《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》是三聯泵業股份有限公司於2011年05月27日申請的發明專利，該專利的公布號為：CN102192195A，專利公布日：2011年09月21日，該專利申請號為2011101390129，發明人是孫國政。
《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》公開了一種帶有軸向力平衡裝置的泵，包括泵軸、泵體，泵軸穿過泵體，泵軸左端套裝有葉輪，葉輪外壁、泵體的左端面固定有密封壓蓋，泵體的空腔內設有筒體，筒體右端與泵體內壁鑄造成一體，葉輪末端深入到筒體內，筒體內壁套裝有密封環，密封環與葉輪環壁之間設有徑向間隙，筒體底部固定有平衡盤，平衡盤左端面固定有石墨環，葉輪右端面與平衡盤正對位置固定有金屬環，平衡盤、石墨環、金屬環與泵軸之間形成平衡腔；石墨環與金屬環之間設有軸向間隙，軸向間隙與徑向間隙、平衡腔相連通。《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》巧妙地利用了軸向間隙液流在旋轉過程中所受的離心力引起的壓力差阻礙間隙泄漏，而平衡腔又與大氣相通，有效地平衡了軸向力。
2020年7月14日，《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》獲得第二十一屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種帶有軸向力平衡裝置的泵
- 公布號：CN102192195A
- 地址：安徽省巢湖市和縣經濟開發區
- 公布日：2011年09月21日
- 發明人：孫國政
- 申請號：2011101390129
- Int. Cl.：F04D29/66(2006.01)I
- 申請日：2011年05月27日
- 專利代理機構：安徽合肥華信智慧財產權代理有限公司
- 申請人：安徽三聯泵業股份有限公司
- 代理人：許皓
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
在諸多行業中，泵的套用非常廣泛，其運行的穩定性是一個不可忽視的問題，而軸向力的大小則是影響泵運行過程中穩定性的重要因素之一。泵的軸向力問題很早就引起中國國內外學者的注意，工程技術人員一直在致力於該問題的研究。
早在1915年，Dautherty在《Centrifugal Pump》一書中討論了離心泵軸向力產生的原因，Stepanoff在1985年出版的專著中，更加系統地介紹了單級和多級離心泵軸向力產生的原因:
1．水泵葉輪的前後蓋板受液體壓力作用的面積大小不相等，前後泵腔中液體壓強的分布也不盡相同，因此，作用在前蓋板上的液體壓力以及作用在吸入口的壓力在軸向上不能與作用在後蓋板上的液體壓力相平衡，從而造成一個軸向的力，這個力時軸向力的主要部分。
2. 液體從葉輪吸入口流入又葉輪出口從流出，其速度大小和方向均不相同，液體動量的軸向分量發生了變化，因此，根據動量定理，在軸向方向作用了一個衝力，成為動反力。這個作用在葉輪上的力也時軸向力的組成部分。
3. 對於立式泵，轉子的重量也時軸向力的組成部分；對於臥式泵，這個軸向力的組成部分則不存在。
在泵的運行過程中，如果存在著過大的軸向力，將會使得泵無法正常工作，造成故障停車，影響安全生產。導致巨大的經濟損失。所以，研究一種新型的軸向力平衡裝置，具有重大的理論意義和實際意義。
多年以來，軸向力問題一直時泵研究領域重要的課題之一。許多科學工作者為此付出了很大的心血，提出了各種軸向力的平衡方法，從大量的文獻資料可以看出，中國國內外研究人員提出了各種不同的軸向力平衡裝置。通過對其比較分析，可以看出這些平衡裝置都是基於對背葉片、平衡盤和平衡鼓的改進設計。而且，針對某中類型的泵，這些裝置也的確起到了良好的平衡作用。目前大多數泵任沿用傳統法的軸向力平衡方法來平衡軸向力，這些方法在工農業生產中各個行業中發揮了巨大的作用，而且為新型的軸向力平衡奠定了基礎。
發明內容
專利目的
《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》的目的是提供一種帶有軸向力平衡裝置的泵，巧妙地利用了軸向間隙液流在旋轉過程中所受的離心力所引起的壓力差，該壓力差起到了阻礙間隙泄漏的作用，而平衡腔又與大氣相通，有效地平衡了軸向力。
技術方案
《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》的技術方案如下：
帶有軸向力平衡裝置的泵，包括泵軸、泵體，泵軸穿過泵體，泵軸左端套裝有葉輪，葉輪外壁、泵體的左端面固定有密封壓蓋，其特徵在於：泵體的空腔內設有筒體，筒體右端與泵體內壁鑄造成一體，葉輪末端深入到筒體內，筒體內壁套裝有密封環，密封環與葉輪環壁之間設有徑向間隙，所述的筒體底部固定有平衡盤，平衡盤左端面固定有石墨環，葉輪右端面與平衡盤正對位置固定有金屬環，所述的平衡盤、石墨環、金屬環與泵軸之間形成平衡腔；所述的石墨環與金屬環之間設有軸向間隙，軸向間隙與所述的徑向間隙、平衡腔相連通。
所述的帶有軸向力平衡裝置的泵，其特徵在於：所述的葉輪設有曲線流道，曲線流道進水口位於葉輪左端面，出水口位於泵軸與泵體之間的空腔內。
所述的帶有軸向力平衡裝置的泵，其特徵在於：所述的平衡盤、石墨環、金屬環套裝在泵軸上進行軸向固定。
所述的帶有軸向力平衡裝置的泵，其特徵在於：所述的平衡腔為環形空腔。
改善效果
《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》與其它平衡裝置相比，新型軸向力平衡裝置的優點在於：
1．巧妙地利用了軸向間隙液流與旋轉過程中受到離心力所引起的壓力差，該壓力差起到了阻礙間隙泄漏量的作用。而平衡腔又與大氣相通，所以該裝置能有效地平衡軸向力。
2．平衡裝置由於泄漏量的存在，勢必會影響泵的容積效率，導致泵的效率下降。而新型軸向力平衡裝置能有效地降低泵的泄漏量，從而提高泵的效率。
3．與未安裝軸向力的平衡裝置時相比，新型軸向力平衡裝置可平衡掉大部分軸向力，其平衡軸向力的能力達到91%。而且，平衡軸向力的能力優於葉輪開平衡孔平衡軸向力的方法。
4．通過對該新型軸向平衡裝置的理論驗證，軸向力的大小與平衡裝置徑向間隙和軸向間隙以及石墨盤的各尺寸參數有關，如果設計合理，可以完全平衡掉軸向力，甚至可以實現水泵的負軸向力下工作。
軸向力平衡裝置與平衡盤平衡鼓向比較均安裝在末級葉輪後面，隨轉子一起旋轉；平衡盤和平衡鼓僅僅時利用了間隙泄漏產生的壓差，而新型軸向力平衡裝置巧妙地利用了軸向間隙流在旋轉過程中受到離心力所引起的壓力差，該壓力差可有效地抑制泄漏，提高泵的容積效率。同時，該平衡裝置的平衡腔與大氣相通，以實現平衡軸向力。新型軸向力平衡裝置與背葉片平衡軸向力的方法比較，背葉片平衡軸向力是通過改變背葉片的有關尺寸（背葉片寬度t，背葉片外部半徑R和葉輪後蓋板至殼體壁的間隙S）來實現，功耗較大。該新型平衡軸向力的平衡裝置，其動件與不動件時金屬材料和非金屬材料構成的磨擦副，摩擦力小，功耗低。
附圖說明
圖1為《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》的結構示意圖。
技術領域
《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》涉及水泵領域，尤其涉及一種帶有軸向力平衡裝置的泵。
權利要求
1.一種帶有軸向力平衡裝置的泵，包括泵軸、泵體，泵軸穿過泵體，泵軸左端套裝有葉輪，葉輪外壁、泵體的左端面固定有密封壓蓋，其特徵在於：泵體的空腔內設有筒體，筒體右端與泵體內壁鑄造成一體，葉輪末端深入到筒體內，筒體內壁套裝有密封環，密封環與葉輪環壁之間設有徑向間隙，所述的筒體底部固定有平衡盤，平衡盤左端面固定有石墨環，葉輪右端面與平衡盤正對位置固定有金屬環，所述的平衡盤、石墨環、金屬環與泵軸之間形成平衡腔；所述的石墨環與金屬環之間設有軸向間隙，軸向間隙與所述的徑向間隙、平衡腔相連通。
2.根據權利要求1所述的帶有軸向力平衡裝置的泵，其特徵在於：所述的葉輪設有曲線流道，曲線流道進水口位於葉輪左端面，出水口位於泵軸與泵體之間的空腔內。
3.根據權利要求1所述的帶有軸向力平衡裝置的泵，其特徵在於：所述的平衡盤、石墨環、金屬環套裝在泵軸上進行軸向固定。
4.根據權利要求1所述的帶有軸向力平衡裝置的泵，其特徵在於：所述的平衡腔為環形空腔。
實施方式
參見附圖：
帶有軸向力平衡裝置的泵，包括泵軸1、泵體2，泵軸1穿過泵體2，泵軸1左端套裝有葉輪3，葉輪3外壁、泵體2的左端面固定有密封壓蓋4，泵體2的空腔內設有筒體5，筒體5右端與泵體2內壁鑄造成一體，葉輪3末端深入到筒體5內，筒體5內壁套裝有密封環6，密封環6與葉輪3環壁之間設有徑向間隙7，筒體5底部固定有平衡盤8，平衡盤8左端面固定有石墨環9，葉輪3右端面與平衡盤8正對位置固定有金屬環10，平衡盤8、石墨環9、金屬環10與泵軸1之間形成平衡腔11；石墨環9與金屬環10之間設有軸向間隙12，軸向間隙12與徑向間隙7、平衡腔11相連通，葉輪3設有曲線流道13，曲線流道進水口13-1位於葉輪3左端面，出水口13-2位於泵軸1與泵體2之間的空腔內，平衡盤8、石墨環9、金屬環10套裝在泵軸1上進行軸向固定。
平衡裝置安裝在末級葉輪後面，隨著轉子一起旋轉。液體從葉輪的進水口12-1流入的壓力為P1，出水口12-2流出的壓力為P2，壓力降為P1–P2；然後流經徑向間隙7，徑向間隙7進口壓力為P3，出口壓力為P4（也是軸向間隙進口的壓力），壓力降為△P= P3 –P4。液體從徑向間隙7流出，流出壓力為P5，流經軸向間隙12壓力降為△P= P4 –P5，平衡腔11與大氣相通，則平衡腔11的相對壓力為零。在水泵工作時：間隙泄漏液體流經徑向間隙7和軸向間隙12，減壓後到達平衡腔11，在壓力差△P= P3 –P5的作用下，間隙內形成一定的泄漏量。因為平衡腔11與大氣相通，在末級葉輪吸入口（進水口）產生了一個與吸入口方向相反的力，因該力與軸向力相反，達到了平衡軸向力的目的。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》獲得第二十一屆中國專利優秀獎。
