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1、10申请公布号CN104061189A43申请公布日20140924CN104061189A21申请号201410236004X22申请日20140529F04D29/66200601F04D1/0020060171申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号72发明人刘厚林丁剑吴贤芳董亮王勇戴菡葳王文博74专利代理机构南京知识律师事务所32207代理人胡玲54发明名称一种自动平衡径向力的单流道离心泵57摘要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；所述泵轴通过轴承、轴承。
2、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，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。所述叶轮由于其结构和水力的不对称导致叶轮有不平衡的径向力，是引起泵振动的主要原因。本专利通过在泵轴上设置平衡环，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。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图3页10申请公布号CN104061189ACN104061189A1。
3、/1页21一种自动平衡径向力的单流道离心泵，包括泵壳1、叶轮2、泵轴3、轴承箱4，叶轮2位于泵壳1中，并与泵轴3固定连接，叶轮2设有一个叶片6，泵轴通过轴承7、轴承座8安装在轴承箱4中，并可在轴承箱4中自由转动，泵轴上设有平衡环9，轴承箱4与泵壳1固定连接。2根据权利要求1所述的一种自动平衡径向力的单流道离心泵，其特征在于，所述的平衡环9呈C型，是由环形内壁10、环形外壁11、前盖板12、后盖板13组成的封闭的缺口C型圆环状结构，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14。3根据权利要求1所述的一种自动平衡径向力的单流道离心泵，其特征在于，所述的叶轮2通过叶轮螺母5与泵轴3固。
4、定连接。4根据权利要求1所述的一种自动平衡径向力的单流道离心泵，其特征在于所述平衡环9由环形内壁10、环形外壁11、前盖板12、后盖板13组成封闭的内腔，该内腔的外径DO为泵轴3直径DW的182倍，内腔的内径DI为泵轴3直径DW的12135倍，内腔的宽度为815MM；组成平衡环9的环形内壁10、环形外壁11、前盖板12、后盖板13的厚度为46MM；平衡环9的前盖板12在轴向上距离叶轮2中心截面的长度为35DW45DW；平衡环9的缺口位置在周向上与叶片6出口端的夹角为沿叶轮旋转方向转动120160。5根据权利要求1所述的一种自动平衡径向力的单流道离心泵，其特征在于所述平衡环9内部设置金属滑块15。
5、作为配重单元，该金属滑块呈扇形，该扇形角度为3060，扇形外径R1为平衡环9内腔外径的08095倍，扇形内径R2为平衡环9内腔内径的1011倍；泵输送的介质密度LIQUID为700KG/M31200KG/M3，叶轮2出口直径为D2，叶轮2进口直径为DJ，叶片6的包角为240400，叶轮2出口宽度B2为08DJ10DJ，叶轮2转速N为980R/MIN1450R/MIN，叶轮2由于水力和结构不平衡产生的径向力F为所述金属滑块15的密度METAL为6500KG/M38500KG/M3，金属滑块15的质量为360F/N2R1R2KG。6根据权利要求2至3任一项所述的一种自动平衡径向力的单流道离心泵，其。
6、特征在于该平衡环9内部设置液体水银16作为配重单元，水银的体积为0026F/N2R1R2M3；该平衡环9中设置圆柱体17，起到减弱水银流动的作用；所述圆柱体17的直径为DODI/8DODI/4，在轴向上该圆柱体17贯穿平衡环9，在周向上，圆柱体17均匀分布在直径为DO3DI/4和3DODI/4的两个同心圆上，且两个同心圆上的圆柱体17交错排列，相邻圆柱体在周向上的夹角为1040。权利要求书CN104061189A1/4页3一种自动平衡径向力的单流道离心泵技术领域0001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0002单流道叶轮从进口至出口是一个空间扭曲的。
7、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。
8、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。0003经检索，与本发明相关的专利申请有IMPELLERFORCENTRIFUGALPUMPANDBALANCEADJUSTINGMETHODOFIMPELLERFORCENTRIFUGALPUMP公开号JP2007255324A，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。
9、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0004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。0005一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，叶轮位于泵壳中，并与泵轴固定连接，叶轮设有一个叶片，泵轴通过轴承、轴承座安装在轴承箱中，并可在轴承箱中自由转动，泵轴上设有平衡环，轴承箱与泵壳固定连接。0006所述的平衡环呈C型，是由环形内壁、环形外壁、前盖板、后盖板组成的封闭的缺口C型圆环状结构，所述平衡环为密封中空结构，其内部设置可自由滑动。
10、的配重单元。0007所述的叶轮通过叶轮螺母与泵轴固定连接。0008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。说明书CN104061189A2/4页40009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DO为泵轴直径DW的182倍，内腔的内径DI为泵轴直径的12135倍，内腔的宽度为815MM；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。
11、6MM。0010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35DW45DW；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120160。0011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。
12、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08095倍，扇形的内径R2为平衡环内腔内径的1011倍。0012平衡环内部金属滑块的质量过大不仅不能平衡径向力，还有可能增大径向力，而过小将起不到平衡径向力的作用，本发明设计的平衡滑块的质量与单流道叶轮产生的径向力有关，通过计算单流道叶轮产生的径向力大小，求出平衡该径向力需要的平衡质量。其计算过程为泵输送介质密度LIQUID为700KG/M31200KG/M3，叶轮出口直径为D2，叶轮进口直径为DJ，叶片的包角为240400，叶轮出口宽度B2为08DJ10DJ，叶轮转速N为980R/MIN。
13、1450R/MIN，叶轮由水力和结构不平衡产生的径向力F可用下述公式进行计算00130014而金属滑块的密度METAL为6500KG/M38500KG/M3，金属配重滑块的质量M为0015M360F/N2R1R2KG20016本发明的配重单元也可以用液体来代替，较佳的，前述的金属可以用液体水银代替，金属滑块需要在平衡环中加润滑性液体以提升金属滑块的滑移性能，而采用液体水银，一方面提高了配重的滑移性能，另一方面水银作为液态金属，具有足够的密度，可以起到配重的作用。同时，平衡环中设置圆柱体，起到减弱水银流动的作用；所述圆柱体的直径DC在以下范围内取值0017DODI/8DCDODI/43在轴向方向。
14、上该圆柱体贯穿平衡环，在圆周方向上，圆柱体均匀分布在两个同心圆上，这两个同心圆的直径分别为DO3DI/4和3DODI/4的，且两个同心圆上的圆柱体交错排列，相邻圆柱体在周向上的夹角为1040。0018较佳的，液态水银的体积可以通过下述公式获得0019V0026F/N2R1R2M340020本发明的有益效果是本发明通过在泵轴上设置平衡环，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。减轻单流道泵的振动，增加泵的运行可靠性。附图说明说明书CN104061189A3/4页50021图1为本发明所述的一种自动平衡径向力的单流。
15、道离心泵的结构剖面图。0022图2为实施例的平衡环轴向方向的示意图。0023图3为实施例的平衡环圆周方向的示意图。0024图4为实施例的金属滑块配重平衡环的示意图。0025图5为实施例的水银配重平衡环的示意图。0026图中1泵壳，2叶轮，3泵轴，4轴承箱，5叶轮螺母，6叶片，7轴承，8轴承座，9平衡环，10环形内壁，11环形外壁，12前盖板，13后盖板，14配重单元，15金属滑块，16液体水银，17圆柱体。具体实施方式0027结合图1，本发明所述的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1、叶轮2、泵轴3、轴承箱4，叶轮2位于泵壳1中，并与泵轴3固定连接，叶轮2。
16、设有一个叶片6，泵轴通过轴承7、轴承座8安装在轴承箱4中，并可在轴承箱4中自由转动，泵轴上设有平衡环9，轴承箱4与泵壳1固定连接。0028结合图5，所述的平衡环9呈C型，是由环形内壁10、环形外壁11、前盖板12、后盖板13组成的封闭的缺口C型圆环状结构，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14。0029所述的叶轮2通过叶轮螺母5与泵轴3固定连接。0030结合图2和图3，本发明所述的平衡环呈C型，是由环形内壁10、环形外壁11、前盖板12、后盖板13组成的缺口圆环状结构，所述平衡环为密封中空结构，其内腔设置可自由滑动的配重单元14。平衡环由环形内壁、环形外壁、前盖板、后盖板。
17、组成封闭的内腔，泵轴直径35MM，内腔的外径取为泵轴直径的2倍，为70MM，内腔的内径取为泵轴直径的13倍，为455MM，内腔的宽度为10MM。组成平衡环9的环形内壁10、环形外壁11、前盖板12、后盖板13的厚度为5MM；平衡环9的前盖板12在轴向上距离叶轮2中心截面的长度取为泵轴直径的36倍，为125MM；平衡环9的缺口位置在周向上与叶片6出口端的夹角为沿叶轮旋转方向转动140。0031结合图4，所述平衡环9内部设置金属滑块15作为配重单元，该金属滑块呈扇形，该扇形角度为60，扇形外径R1取为平衡环内腔外径的09倍，为63MM，扇形内径R2取为平衡环内腔内径的101倍，为46MM；泵输送的。
18、介质为清水，密度LIQUID为1000KG/M3，叶轮2参照现有技术手册按照一定的比转速选择恰当的组合，本发明的实施例中出口直径D2选为225MM，叶轮2进口直径DJ选为80MM，叶片6的包角选为360，叶轮2出口宽度B2取为叶轮进口直径的08125倍，为65MM，由于该叶轮为单通道，用于输送污水粗颗粒，叶轮2出口宽度可在范围内适当取大一些；叶轮2转速N选为1450R/MIN，叶轮2由于水力和结构不平衡产生的径向力F经公式1计算，结果为1400N；所述金属滑块15材料为不锈钢，密度METAL为7930KG/M3，金属滑块15的质量经公式2计算为22KG。0032结合图4，平衡环中设置圆柱体，起。
19、到减弱水银流动的作用；所述圆柱体的直径在公式3中选取为3MM，在轴向上该圆柱体贯穿平衡环，在周向上，圆柱体均匀分布在直径为5125MM和6375MM的两个同心圆上，且两个同心圆上的圆柱体交错排列，相邻圆柱体在周向上的夹角为20。液态水银的体积经公式4计算为000016M3。说明书CN104061189A4/4页60033工作过程如下0034当单流道离心泵工作时，泵轴3转动带动叶轮2和平衡环9同步旋转，平衡环9内的配重单元14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。说明书CN104061189A1/3页7图1图2说明书附图CN104061189A2/3页8图3说明书附图CN104061189A3/3页9图4图5说明书附图CN104061189A。