具有能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)的高效離心泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及流體力學(xué)和流體機械技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種使用閉式葉輪、具有特殊能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)的高效離心泵。
【背景技術(shù)】
[0002]在流體機械中離心泵被廣泛使用，效率提升一直是研宄對象。其中，流體從泵的高壓區(qū)經(jīng)由密封間隙向低壓區(qū)泄漏，產(chǎn)生容積效率損失是泵行業(yè)的技術(shù)難題。據(jù)公開的離心泵設(shè)計文獻(xiàn)資料顯示，離心泵的容積損失效率在2%-6%之間。根據(jù)流體力學(xué)原理，縫隙流體的泄漏量與壓差成正比關(guān)系，與縫隙大小成三次方關(guān)系，所以，在實際生產(chǎn)實踐中，通過離心泵密封口環(huán)間隙泄漏造成的損失遠(yuǎn)高于理論數(shù)值，尤其是在低比轉(zhuǎn)速泵上和由于長期使用而產(chǎn)生磨損的泵上尤為明顯，甚至達(dá)到10%以上。
[0003]另外，通過密封間隙泄漏的流體具有很高的速度，屬于流體力學(xué)中的射流范疇，它不僅造成高壓區(qū)流體的容積損失，還會對葉輪吸入口的流體形態(tài)產(chǎn)生負(fù)面擾動，進(jìn)一步加劇了能量損失，誘發(fā)水泵產(chǎn)生汽蝕、噪聲，降低離心泵的整體效能。
[0004]目前的離心泵技術(shù)中，尚缺少對這種泄漏射流能量的有效利用方法，如圖1所示。泄漏的流體方向與垂直于葉輪軸心，對吸入流體形態(tài)產(chǎn)生強烈擾動，降低了離心泵的整體效能。慣常的傳統(tǒng)做法是，一是采取控制葉輪與密封口環(huán)間隙在合理范圍內(nèi)，如取值為0.2%D (“D”為葉輪吸入口直徑)，絕對值在0.3-0.8mm之間，將泵的容積損失控制在允許范圍內(nèi)。二是采用迷宮式的間隙結(jié)構(gòu)，來達(dá)到增加流體泄漏阻力，減少泄漏量，控制容積損失的目的。
[0005]查閱中國專利，在已經(jīng)公開的專利技術(shù)中，實用新型專利“一種水泵口環(huán)密封裝置及用于該裝置的口環(huán)”(申請?zhí)朇N201320499236)公開了一項具有導(dǎo)流和減少泄漏量的離心泵口環(huán)裝置(如圖2)，部分地解決了上述技術(shù)問題。其技術(shù)特點是利用帶有凹槽的密封口環(huán)將葉輪吸入口唇邊包裹住，起到兩方面作用:一是將泄漏的流體導(dǎo)回葉輪吸入口并保持與吸入方向一致，利用了泄漏流體的速度頭；二是由于密封間隙呈現(xiàn)U型結(jié)構(gòu)，密封長度增加，進(jìn)而減少了泄漏量。由此提高離心泵的容積效率。
[0006]但這項技術(shù)仍存在著不可回避的缺陷，即口環(huán)的一部分伸進(jìn)葉輪吸入口內(nèi)部，占據(jù)了部分流道空間，并在末端對正常的吸入流體的流動產(chǎn)生擾動，進(jìn)而增加水力損失；同時由于口環(huán)與葉輪吸入口唇邊構(gòu)成較長的U型密封間隙，使得泄漏流體的水力摩擦損失大大提高，進(jìn)而削弱了對泄漏流體速度頭的利用效率；第三，由于口環(huán)與葉輪進(jìn)口唇邊的多面配合，加工工藝較為復(fù)雜，見圖2所示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種消除或降低離心泵容積損失的結(jié)構(gòu)，同時將有害的泄漏射流轉(zhuǎn)變?yōu)閷μ岣唠x心泵性能有益的工藝射流，巧妙地解決現(xiàn)有的離心泵內(nèi)部泄漏導(dǎo)致的低容積效率和泄漏射流負(fù)面擾動技術(shù)問題；同時通過調(diào)整這種工藝射流的大小，可以減輕或消除離心泵的汽蝕現(xiàn)象，提升離心泵的綜合效能。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0009]一種離心泵能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)，見圖3所示。在泵的低壓區(qū)，對應(yīng)葉輪和口環(huán)密封間隙的外側(cè)，設(shè)置一個能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)(以下簡稱“反饋溝”)，將由口環(huán)密封間隙產(chǎn)生的泄漏射流，從反饋溝一側(cè)導(dǎo)入，經(jīng)反射作用，從靠近流道側(cè)導(dǎo)出，從而改變泄漏射流的方向，使其與吸入葉輪端口的流體方向一致，對離心泵吸入的流體起到增壓的作用。
[0010]圖中所示部分分別是:
[0011]I——葉輪
[0012]2 栗殼
[0013]3--密封口環(huán)
[0014]04——高壓區(qū)
[0015]05——低壓區(qū)
[0016]06--口環(huán)密封間隙
[0017]07 泄漏射流
[0018]08——反饋溝
[0019]對于本發(fā)明，需要進(jìn)一步說明的是:
[0020](I)反饋溝08的橫斷面輪廓形狀，優(yōu)選圓弧型線，也可以是其他組合型線，如等腰梯形、拋物線形等，但目的只有一個，就是改變泄漏射流07的方向，使其與葉輪入口吸入流體方向一致；
[0021](2)反饋溝08可以在泵殼2上加工出來，也可以將在加寬的密封口環(huán)3上加工出來，如圖4所示；反饋溝面應(yīng)光滑處理，保證良好的水力效率；
[0022](3)設(shè)置反饋溝08將不影響離心泵吸入流道的口徑大小，因此反射溝的位置距離葉輪I吸入口保持一個軸向距離a，反饋射流方向與葉輪軸向保持一個較小的入射角Θ ；以此保證反饋射流07與葉輪I吸入口端面不發(fā)生碰撞；
[0023](4) 口環(huán)密封間隙06的功能不再是單純保證減少泄漏密封、保證葉輪運轉(zhuǎn)，而是演變?yōu)橐环N具備能量正反饋功能的工藝通道，其原來的想方設(shè)法增加阻力的設(shè)計思路，轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂品答伭髁看笮?、如何減少水力損失上來。因此，口環(huán)3與葉輪I構(gòu)成的間隙密封面應(yīng)進(jìn)行光滑處理；
[0024](5)本發(fā)明的使用范圍，包括所有使用閉式葉輪的離心泵和空氣離心壓縮機類設(shè)備。
[0025]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0026](I)在離心泵吸入口處設(shè)置能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)，基本消除了由于泄漏導(dǎo)致的容積損失，水泵設(shè)計效率增加2%-8%左右；
[0027](2)對口環(huán)和葉輪密封面、反射溝的光滑處理，可以進(jìn)一步降低離心泵的流體摩擦損失，提高整體效率0.5%-1%左右；
[0028](3)泵的效率變化對口環(huán)磨損變得不再敏感，使得離心泵能夠長期保持在高效率狀態(tài)；
[0029](4)適當(dāng)調(diào)整密封間隙大小，即調(diào)整正反饋流量的大小，可以調(diào)整離心泵的整體性能，如改善離心泵汽蝕特性，降低運轉(zhuǎn)噪聲、振動等，綜合效能可再增加1%_2%左右；
[0030](5)增加反饋溝結(jié)構(gòu)不改變現(xiàn)有泵體整體構(gòu)造，而且加工簡單，便于大面積推廣實施。由此產(chǎn)生的離心泵節(jié)能效果(綜合增效4%-11%)十分可觀，社會經(jīng)濟(jì)效益顯著。
【附圖說明】
[0031]在附圖中展示的是:
[0032]圖1一一現(xiàn)有技術(shù)中水泵口環(huán)密封裝置的通常結(jié)構(gòu)示意圖
[0033]圖2——申請?zhí)朇N201320499236發(fā)明的優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖
[0034]圖3——本發(fā)明的具有能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)的高效離心泵結(jié)構(gòu)示意圖
[0035]圖4——本發(fā)明的一種實現(xiàn)形式，帶反饋溝槽的密封口環(huán)的高效離心泵結(jié)構(gòu)示意圖
[0036]【具體實施方式】:
[0037]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，本行業(yè)一般工程技術(shù)人員即可領(lǐng)會設(shè)計思想，也能以多種方式實施本發(fā)明。
[0038]優(yōu)選的實施方案I如圖3所示，在泵殼2上、葉輪I入口前端加工出圓弧正反饋溝槽結(jié)構(gòu)08，確定正反饋射流與軸心夾角Θ在5-10°間(也就是反饋溝導(dǎo)出測末端圓弧的切線方向與軸心之間的夾角)；反饋溝08距離葉輪吸口端面距離a需要按照葉輪唇口的厚度尺寸加以確定；反饋溝槽橫截面線型，推薦使用圓弧線型，型面做光滑處理。
[0039]另外一種優(yōu)選方案如圖4所示，將反饋溝槽結(jié)構(gòu)做在密封口環(huán)上，更加適用于介質(zhì)中含有固體顆粒的流體輸送離心泵，當(dāng)這種復(fù)合密封口環(huán)磨損到一定程度時，可以快速更換新的口環(huán)而不用對泵體進(jìn)行修理。
【主權(quán)項】
1.具有能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)的高效離心泵，其特征是，在離心泵的低壓區(qū)(05)，對應(yīng)葉輪(I)和口環(huán)(3 )密封間隙的外側(cè)，設(shè)置一個能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)(08 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)的高效離心泵，其特征是能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)(08)的橫斷面輪廓具備溝槽形狀，包括圓弧形、梯形和拋物線形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)的高效離心泵，其特征是能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)(08)的位置處于離心泵的低壓區(qū)，包括在泵殼(2)上和口環(huán)(3)上加工、鑲嵌而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)的高效離心泵，其特征是能量正反饋溝槽結(jié)構(gòu)(08)的軸向位置與葉輪(I)保持一個軸向距離a，反饋射流(07)與葉輪軸向保持一個較小入射角Θ，保證反饋射流(07)與葉輪(I)吸入口端面不發(fā)生碰撞。
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有能量正反饋溝槽的高效離心泵結(jié)構(gòu)，通過特有的反饋溝槽結(jié)構(gòu)，將從離心泵密封口環(huán)和葉輪之間的間隙泄漏的流體，轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸娴墓に嚿淞?，正反饋至葉輪吸口處，對此處的流體起到增壓作用，大幅度提高了離心泵的容積效率。同時，由于消除了泄漏射流對吸入流體帶來的負(fù)面擾動問題，可以減輕或消除離心泵的汽蝕現(xiàn)象、降低運轉(zhuǎn)噪聲，提升離心泵的綜合效能。
【IPC分類】F04D29-00, F04D29-66, F04D29-08
【公開號】CN204436854
【申請?zhí)枴緾N201420810129
【發(fā)明人】孫學(xué)東
【申請人】孫學(xué)東
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年12月20日