[发明专利]一种自动平衡径向力的单流道离心泵

说明书

技术领域

本发明属于离心泵制造技术领域，特别涉及一种自动平衡径向力的单流道离心泵。

背景技术

单流道叶轮从进口至出口是一个空间扭曲的流道，公知单流道泵作为污水泵的一种，具有效率高、高效区宽、扬程曲线较陡、无堵塞性好等特点，适于输送含有颗粒或长纤维等杂物的液体，具有其它污水泵无法比拟的优越性。但该类结构叶轮存在以下不足：一是单流道叶轮是偏心结构，其质量分布不均匀，叶轮重心不在轴心线上，产生质量不平衡力；二是单流道离心泵工作时，由于其结构的不对称性，使得作用于单流道叶轮上的流体作用力也不平衡，产生流体不平衡力，这两种不平衡力合成为径向力，导致单流道离心泵存在明显的振动问题，而振动会导致许多泵故障现象，如转子碰磨、转子裂纹、密封磨损过快、轴承损坏、基础振动和噪声等问题。目前可以通过现代的动平衡机对单流道叶轮进行空转动平衡，将质量不平衡力降到最小，但无法消除。此外，叶轮偏心结构导致的流体不平衡力却是不可避免的，尤其在小流量工况下流体不平衡力远远大于质量不平衡力，其带来的振动等诸多故障问题严重影响了泵的运行效率、安全运行和使用寿命。

经检索，与本发明相关的专利申请有：Impeller for centrifugal pump and balance adjusting method of impeller for centrifugal pump(公开号：JP 2007-255324A)，发明了一种自动平衡径向力的单流道叶轮，特点是叶轮后盖板上添加配重单元，通过配重单元产生的离心力平衡单流道叶轮产生的不平衡径向力，但是该发明结构不能自动调节配重位置，一旦遇到不平衡径向力导致振动的情况，需要拆卸叶轮以便于重新调整配重位置，不利于工业量产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，单流道离心泵由于不平衡径向力导致振动大、安全可靠性差的缺陷，提出一种能够自动平衡径向力的单流道离心泵。

一种自动平衡径向力的单流道离心泵，包括泵壳、叶轮、泵轴、轴承箱，所述叶轮安装在泵壳中，并通过叶轮螺母与泵轴紧固连接，叶轮只有一个叶片，形成单一流道；泵的其他部件和结构与普通单流道泵一样，在此不再累述；所述泵轴通过轴承、轴承座安装在轴承箱中，泵轴上固定一个平衡环，该平衡环呈C型，是由环形内壁、环形外壁、前盖板、后盖板组成的缺口圆环状结构体，所述平衡环为密封中空结构，其内部设置可自由滑动的配重单元。

单流道叶轮由于其结构和水力的不对称导致叶轮的径向力较大，这是引起泵振动的主要原因。本专利通过在泵轴上安装平衡环，使泵轴转动时，带动平衡环同步转动，平衡环内的配重单元受不平衡径向力的影响自动滑移到与径向力相反的位置，起到平衡径向力的作用。

平衡环通过销钉固定在泵轴上，该平衡环由环形内壁、环形外壁、前盖板、后盖板组成封闭的内腔，该内腔的外径d_o为泵轴直径d_w的1.8～2倍，内腔的内径d_i为泵轴直径的1.2～1.35倍，内腔的宽度为8～15mm；组成平衡环的环形内壁、环形外壁、前盖板、后盖板的厚度为4～6mm。

平衡环与单流道叶轮的相对位置对平衡径向力起到很重要的作用，轴向方向上要离叶轮较近，太远则平衡环的作用较小且轴承箱的空间有限，因此本发明平衡环的前盖板在轴向方向上距离叶轮中心截面的距离为3.5d_w～4.5d_w；由于本发明设计的平衡环为C型缺口圆环结构，该缺口避免了平衡环内的配重单元由于转动惯性导致其位置可控性差，因此圆周方向上该缺口位置与叶片出口端存在一定的相对角度，该角度为沿叶轮旋转方向转动120°～160°。

平衡环内腔内放置金属滑块作为配重单元，该金属滑块的大小和质量是平衡径向力的关键，金属滑块太大容易卡在平衡环中，而太小导致金属滑块在平衡环中出现晃动，可能引起转子的不稳定，其大小要刚好适合平衡环内腔，做到自由滑动阻力小。因此设计该金属滑块呈扇形，该扇形的外径r₁为平衡环内腔外径的0.8～0.95倍，扇形的内径r₂为平衡环内腔内径的1.0～1.1倍。