[实用新型]浸水式立式泵的轴封结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种浸水式立式泵的轴封结构，特别涉及一种应用于浸在槽液中用支撑管以连结槽体上方的驱动马达以及浸在槽液中的立式泵的轴封结构。

背景技术

请参阅图1所示，一般现有浸水式立式泵，为使用于化学电镀或蚀刻制程，用以抽送强酸、强碱或腐蚀性液体，其中马达轴心3穿过支撑管1中心，马达轴心3下方直接与叶片5的叶轮毂52相接，叶片5背面设有背叶片51，用来平衡轴向推力，叶片5则被安装在前盖4中，前盖4对应马达轴心3开设一泵入口44、旁侧开设一泵出口45并衔接至出口管43；实际状态下，液体由泵入口44被叶片5吸入，流体流经叶片5的流道后成为具有压力的液体，并由泵出口45输出。

当泵运转时马达轴心3的密封轴套31的旋转切线速度U，会带动容室空间12的液体以自由涡旋2的方式流动，其切线流速267分布如图2所示，并在涡旋中心形成具有向下延伸的漏斗部21，自由涡旋2的流动方向也同时具有r-z面的二次流线22，漏斗部21就是被吸入空气24与液体互相混合产生微细气泡241的主要区域，使得背叶片51得以吸引微细气泡241向下流动，例如，流向后盖板孔隙42的微细气泡242，含微气泡流体经过后盖板孔隙42后进入泵壳前盖4内加压成直径更小的微气泡243，并由泵出口45经出口管43输出。微气泡流动方向23也包含有由支撑管下方孔11、支撑管中间孔112、支撑管上方孔111等流向槽液中，这些槽中的微气泡231会因气泡直径微小浮力效应弱而能分布全部槽内空间，并经由泵入口44被吸入加压成为更细的微气泡244，这些微气泡将对制程产生更大的威胁。

请参阅图1、图2所示，马达轴心3的密封轴套31表面附近的液体，在接受泵轴转动的动能后，其旋转流速Cu将接近密封轴套表面的旋转切线速度U，但旋转流速(自由涡旋的切线速度)Cu是随距离密封轴套31的外表半径r增大而减少，与半径r的导数r-1成正比。所以，自由涡流的中央部分因流速快液位低会成向下延伸的漏斗状，如图1所示，也就是在轴心表面附近成为向下延伸的漏斗部21，其涡旋曲面外侧2A因旋转流速Cu较慢而有较高位能，而使其液位高于中心漏斗部21并高于槽的液位29，其原因是液体吸收轴心动能后依流速动能与位能的转换关系，符合伯努利定律的能量守恒原理。被吸入空气24会进入自由涡旋2的漏斗部21并在此激烈混合而产生微细气泡241。

请参阅图3所示，当泵流量大输出压力低时且槽的液位29为低时，背叶片51产生的离心力足以克服泵的输出压力时，而且背叶片51靠近叶轮毂52部分会产生足够的低压吸力，此一低压吸力将经由后盖板孔隙42把容室空间12内的液体吸入泵壳前盖4内；使得容室空间12内的自由涡旋2液位降低，虽然支撑管1上设有下方孔11来补充槽内液体沿液体流动方向26流入，但在容室空间12内的涡旋曲面外侧2A的液位与槽的液位29相差不多，这时漏斗部21的液位大幅下降甚至会直接达到后盖板41，使得被吸入空气24会经由后盖板孔隙42被吸入泵前盖4中。所以，最低液位是必要的管制。

当槽的液位(最低液位)29为最低液位时，有一部分微气泡231是经微气泡流动方向23而流到槽中，另有很多微气泡243是由被吸入空气24所形成的，如箭头所示，在泵壳内液体流动方向261，槽中的微气泡232则会由泵入口44被吸入。

请参阅图4所示，当泵流量小输出压力高时且槽的液位(最高液位)29为高时，背叶片51的离心力不足以平衡高输出压力时，液体会由背叶片51侧的后盖板41上的后盖板孔隙42泄漏流出，泄漏流动方向262会流入容室空间12中；使得容室空间12内的液体液位面上升，也就是自由涡旋2的液位会上升，虽然支撑管1开设有数个下方孔11、中间孔112、上方孔111，但液体在接受轴心所传来的旋转动能时，自由涡旋2液位仍会上升甚至涡旋曲面外侧2A会达到支撑管上方的支撑板下方表面61，并使得液体飞溅在密封环座64、密封环71及V型油封72表面上，进而在这些表面产生结晶并损坏V型油封72，使得腐蚀性蒸气得以进入马达导致马达故障，所以，最高液位是必要的管制。

在容室空间12产生的微细气泡241，会沿流动方向23由容室空间12经下方孔11、中间孔112、上方孔111流入槽液中，并持续增加微气泡231的数量，被泵吸入的微气泡232也会增加，但向下流动的微气泡242则显著减少，所以，经泵加压更细的微气泡244持续增加。