一种立式双吸泵及其设计方法与流程

本发明涉及一种双吸泵及其设计方法，具体涉及一种对泵机械密封拆装结构有改进，且新设计了进水流道的立式双吸泵及其设计方法。

背景技术：

立式单级双吸管道泵广泛应用于空调、采暖、卫生用水、水处理、冷却冷冻系统、增压机灌溉等领域中无腐蚀的冷水和热水输送，特别适用于水厂、纸厂、电厂、钢厂、化工厂、水利工程、灌区供水等场合，其特点是流量大，效率高，汽蚀性能优异；结构对称，运行过程中的轴向力非常小，运行平稳，可靠性强；结构紧凑，占地面积小，检修方便。

现有的立式单级双吸管道泵结构方式特点有：电机和泵端直接连接，叶轮装在电机轴上，由电机轴直接驱动叶轮旋转；泵体及泵盖靠近吸水侧均设置了稳流隔板；机械密封采用橡胶波纹管机械密封。在实际运行时，机械密封容易失效损坏，需要维护更换。在现有结构的条件下，安装时不便于压紧机械密封，更换时需要逐步拆下电机、泵盖后才能将机封拆下，不便于现场操作。电机轴伸较长，需要特制。流道设计未考虑过水断面面积变化情况，稳流隔板会影响泵组效率。

附图2所示：原有立式双吸泵主要是由电机1’、挡水圈2’、橡胶波纹管机械密封3’、轴肩挡圈4’、挡圈5’、泵盖6’、o形圈7’、泵体8’、叶轮9’、叶轮螺母10’、止动垫圈11’、键12’、o形圈13’、螺柱14’、垫圈15’、螺母16’、挡圈17’螺栓18’、垫圈19’、螺母20’等零部件构成。电机1’与泵直连。整体结构外部是由泵盖6’连接泵体8’与电机1’，泵盖6’与泵体8’为止口配合，使用螺柱14’螺母16’垫圈15’连接，并配有o形圈7’，在靠近叶轮9’出口流道位置也设置了o形圈13’；泵盖6’与电机1’也为止口配合，使用螺栓18’螺母20’垫圈19’连接。其内部是由电机轴连接的，通过键12’将双吸叶轮9’连接在电机轴上，并用叶轮螺母10’、止动垫圈11’及挡圈17’确定叶轮轴向位置；橡胶波纹管机械密封3’也安装在电机轴上，通过轴肩挡圈4’和挡圈5’及泵盖密封腔确定轴向位置；轴上配有挡水圈2’；机械密封安装在泵盖内侧。泵体泵盖靠近吸入侧和吐出侧均设置有稳流隔板，如附图3所示。壳体水力设计没有考虑过水断面面积变化情况，考察后发现泵体进水流道喉部面积小于泵进口面积，面积变化曲线有骤变现象，这样会影响泵的额定工况及大流量工况的正常运行，现有结构泵体进口到泵体喉部过水断面面积变化情况如图4-1、4-2所示。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种对泵机械密封拆装结构有改进，且新设计了进水流道的立式双吸泵及其设计方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种立式双吸泵，所述立式双吸泵包括：电机和泵，所述立式双吸泵的电机与泵通过刚性夹壳联轴器连接，泵包括泵体、泵轴和泵盖，电机安装在电机支架上，泵体、泵盖、电机支架和电机依次连接，泵盖与泵体为止口配合；泵盖与电机支架为止口配合；电机支架与电机为止口配合，泵体上配有外冲洗管路，泵体进水流道喉部面积大于泵进口面积。

在本发明的具体实施例子中，电机支架上设有操作窗口。

在本发明的具体实施例子中，泵轴上设置有集装式机械密封和挡水圈，通过螺母和螺柱将集装式机械密封安装在泵盖外侧端面处。

在本发明的具体实施例子中，泵体下端设有用来支撑泵轴下端的导轴承和轴承挡套。

在本发明的具体实施例子中，立式双吸泵的内部是由电机轴、夹壳联轴器和泵轴连接的，通过第一键和卡环连接电机轴与夹壳联轴器，通过第一螺栓、第一垫圈、第一挡圈和第二键连接夹壳联轴器和泵轴，通过第三键将双吸叶轮连接在泵轴上，并用叶轮螺母、止动垫圈及第二挡圈确定叶轮轴向位置；集装式机械密封和挡水圈也安装在泵轴上，通过第一螺母、第一螺柱将机械密封安装在泵盖外侧端面处；泵体下端设有导轴承和轴承挡套，用来支撑泵轴下端，用第二螺栓和第三o形圈进行连接和密封，从泵体出口引水对导轴承进行冲洗和冷却。

一种立式双吸泵的设计方法，立式双吸泵的设计方法包括如下步骤：(1)、设计立式双吸泵吸水室，

立式双吸泵吸水室设计方法是：(1)确定吸水室进口直径ds：

ds＝(1.0～1.5)dj

式中，dj为叶轮进口直径；根据计算结果，对照标准管径，确定泵进口直径；核算吸入口的流速在3m/s左右；

(2)设计进水流道与叶轮相接部分，双吸泵进水流道在靠近蜗壳附近对称地分为两部分，液体流过吸水室断面的同时，有一部分液体进入叶轮，断面从小到大逐渐增加，外壁设计为半螺旋型，并分为8个断面；确定各断面的液体平均流速，按下式计算：

v＝(0.7～0.85)vj

式中vj为叶轮进口流速。

(3)确定各断面面积，认为有一半流量通过半螺旋形状中的最大断面，其面积为：

式中q为泵流量；

其他断面面积与最大面积成比例地缩小：

(4)设计从泵进口到螺旋部分的水体形状，圆滑连接各个断面，调整截面形状和面积大小，使其“过水断面面积-流道长度”变化曲线可以光滑变化，并满足泵体进水流道喉部面积大于泵进口面积的要求；

(5)选择径向剖分方式，将壳体分为泵体和泵盖两部分，将半螺旋形的吸水室结构应用在立式泵结构中。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的立式双吸泵及其设计方法有如下优点：本发明是在原有结构的基础上做修改，整体传动轴是由电机轴、夹壳联轴器和泵轴等零件共同组成的，替代了原来的电机轴直连结构；选用集装式机械密封替代橡胶波纹管密封，安装在泵盖的外侧，从泵体出口引水对机械密封进行冲洗；增加了电机支架等零件，使得检修机械密封时，可以在不拆电机的条件下，将夹壳联轴器，卡环，第一螺栓、第一垫圈、第一挡圈等零件从电机支架操作窗口依次拆下后，将集装式机械密封取出，进行维护和更换。增加了导轴承，第二螺栓，第三o形圈和轴承挡套，从泵体出口引水对导轴承进行冲洗和冷却。在水力设计方面，取消了泵体泵盖吸入侧稳流隔板；新设计了进水流道。

泵体吸入流道有以下两个区别：一是泵体吸入段和环形吸水室相接位置从直接连接变为相切连接；二是合理设置了泵体导水锥的形状。这两点都是基于文中吸水室设计方法进行设计的。图7-2中还可以看出：曲线尾部的过水断面面积待遇曲线头部的过水断面面积。

附图说明

图1为本发明中泵体吸入流道示意图。

图2为现有立式双吸泵结构图。

图3为现有立式双吸泵泵体泵盖稳流隔板示意图。

图4-1为现有立式双吸泵泵体吸入流道的结构示意图。

图4-2为采用图4-1中的结构后过水断面面积和流道长度变化曲线。

图5为本发明提供的立式双吸泵的结构图。

图6为本发明提供的立式双吸泵泵体泵盖隔板示意图。

图7-1为本发明提供的立式双吸泵泵体吸入流道的结构示意图。

图7-2为采用图7-1中的结构后过水断面面积和流道长度变化曲线。

下面是本发明中标号对应的名称：

电机1、第一键2、夹壳联轴器3、卡环4、电机支架5、第一螺栓6、第一垫圈7、第一挡圈8、第二键9、泵轴10、挡水圈11、第一o形圈12、集装式机械密封13、泵体14、泵盖15、机械密封及导轴承冲洗管路16、第二o形圈17、叶轮18、叶轮螺母19、止动垫圈20、导轴承21、第二螺栓22、第三o形圈23、轴承挡套24、第三键25、第二挡圈26、第一螺母27、第一螺柱28、第二螺柱29、第二螺母30、第二垫圈31、第三螺栓32、第三螺母33、第三垫圈34。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

图5为本发明提供的立式双吸泵的结构图。本发明提供的立式双吸泵包括：电机1和泵，该立式双吸泵的电机1与泵通过刚性夹壳联轴器3连接，泵包括泵体14、泵轴10和泵盖15，电机1安装在电机支架5上，泵体14、泵盖15、电机支架5和电机1依次连接，泵盖15与泵体14为止口配合；泵盖6与电机支架5为止口配合；电机支架5与电机1为止口配合，泵体14上配有外冲洗管路，泵体进水流道喉部面积大于泵进口面积，本发明中的电机支架5上设有操作窗口。

电机1是在标准电机基础上加工的，电机1与泵通过刚性夹壳联轴器3连接。整体结构外部是由泵体14、泵盖15、电机支架5和电机1依次连接的。泵盖15与泵体14为止口配合并配有第一o形圈12，在靠近叶轮18出口流道位置也设置了第二o形圈17；泵盖6与电机支架5为止口配合，使用第二螺柱29第二螺母30第二垫圈31连接泵体14、泵盖6与电机支架5。电机支架5与电机1为止口配合，使用第三螺栓32第三螺母33第三垫圈34连接，电机支架上设有操作窗口，可在此窗口拆装机械密封等零件。其内部是由电机轴、夹壳联轴器3和泵轴10连接的，通过第一键2和卡环4连接电机轴与夹壳联轴器3，通过第一螺栓6、第一垫圈7、第一挡圈8和第二键9连接夹壳联轴器3和泵轴10，通过键25将双吸叶轮18连接在泵轴10上，并用叶轮螺母19、止动垫圈20及挡圈26确定叶轮轴向位置；集装式机械密封13和挡水圈11也安装在泵轴10上，通过第一螺母27、第一螺柱28将机械密封安装在泵盖外侧端面处；配有外冲洗管路。泵体下端设有导轴承21和轴承挡套24，用来支撑泵轴下端，用第二螺栓22和第三o形圈23进行连接和密封，从泵体14出口引水对导轴承21进行冲洗和冷却。配有机械密封及导轴承冲洗管路16。取消了泵体泵盖靠近吸入侧的稳流隔板，如附图6所示。新设计了进水流道，使得泵体进水流道喉部面积大于泵进口面积，面积变化曲线均匀变化，提升泵水力效率，如附图7所示。

首先，提出对泵体进口到泵体喉部过水断面面积的考察方法如下：由于双吸泵流道对称，选取一半流道进行探究。如图1所示，从泵进口侧到泵体喉部，做内切圆切于壁面，连接切点a、b，在水体三维中，以通过直线ab的垂面分割水体，测量截面面积，作为此处过水断面面积。同理做一系列内切圆，连接圆心作为单侧流道中心线，可作出“过水断面面积-流道长度”变化曲线。

本发明的目的是解决上述问题，使用以上设计思路，提供一种新型的便拆式立式双吸管道泵结构，提高泵的使用性能。如附图2所示：原有立式双吸泵整体结构外部是由泵盖6’连接泵体8’与电机1’，泵盖6’与泵体8’为止口配合，使用螺柱14’螺母16’垫圈15’连接，并配有o形圈7，在靠近叶轮9’出口流道位置也设置了o形圈13’；泵盖6’与电机1’也为止口配合，使用螺栓18’螺母20垫圈19’连接。其内部是由电机轴连接的，通过键12’将双吸叶轮9’连接在电机轴上，并用叶轮螺母10’、止动垫圈11’及挡圈17’确定叶轮轴向位置；橡胶波纹管机械密封3’也安装在电机轴上，通过轴肩挡圈4’和挡圈5’及泵盖密封腔确定轴向位置；轴上配有挡水圈2’；机械密封安装在泵盖内侧。泵体泵盖靠近吸入侧和吐出侧均设置有稳流隔板，如附图3所示。壳体水力设计没有考虑过水断面面积变化情况，考察后发现泵体进水流道喉部面积小于泵进口面积，面积变化曲线有骤变现象，这样会影响泵的额定工况及大流量工况的正常运行，现有结构泵体进口到泵体喉部过水断面面积变化情况如图4所示。

本发明是在原有结构的基础上做修改，如附图5所示：整体传动轴是由电机轴、夹壳联轴器3和泵轴10等零件共同组成的，替代了原来的电机轴直连结构；选用集装式机械密封13替代橡胶波纹管密封，安装在泵盖15的外侧，从泵体14出口引水对机械密封进行冲洗；增加了电机支架5等零件，使得检修机械密封时，可以在不拆电机的条件下，将夹壳联轴器3，卡环4，第一螺栓6、第一垫圈7、第一挡圈8等零件从电机支架操作窗口依次拆下后，将集装式机械密封13取出，进行维护和更换。增加了导轴承21，第二螺栓22，第三o形圈23和轴承挡套24，从泵体14出口引水对导轴承进行冲洗和冷却。在水力设计方面，取消了泵体泵盖吸入侧稳流隔板，如附图6所示；新设计了进水流道，新结构泵体进口到泵体喉部过水断面面积变化情况如图7所示。

一种立式双吸泵的设计方法，该立式双吸泵的设计方法包括如下步骤：

(1)、设计立式双吸泵吸水室，

立式双吸泵吸水室设计方法是：(1)确定吸水室进口直径ds：

ds＝(1.0～1.5)dj

式中，dj为叶轮进口直径；根据计算结果，对照标准管径，确定泵进口直径；核算吸入口的流速在3m/s左右。

(2)设计进水流道与叶轮相接部分，双吸泵进水流道在靠近蜗壳附近对称地分为两部分，液体流过吸水室断面的同时，有一部分液体进入叶轮，断面从小到大逐渐增加，外壁设计为半螺旋型，并分为8个断面；确定各断面的液体平均流速，按下式计算：

v＝(0.7～0.85)vj

式中vj为叶轮进口流速。

(3)确定各断面面积，认为有一半流量通过半螺旋形状中的最大断面，其面积为：

式中q为泵流量；

其他断面面积与最大面积成比例地缩小：

(4)设计从泵进口到螺旋部分的水体形状，圆滑连接各个断面，调整截面形状和面积大小，使其“过水断面面积-流道长度”变化曲线可以光滑变化，并满足泵体进水流道喉部面积大于泵进口面积的要求。

(5)选择径向剖分方式，将壳体分为泵体和泵盖两部分，将半螺旋形吸水室结构应用在立式泵结构中。

图4-1为现有立式双吸泵泵体吸入流道的结构示意图，图4-2为采用图4-1中的结构后过水断面面积和流道长度变化曲线，图7-1为本发明提供的立式双吸泵泵体吸入流道的结构示意图，图7-2为采用图7-1中的结构后过水断面面积和流道长度变化曲线。从图4-1、图4-2、图7-1和图7-2来看，泵体吸入流道有以下两个区别：一是泵体吸入段和环形吸水室相接位置从直接连接变为相切连接；二是合理设置了泵体导水锥的形状。这两点都是基于文中吸水室设计方法进行设计的。

从图7-2还可以看出：曲线尾部的过水断面面积待遇曲线头部的过水断面面积。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。