本發(fā)明屬于離心泵制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自動(dòng)平衡徑向力的單流道離心泵。

背景技術(shù)：
單流道葉輪從進(jìn)口至出口是一個(gè)空間扭曲的流道，公知單流道泵作為污水泵的一種，具有效率高、高效區(qū)寬、揚(yáng)程曲線較陡、無(wú)堵塞性好等特點(diǎn)，適于輸送含有顆?；蜷L(zhǎng)纖維等雜物的液體，具有其它污水泵無(wú)法比擬的優(yōu)越性。但該類結(jié)構(gòu)葉輪存在以下不足：一是單流道葉輪是偏心結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量分布不均勻，葉輪重心不在軸心線上，產(chǎn)生質(zhì)量不平衡力；二是單流道離心泵工作時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，使得作用于單流道葉輪上的流體作用力也不平衡，產(chǎn)生流體不平衡力，這兩種不平衡力合成為徑向力，導(dǎo)致單流道離心泵存在明顯的振動(dòng)問(wèn)題，而振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致許多泵故障現(xiàn)象，如轉(zhuǎn)子碰磨、轉(zhuǎn)子裂紋、密封磨損過(guò)快、軸承損壞、基礎(chǔ)振動(dòng)和噪聲等問(wèn)題。目前可以通過(guò)現(xiàn)代的動(dòng)平衡機(jī)對(duì)單流道葉輪進(jìn)行空轉(zhuǎn)動(dòng)平衡，將質(zhì)量不平衡力降到最小，但無(wú)法消除。此外，葉輪偏心結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的流體不平衡力卻是不可避免的，尤其在小流量工況下流體不平衡力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于質(zhì)量不平衡力，其帶來(lái)的振動(dòng)等諸多故障問(wèn)題嚴(yán)重影響了泵的運(yùn)行效率、安全運(yùn)行和使用壽命。經(jīng)檢索，與本發(fā)明相關(guān)的專利申請(qǐng)有：Impellerforcentrifugalpumpandbalanceadjustingmethodofimpellerforcentrifugalpump(公開(kāi)號(hào)：JP2007-255324A)，發(fā)明了一種自動(dòng)平衡徑向力的單流道葉輪，特點(diǎn)是葉輪后蓋板上添加配重單元，通過(guò)配重單元產(chǎn)生的離心力平衡單流道葉輪產(chǎn)生的不平衡徑向力，但是該發(fā)明結(jié)構(gòu)不能自動(dòng)調(diào)節(jié)配重位置，一旦遇到不平衡徑向力導(dǎo)致振動(dòng)的情況，需要拆卸葉輪以便于重新調(diào)整配重位置，不利于工業(yè)量產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，單流道離心泵由于不平衡徑向力導(dǎo)致振動(dòng)大、安全可靠性差的缺陷，提出一種能夠自動(dòng)平衡徑向力的單流道離心泵。一種自動(dòng)平衡徑向力的單流道離心泵，包括泵殼、葉輪、泵軸、軸承箱，所述葉輪安裝在泵殼中，并通過(guò)葉輪螺母與泵軸緊固連接，葉輪只有一個(gè)葉片，形成單一流道；泵的其他部件和結(jié)構(gòu)與普通單流道泵一樣，在此不再累述；所述泵軸通過(guò)軸承、軸承座安裝在軸承箱中，泵軸上固定一個(gè)平衡環(huán)，該平衡環(huán)呈C型，是由環(huán)形內(nèi)壁、環(huán)形外壁、前蓋板、后蓋板組成的缺口圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)體，所述平衡環(huán)為密封中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)置可自由滑動(dòng)的配重單元。單流道葉輪由于其結(jié)構(gòu)和水力的不對(duì)稱導(dǎo)致葉輪的徑向力較大，這是引起泵振動(dòng)的主要原因。本專利通過(guò)在泵軸上安裝平衡環(huán)，使泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)平衡環(huán)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，平衡環(huán)內(nèi)的配重單元受不平衡徑向力的影響自動(dòng)滑移到與徑向力相反的位置，起到平衡徑向力的作用。平衡環(huán)通過(guò)銷釘固定在泵軸上，該平衡環(huán)由環(huán)形內(nèi)壁、環(huán)形外壁、前蓋板、后蓋板組成封閉的內(nèi)腔，該內(nèi)腔的外徑do為泵軸直徑dw的1.8～2倍，內(nèi)腔的內(nèi)徑di為泵軸直徑的1.2～1.35倍，內(nèi)腔的寬度為8～15mm；組成平衡環(huán)的環(huán)形內(nèi)壁、環(huán)形外壁、前蓋板、后蓋板的厚度為4～6mm。平衡環(huán)與單流道葉輪的相對(duì)位置對(duì)平衡徑向力起到很重要的作用，軸向方向上要離葉輪較近，太遠(yuǎn)則平衡環(huán)的作用較小且軸承箱的空間有限，因此本發(fā)明平衡環(huán)的前蓋板在軸向方向上距離葉輪中心截面的距離為3.5dw～4.5dw；由于本發(fā)明設(shè)計(jì)的平衡環(huán)為C型缺口圓環(huán)結(jié)構(gòu)，該缺口避免了平衡環(huán)內(nèi)的配重單元由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣性導(dǎo)致其位置可控性差，因此圓周方向上該缺口位置與葉片出口端存在一定的相對(duì)角度，該角度為沿葉輪旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)120°～160°。平衡環(huán)內(nèi)腔內(nèi)放置金屬滑塊作為配重單元，該金屬滑塊的大小和質(zhì)量是平衡徑向力的關(guān)鍵，金屬滑塊太大容易卡在平衡環(huán)中，而太小導(dǎo)致金屬滑塊在平衡環(huán)中出現(xiàn)晃動(dòng)，可能引起轉(zhuǎn)子的不穩(wěn)定，其大小要?jiǎng)偤眠m合平衡環(huán)內(nèi)腔，做到自由滑動(dòng)阻力小。因此設(shè)計(jì)該金屬滑塊呈扇形，該扇形的外徑r1為平衡環(huán)內(nèi)腔外徑的0.8～0.95倍，扇形的內(nèi)徑r2為平衡環(huán)內(nèi)腔內(nèi)徑的1.0～1.1倍。平衡環(huán)內(nèi)部金屬滑塊的質(zhì)量過(guò)大不僅不能平衡徑向力，還有可能增大徑向力，而過(guò)小將起不到平衡徑向力的作用，本發(fā)明設(shè)計(jì)的平衡滑塊的質(zhì)量與單流道葉輪產(chǎn)生的徑向力有關(guān)，通過(guò)計(jì)算單流道葉輪產(chǎn)生的徑向力大小，求出平衡該徑向力需要的平衡質(zhì)量。其計(jì)算過(guò)程為：泵輸送介質(zhì)密度ρliquid為700kg/m3～1200kg/m3，葉輪出口直徑為d2，葉輪進(jìn)口直徑為dj，葉片的包角為240°～400°，葉輪出口寬度b2為0.8dj～1.0dj，葉輪轉(zhuǎn)速n為980r/min～1450r/min，葉輪由水力和結(jié)構(gòu)不平衡產(chǎn)生的徑向力F可用下述公式進(jìn)行計(jì)算而金屬滑塊的密度ρmetal為6500kg/m3～8500kg/m3，金屬配重滑塊的質(zhì)量m為m＝360F/[n2(r1+r2)]kg(2)本發(fā)明的配重單元也可以用液體來(lái)代替，較佳的，前述的金屬可以用液體水銀代替，金屬滑塊需要在平衡環(huán)中加潤(rùn)滑性液體以提升金屬滑塊的滑移性能，而采用液體水銀，一方面提高了配重的滑移性能，另一方面水銀作為液態(tài)金屬，具有足夠的密度，可以起到配重的作用。同時(shí)，平衡環(huán)中設(shè)置圓柱體，起到減弱水銀流動(dòng)的作用；所述圓柱體的直徑dc在以下范圍內(nèi)取值(do-di)/8≤dc≤(do-di)/4(3)在軸向方向上該圓柱體貫穿平衡環(huán)，在圓周方向上，圓柱體均勻分布在兩個(gè)同心圓上，這兩個(gè)同心圓的直徑分別為(do+3di)/4和(3do+di)/4的，且兩個(gè)同心圓上的圓柱體交錯(cuò)排列，相鄰圓柱體在周向上的夾角為10°～40°。較佳的，液態(tài)水銀的體積可以通過(guò)下述公式獲得V＝0.026F/[n2(r1+r2)]m3(4)本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)在泵軸上設(shè)置平衡環(huán)，使泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)平衡環(huán)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，平衡環(huán)內(nèi)的配重單元受不平衡徑向力的影響自動(dòng)滑移到與徑向力相反的位置，起到平衡徑向力的作用。減輕單流道泵的振動(dòng)，增加泵的運(yùn)行可靠性。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明所述的一種自動(dòng)平衡徑向力的單流道離心泵的結(jié)構(gòu)剖面圖。圖2為實(shí)施例的平衡環(huán)軸向方向的示意圖。圖3為實(shí)施例的平衡環(huán)圓周方向的示意圖。圖4為實(shí)施例的金屬滑塊配重平衡環(huán)的示意圖。圖5為實(shí)施例的水銀配重平衡環(huán)的示意圖。圖中：1.泵殼，2.葉輪，3.泵軸，4.軸承箱，5.葉輪螺母，6.葉片，7.軸承，8.軸承座，9.平衡環(huán)，10.環(huán)形內(nèi)壁，11.環(huán)形外壁，12.前蓋板，13.后蓋板，14.配重單元，15.金屬滑塊，16.液體水銀，17.圓柱體。具體實(shí)施方式結(jié)合圖1，本發(fā)明所述的自動(dòng)平衡徑向力的單流道離心泵，包括泵殼(1)、葉輪(2)、泵軸(3)、軸承箱(4)，所述葉輪(2)安裝在泵殼(1)中，并通過(guò)葉輪螺母(5)與泵軸(3)緊固連接，葉輪(2)只有一個(gè)葉片(6)，形成單一流道；所述泵軸通過(guò)軸承(7)、軸承座(8)安裝在軸承箱(4)中，泵軸上通過(guò)銷釘固定一個(gè)平衡環(huán)(9)。結(jié)合圖2和圖3，本發(fā)明所述的平衡環(huán)呈C型，是由環(huán)形內(nèi)壁(10)、環(huán)形外壁(11)、前蓋板(12)、后蓋板(13)組成的缺口圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述平衡環(huán)為密封中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔設(shè)置可自由滑動(dòng)的配重單元(14)。平衡環(huán)由環(huán)形內(nèi)壁、環(huán)形外壁、前蓋板、后蓋板組成封閉的內(nèi)腔，泵軸直徑35mm，內(nèi)腔的外徑取為泵軸直徑的2倍，為70mm，內(nèi)腔的內(nèi)徑取為泵軸直徑的1.3倍，為45.5mm，內(nèi)腔的寬度為10mm。組成平衡環(huán)(9)的環(huán)形內(nèi)壁(10)、環(huán)形外壁(11)、前蓋板(12)、后蓋板(13)的厚度為5mm；平衡環(huán)(9)的前蓋板(12)在軸向上距離葉輪(2)中心截面的長(zhǎng)度取為泵軸直徑的3.6倍，為125mm；平衡環(huán)(9)的缺口位置在周向上與葉片(6)出口端的夾角為沿葉輪旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)140°。結(jié)合圖4，所述平衡環(huán)(9)內(nèi)部設(shè)置金屬滑塊(15)作為配重單元，該金屬滑塊呈扇形，該扇形角度為60°，扇形外徑r1取為平衡環(huán)內(nèi)腔外徑的0.9倍，為63mm，扇形內(nèi)徑r2取為平衡環(huán)內(nèi)腔內(nèi)徑的1.01倍，為46mm；泵輸送的介質(zhì)為清水，密度ρliquid為1000kg/m3，葉輪(2)參照現(xiàn)有技術(shù)手冊(cè)按照一定的比轉(zhuǎn)速選擇恰當(dāng)?shù)慕M合，本發(fā)明的實(shí)施例中出口直徑d2選為225mm，葉輪(2)進(jìn)口直徑dj選為80mm，葉片(6)的包角選為360°，葉輪(2)出口寬度b2取為葉輪進(jìn)口直徑的0.8125倍，為65mm，由于該葉輪為單通道，用于輸送污水粗顆粒，葉輪(2)出口寬度可在范圍內(nèi)適當(dāng)取大一些；葉輪(2)轉(zhuǎn)速n選為1450r/min，葉輪(2)由于水力和結(jié)構(gòu)不平衡產(chǎn)生的徑向力F經(jīng)公式(1)計(jì)算，結(jié)果為1400N；所述金屬滑塊(15)材料為不銹鋼，密度ρmetal為7930kg/m3，金屬滑塊(15)的質(zhì)量經(jīng)公式(2)計(jì)算為2.2kg。結(jié)合圖4，平衡環(huán)中設(shè)置圓柱體，起到減弱水銀流動(dòng)的作用；所述圓柱體的直徑在公式(3)中選取為3mm，在軸向上該圓柱體貫穿平衡環(huán)，在周向上，圓柱體均勻分布在直徑為51.25mm和63.75mm的兩個(gè)同心圓上，且兩個(gè)同心圓上的圓柱體交錯(cuò)排列，相鄰圓柱體在周向上的夾角為20°。液態(tài)水銀的體積經(jīng)公式(4)計(jì)算為0.00016m3。工作過(guò)程如下：當(dāng)單流道離心泵工作時(shí)，泵軸(3)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)葉輪(2)和平衡環(huán)(9)同步旋轉(zhuǎn)，平衡環(huán)(9)內(nèi)的配重單元(14)受不平衡徑向力的影響自動(dòng)滑移到與徑向力相反的位置，起到平衡徑向力的作用。