性能的同時(shí)，避免葉輪的損壞，保證泵的安全可靠長周期運(yùn)行。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明的總裝圖。圖2是一級葉輪的結(jié)構(gòu)圖。圖3是二級葉輪的結(jié)構(gòu)圖。圖4是圖I中正導(dǎo)葉和前泵體的A-A剖視圖。圖5是圖I中反導(dǎo)葉和中間泵體的B-B剖視圖。圖6是圖I中后泵體雙排出壓水室的C-C剖視圖。圖中1.正導(dǎo)葉，2.反導(dǎo)葉，3. 二級葉輪前口環(huán)，4.中間泵體，5.后泵體，6.圓柱頭螺釘，7.冷卻室套，8.機(jī)械密封，9.圓頭普通平鍵，10.密封圈，11.油塞，12.長軸，13.軸承，14.軸承端蓋，15.聯(lián)軸器，16.單頭普通平鍵，17.電機(jī)，18.底座，19.螺栓，20.托架，21.油封，22.長軸套，23. 二級葉輪后口環(huán)，24. 二級葉輪，25.雙頭螺栓，26.螺母，27.墊圈，28. —級葉輪，29. —級葉輪前口環(huán)，30.短軸套，31.短軸，32.泵入口，33.接管，34.前泵體，35.泵蓋，36.泵出口，37.蝸舌。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述
在圖I中，本發(fā)明的雙級雙排出石墨泵包括泵蓋(35)、泵體、葉輪、托架(20)和轉(zhuǎn)軸。泵體分為前泵體(34)、中間泵體(4)和后泵體(5)。轉(zhuǎn)軸由長軸(12)和短軸(31)連接而成。該泵采用雙級葉輪，分別為一級葉輪(28)和二級葉輪(24)，一級、二級葉輪依次串聯(lián)安裝在短軸(31)上，兩級葉輪間安裝有正、反導(dǎo)葉，二級葉輪(24 )所在壓水室采用對稱雙排出結(jié)構(gòu)，該壓水室呈螺旋形對稱分布。泵內(nèi)與介質(zhì)接觸的過流部件均采用石墨制成。電機(jī)(17 )和托架(20 )安裝在底座(18 )上，利用單頭普通平鍵(16 )和聯(lián)軸器(15 )將電機(jī)軸與長軸(12)聯(lián)接；長軸(12)由兩個(gè)軸承(13)支撐，兩端加軸承端蓋(14)，安裝在托架(20)上，并采用密封圈(10)進(jìn)行密封，防止?jié)櫥吐┏?；打開油塞(11)可往托架(20)內(nèi)注油，潤滑軸承，維修時(shí)，擰開螺栓(19)可排放托架(20)內(nèi)的潤滑油；長軸(12)左端用圓 頭普通平鍵(9)與短軸(31)聯(lián)接。短軸(31)上安裝長軸套(22)，防止液體腐蝕；采用機(jī)械密封(8)作為軸密封，防止泵內(nèi)液體流出，機(jī)械密封的靜環(huán)通過圓柱頭螺釘(6)固定在后泵體(5 )上，機(jī)械密封(8 )外安裝冷卻室套(7 )，運(yùn)行中可進(jìn)行冷卻，并采用油封(21)防止冷卻液泄漏。采用雙級葉輪結(jié)構(gòu)，可以在達(dá)到同樣揚(yáng)程和流量的情況下，減小單級葉輪承受的扭矩和離心力，降低葉輪破壞的可能；兩級葉輪間用短軸套(30)進(jìn)行限位，同時(shí)起到防止腐蝕短軸(31)的作用。一級葉輪(28)進(jìn)口與前泵體(34)間安裝一級葉輪前口環(huán)(29)，阻止葉輪出口流體回流到一級葉輪進(jìn)口；二級葉輪(24)進(jìn)口與中間泵體(4)間安裝二級葉輪前口環(huán)(3)，阻止葉輪出口流體回流到二級葉輪進(jìn)口 ；二級葉輪(24)與后泵體(5)間安裝二級葉輪后口環(huán)
(23)，阻止葉輪出口流體從二級葉輪后側(cè)軸向流出。前泵體(34)、中間泵體(4)和后泵體(5)安裝在泵蓋(35)和托架(20)間，通過雙頭螺栓(25)、螺母(26)和墊圈(27)擰緊固定；一級葉輪(28)位于前泵體(34)和中間泵體
(4)之間，二級葉輪(24)位于中間泵體(4)和后泵體(5)之間；流體在泵內(nèi)的流動(dòng)情況為，流體從泵入口(32)流入，經(jīng)接管(33)流進(jìn)一級葉輪(28)，經(jīng)一級葉輪升壓后進(jìn)入正導(dǎo)葉(1)，再經(jīng)反導(dǎo)葉(2)流入二級葉輪(24)，經(jīng)二級葉輪再次升壓后進(jìn)入中間泵體(4)和后泵體(5)構(gòu)成的雙排出壓水室，最后從兩個(gè)泵出口(36)流出。在圖2中，一級葉輪(28)采用閉式葉輪，葉片采用后彎式葉片，葉片數(shù)一般取6個(gè)，短軸不穿透葉輪，螺紋采用左旋形式，以避免葉輪運(yùn)行過程中因受扭矩從軸上脫落。在圖3中，二級葉輪(24)也采用閉式葉輪后彎式葉片，葉片數(shù)目與一級葉輪(28)的葉片數(shù)相同，短軸穿透葉輪，螺紋采用左旋形式，以避免葉輪運(yùn)行過程中因受扭矩從軸上脫落；葉輪外徑、葉片進(jìn)出口寬度、葉片厚度和葉片型線等結(jié)構(gòu)參數(shù)與一級葉輪相同。在圖4中，正導(dǎo)葉(I)固定在前泵體(34)上，起到壓水室的作用(降低速度，消除液體旋轉(zhuǎn)分量)，正導(dǎo)葉葉片數(shù)不與葉輪葉片數(shù)相等或互為倍數(shù)，以避免共振，一般取7個(gè)葉片。在圖5中，反導(dǎo)葉(2)固定在中間栗體(4)上,除起到壓水室的作用外,還起著把液體引入下一級葉輪的吸水室的作用，反導(dǎo)葉葉片數(shù)與正導(dǎo)葉葉片數(shù)相等，均采用7個(gè)葉片。正反導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)同目前工業(yè)上常用的多級泵中的正反導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)相同，正反導(dǎo)葉與葉輪的安裝方式與現(xiàn)有的也相同。。
在圖6中，兩泵出口(36)的方向相差180°，兩蝸舌(37)的方向也相差180°，二級葉輪出口至泵出口(36)間由中間泵體(4)和后泵體(5)構(gòu)成的空腔為壓水室，該壓水室 對稱分布，采用這種結(jié)構(gòu)可以減小葉輪所受的徑向力，降低葉輪破壞的可能。
權(quán)利要求
1.一種雙級雙排出石墨泵，泵內(nèi)與介質(zhì)接觸的過流部件均采用石墨制成，該泵包括泵蓋、泵體、葉輪、托架和轉(zhuǎn)軸，其特征是該泵采用雙級葉輪，分別為一級葉輪和二級葉輪，一級、二級葉輪依次限位安裝在同一轉(zhuǎn)軸上，兩級葉輪間安裝有正、反導(dǎo)葉，二級葉輪所在壓水室采用對稱雙排出結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙級雙排出石墨泵，其特征是所述對稱雙排出結(jié)構(gòu)的壓水室，為螺旋形對稱分布，兩蝸舌的方向相差180°，兩泵出口的方向也相差180°。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的雙級雙排出 石墨泵，其特征是所述一級、二級葉輪均采用閉式葉輪，其葉片均采用后彎式葉片，兩級葉輪葉片數(shù)相等，一般采用5 7個(gè)葉片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙級雙排出石墨泵，其特征是所述轉(zhuǎn)軸包括長軸和短軸，兩軸定位連接，所述一級、二級葉輪均安裝在短軸上，長軸經(jīng)聯(lián)軸器與電機(jī)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙級雙排出石墨泵，其特征是所述一級、二級葉輪采用左旋螺紋與短軸連接，一級葉輪后部連接短軸，二級葉輪穿套在短軸上，兩級葉輪間采用短軸套進(jìn)行限位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙級雙排出石墨泵，其特征是所述短軸前部安裝所述短軸套，短軸后部安裝長軸套，該長軸套與泵體之間密封配合；長軸通過兩個(gè)支撐的軸承安裝在托架上，并設(shè)有密封圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙級雙排出石墨泵，其特征是所述泵體分為前泵體、中間泵和后泵體三部分，三部分安裝在泵蓋和托架之間并密封配合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙級雙排出石墨泵，其特征是所述正導(dǎo)葉固定在前泵體上，正導(dǎo)葉葉片數(shù)與一級葉輪葉片數(shù)量不相等或不互為倍數(shù)；反導(dǎo)葉固定在中間泵體上，反導(dǎo)葉葉片數(shù)與正導(dǎo)葉葉片數(shù)相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙級雙排出石墨泵，其特征是一級葉輪進(jìn)口與前泵體間安裝一級葉輪前口環(huán)；二級葉輪進(jìn)口與中間泵體間安裝二級葉輪前口環(huán)；二級葉輪與后泵體間安裝二級葉輪后口環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙級雙排出石墨泵，其特征是兩級葉輪的外徑、葉片進(jìn)出口寬度、葉片厚度和葉片型線結(jié)構(gòu)相同。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠防止葉輪破壞的雙級雙排出石墨泵。泵內(nèi)所有與介質(zhì)接觸的過流部件均由石墨制成，電機(jī)通過聯(lián)軸器、長軸和短軸將動(dòng)力傳遞給葉輪，該泵包括泵蓋、泵體、葉輪、托架和轉(zhuǎn)軸等，該泵采用雙級葉輪，分別為一級葉輪和二級葉輪，一級、二級葉輪依次限位安裝在同一轉(zhuǎn)軸上，兩級葉輪間安裝有正、反導(dǎo)葉，二級葉輪所在壓水室采用對稱雙排出結(jié)構(gòu)。采用雙級葉輪后，在達(dá)到同樣揚(yáng)程和流量的情況下，某一級葉輪所受的扭矩和離心力比采用單級葉輪時(shí)小，采用雙排出對稱結(jié)構(gòu)的壓水室后，葉輪所受流體引起的徑向力可以相互抵消，這些均可防止葉輪的破壞。
文檔編號F04D29/02GK102734174SQ201210230710
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者周劍鋒, 程文潔, 邵春雷, 顧伯勤, 黃星路 申請人:南京工業(yè)大學(xué)