离心式水泵

技术领域

本发明涉及一种离心式水泵。

背景技术

离心泵是一种应用范围十分广泛的通用水力机械，它广泛的应用于给水排水及农业工程、工业工程、航空航天和航海工程、能源工程、车辆工程等等。

随着现代科学技术的飞速发展其应用范围正在迅速的扩大，现代工程技术对泵的性能要求也越来越高。据2007年全国流体机械及工程国际学术会议报告：我国每年各种泵的耗电量占全国总耗电量的20%，耗油量大约占全国总耗油量的50%。当前国内离心泵的技术水平通过几十年的发展从综合技术水平来看离心式水泵技术与国外相比无差距。

在国、内外离心式水泵运行中轴封装置的密封故障是影响水泵安全经济运行的主要原因，离心泵的维修费用70%用于处理密封故障，水泵的轴封装置的密封性能是评价泵质量的一个重要指标，直接影响水泵的机械效率和容积效率，泵轴与泵壳在吸入侧和排出侧密封间隙产生的泄漏是事故的根源。离心泵常用的轴封方式有填料密封和机械密封，由于机械密封对介质的适应性差，且成本和维修费用较高，使用较少。最常用的是填料密封，请同时参看图1，现有的采用填料密封的多级离心泵100中，吸入段110与左填料压盖120配合形成一个由于收容密封填料130的空间，在出水段140的末端设置填料函体150与右填料压盖160，由填料函体150与右填料压盖160配合形成一个由于收容密封填料130的空间，如此来实现多级离心泵的密封。由于填料密封自身的缺点及存在对水泵的适应性差的问题，致使在使用中故障率高，最终直接影响水泵的安全经济运行。

填料密封因持续摩擦会导致如下技术问题产生： 1.影响水泵效率，由于填料与泵轴的摩擦力随着水泵甲乙轴套的磨损，粗糙度增大，摩擦力随着增大，水泵的机械效率降低，填料密封对水泵的机械效率影响新泵初期2%、到后期轴套磨损后达到5%以上（在《离心泵填料密封的优缺点》一文介绍：填料密封需要损耗10%～15%的轴功率来克服轴套与填料之间的摩擦力而实现密封）。由于摩擦发热经常发生填料“冒烟”事故，对煤矿井下及化工场地造成安全隐患。2.由于填料与轴套摩擦形成间隙，填料的补偿性差、泄漏增加，造成水泵吸水口真空度降低，轻者水泵产生气蚀，水泵叶轮、导翼快速损坏，重者水泵不上水、转子与泵壳干摩擦、发生水泵轴“抱死”事故；3.在水泵的远距离自动控制中由于填料与泵轴套之间在上一班运行时因磨损造成的间隙无法自动消除，水泵在下一班启动前泵壳内抽真空远距离控制无法实现，水泵不能启动。如煤矿井下主排水泵由于此原因无法实现水泵地面调度室远距离启动；4.维修维护成本大，经常更换填料，轴套。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种减少密封摩擦的离心式水泵。

一种离心式水泵，包括轴承座、叶轮、泵轴、泵壳及压力密封组件，轴承座承载泵轴，叶轮安装在泵轴上，泵轴从泵壳的两端穿出，叶轮位于泵壳内，压力密封组件套设在泵轴上且压力密封组件与泵轴能够相对转动，泵轴的与压力密封组件相对应的表面上设置有耐磨层，压力密封组件根据外界压力介质的作用状态发生形变，压力密封组件利用自身的形变与泵轴、泵壳配合完成离心式水泵的动态密封，所述动态密封是指：在离心式水泵启动前，压力密封组件的形变部位在外界压力介质的施压状态下发生形变，以使压力密封组件的形变部位与泵轴接触实现密封；在离心式水泵启动后，外界压力介质的施压状态撤消后，压力密封组件的形变部位的形变恢复，以解除与泵轴的受压接触密封，所述形变部位与所述耐磨层的材质相同，以减小所述形变部位与所述耐磨层之间的摩擦力。

上述离心式水泵中，压力密封组件套设在泵轴上且压力密封组件与泵轴能够相对转动，泵轴的与压力密封组件相对应的表面上设置有耐磨层，压力密封组件根据外界压力介质的作用状态发生形变，压力密封组件利用自身的形变与泵壳配合完成离心式水泵的动态密封，在离心式水泵启动前，压力密封组件的形变部位在外界压力介质的施压状态下发生形变，以使压力密封组件的形变部位与泵轴接触实现密封，在离心式水泵启动后，外界压力介质的施压状态撤消后，压力密封组件的形变部位的形变恢复，解除与泵轴的受压接触密封，且所述形变部位与所述耐磨层的材质相同，如此能够降低接触摩擦的持续时间，保证离心式水泵持续可靠的运转。

附图说明

图1为现有的的离心式水泵的结构示意图。

图2为本申请的一较佳实施方式的离心式水泵的结构示意图。

图3为图2中压力密封组件与泵轴配合结构示意图。

图中：多级离心泵100、吸入段110、左填料压盖120、密封填料130、出水段140、填料函体150、右填料压盖160、中段170、离心式水泵10、平衡室11、压力介质输送管12、抽真空管13、轴承座20、叶轮30、泵轴40、耐磨层41、泵壳50、连通管51、吸入段52、吸水侧压力水进入室522、中段53、出水段54、填料函体55、排水侧压力水进入室551、压力密封组件60、环形形变件61、环形收容空间62、底座63、第一轴套631、第二轴套632、压盖64、间隔环65、注油嘴66、平衡水管70、单向阀71、密封控制装置80、控制单元81、真空射流泵82、压力水管道83、受控电动阀84。

具体实施方式

请参看图2及图3，离心式水泵10包括轴承座20、叶轮30、泵轴40、泵壳50及压力密封组件60，轴承座20承载泵轴40，叶轮30安装在泵轴40上，泵轴40从泵壳50的两端穿出，叶轮30位于泵壳50内，压力密封组件60套设在泵轴40上且压力密封组件60与泵轴40能够相对转动，压力密封组件60根据外界压力介质的作用状态发生形变，压力密封组件60利用自身的形变与泵轴40、泵壳50配合完成离心式水泵的动态密封，所述动态密封是指：在离心式水泵10启动前，压力密封组件60的形变部位在外界压力介质的施压状态下发生形变，以使压力密封组件60的形变部位与泵轴40受压接触实现密封；在离心式水泵启动后，外界压力介质的施压状态撤消后，压力密封组件60的形变部位的形变恢复，以解除与泵轴40的受压接触密封。压力介质可以为流动的物质，例如水、气体。

进一步的，压力密封组件60具有环形形变件61及用于接受外界压力介质的与环形形变件相适配的环形收容空间62，环形形变件61为所述形变部位，环形形变件61的直径小于环形形变件收容空间62的直径，环形形变件61固定在环形收容空间62内，且环形形变件61的外缘不与围城环形收容空间62的侧壁接触，以形成供外界压力介质进入的间隙；固定在环形收容空间62内的环形形变件61套设在泵轴40上，环形形变件61与泵轴40之间有间隙b，间隙b的取值范围为大于0、小于0.05mm，该环形形变件61在外界压力介质作用下发生向泵轴40轴心靠近的形变并与泵轴40表面接触，实现离心式水泵10的密封。其中，压力密封组件60包括套装在泵轴上的环形形变件61、底座63、压盖64，底座63包括第一轴套631及第二轴套632，第一轴套631的第一端与第二轴套632的第一段固定连接，第一轴套631的内径与泵轴40的外径相适配，第一轴套631的内径小于第二轴套632的内径，环形形变件61的直径小于第二轴套632的内径且大于泵轴40的外径，第二轴套632的第二端与压盖64相对固定，第二轴套632、压盖64及泵轴40之间形成的空间为所述环形收容空间62，压盖64与第一轴套631将位于所述环形收容空间64中的环形形变件61压紧固定，第二轴套632与环形形变件61之间的环形间隙供外界压力介质进入；第一轴套631的第二端与泵壳50固定连接。通过压盖64向环形形变件61施压可调整环形形变件61与泵轴40的自然间隙(工作间隙b）。

在本实施方式中，压力密封组件60包括两个环形形变件61，还包括一个间隔环65，两个环形形变件61及一个间隔环65设置在所述环形收容空间62内，且间隔环65位于两个环形形变件61之间。其中，环形形变件61为具有聚氨酯成分的密封圈，环形形变件61的横截面外大里小，以利用大面积部分承受外界压力介质的压力，进而提高环形形变件的形变准确及有效性。压盖64开设有注油孔，并在注油孔中安装有注油嘴66。

进一步的，泵轴40的表面设置有具有聚氨酯成分的耐磨层41，由于耐磨层41与环形形变件61材质相同，可以减小耐磨层41与环形形变件61相对运动时的阻力小，减低摩擦。泵轴40的与第二轴套632相对应的位置上开设有环形凹槽，环形凹槽内设置所述耐磨层41，耐磨层41的厚度与环形凹槽深度相适配。

在本实施方式中，所述离心式水泵10包括两个压力密封组件60，两个压力密封组件60套设在泵轴40的两端，且对应的与壳体50两端固定连接。所述泵壳50具有连通管51，所述连通管51用于将接收的所述离心式水泵10的平衡室11内的压力为P的压力水分送到吸水侧的第一轴套631与泵轴40之间的配合缝隙b

进一步的，所述泵壳50包括连通管51、吸入段52、中段53、出水段54、填料函体55，吸入段52、中段53、出水段54、填料函体55依次连接，其中一个压力密封组件60与吸入段52的填料函体521配合连接，并形成一吸水侧压力水进入室522；另一个压力密封组件60与出水段54连接的填料函体55配合连接，并形成一排水侧压力水进入室551；连通管51的第一端与吸水侧压力水进入室522连通，连通管51的第二端与排水侧压力水进入室551连通，所述离心式水泵10的平衡室11内的水经对应函体与泵轴的配合间隙b

以下对本申请的技术方案的原理作进一步说明，根据同心环状间隙泄漏量q=πdh

压力密封组件60工作过程中的两个状态：第一状态是水泵启动前，泵壳体内真空注水，使得环形形变件61与泵轴40在受压接触时的无间隙状态，第二状态是水泵启动后正常运行时，环形形变件61与泵轴40恢复在无压恢复形变时的有间隙状态。水泵在准备启动前，打开密封控制装置中的压力水远控电动阀，压力水同时向密封控制装置中的真空泵和压力密封组件60供水。真空射流泵排出泵壳40内的空气，压力水经连通管51注入第二轴套632与环形形变件61之间的环形间隙H腔，两组环形形变件61受外圈受压方向向水泵轴心的压力，环形形变件61为异形密封圈，环形形变件61发生形变使原来与泵轴自然压力无间隙状态（该自然压力无间隙状态与“0.00mm<间隙b≤0.05mm”相对应）变为向轴沿密封圈唇口的圆周面形成压力的状态达到密封效果，泵壳内与外界隔绝并在真空射流泵的作用下形成‘真空’，水在外界大气压力下沿吸水管进入泵壳，泵壳内注满水，（此时关闭真空阀门）为启动水泵创造条件。此时水泵启动，泵轴40与环形形变件61在受压无间隙状态下启动，水泵启动后经短暂延时后，控制真空射流泵压力水开关断电停水，H腔内没有压力水，环形形变件61恢复原来的形态与泵轴40的接触为自然无间隙状态，水泵进入正常运行状态。

进一步的，所述离心式水泵10还包括压力介质输送管12，压力介质输送管12具有两个输出管头及一个输入管头，两个输出管头对应的与两个第二轴套632连接，且分别和对应的第二轴套632与环形形变件61之间的环形间隙连通；压力介质输送管12的输入管头用于接收压力介质。

进一步的，所述离心式水泵10还包括密封控制装置80，密封控制装置80与压力介质输送管12、所述离心式水泵10的抽真空管13连接，密封控制装置80用于为压力介质输送管12输送压力介质，以使压力密封组件60的环形形变件61在压力介质的施压状态下发生形变，以使环形形变件61与泵轴40接触实现密封；密封控制装置80还用于利用抽真空管13排出泵壳50内的空气，使泵壳50内形成负压，以使水在外界大气压力的压力下沿吸水管进入泵壳50内；密封控制装置80还用于在检测所述离心式水泵启10动后，在预定时间段后停止输送压力介质及停止抽真空工作。

进一步的，密封控制装置80包括控制单元81、真空射流泵82、压力水管道83、设置在压力水管道83与真空射流泵82、压力介质输送管12之间的受控电动阀84，控制单元81与受控电动阀84、真空射流泵82电性连接，控制单元81根据所述离心式水泵10的运行状态控制真空射流泵82、受控电动阀84工作，真空射流泵82通过管道与所述离心式水泵10的抽真空管13连接实现泵壳的抽真空，压力水管道83将压力介质输送给压力介质输送管12，以实现环形形变件61变形密封。

上述离心式水泵10中，压力密封组件60套设在泵轴上且压力密封组件60与泵轴40能够相对转动，压力密封组件60根据外界压力介质的作用状态发生形变，压力密封组件60利用自身的形变与泵壳配合完成离心式水泵的动态密封，在离心式水泵10启动前，压力密封组件60的形变部位在外界压力介质的施压状态下发生形变，以使压力密封组件的形变部位与泵轴40受压接触实现密封，在离心式水泵10启动后，外界压力介质的施压状态撤消后，压力密封组件60的形变部位的形变恢复，解除与泵轴40的受压接触密封，如此能够降低接触摩擦的持续时间，保证离心式水泵10持续可靠的运转。