一种适合超重力场下使用的离心泵的制作方法

本发明涉及离心泵，尤其涉及一种适合超重力场下使用的离心泵。

背景技术：

1、离心泵是叶片泵的一种，工作时靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体，具有流量连续、运行平稳的特点。离心泵的结构多种多样，广泛应用于城市给水、石油化工、船舶工业、航空航天、农田灌溉等社会生活和国民经济的各个部门中，是各种泵中应用最广泛的一种。

2、随着社会和科学的发展，一些重大科学试验装置逐渐建成，超重力离心机就是其中之一。超重力离心机可以模拟超重力环境，它所提供的重力加速度可以达到正常重力加速度的几百倍。在这种超重力环境下，科学家可以进行多项重大科学试验，其中之一就是高坝的管涌和渗流试验，这项试验对离心泵的体积和在超重力场下的供水能力提出了很高的要求。然而，目前的单级单吸离心泵扬程不会很高，在超重力场下不满足要求；而多级离心泵的扬程足够大，在超重力场下的扬程也满足要求，但是多级离心泵的轴向尺寸过大。同时，目前的离心泵大多在常重力场下设计，其结构强度和刚度也难以满足超重力场下的工作需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适合超重力场下使用的离心泵，该离心泵扬程高、结构紧凑、尺寸较小，能够在超重力场下进行正常工作。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种适合超重力场下使用的离心泵，所述离心泵包括泵轴、前径向轴承、前密封结构、吸水室、蜗壳、泵盖、叶轮、后密封结构和后组合轴承；所述泵轴在使用时通过键与驱动装置连接；所述前径向轴承安装在泵轴前端，并通过前轴承端盖、轴用弹性挡圈和前轴套进行轴向固定，所述前轴承端盖与前密封结构相互连接；所述前密封结构包括前密封压盖、机械密封和前轴套，所述前密封压盖通过紧固件与吸水室进行连接，所述机械密封安装在前轴套上，所述前轴套位于泵轴上；所述吸水室通过紧固件与蜗壳进行连接；所述蜗壳通过紧固件与泵盖进行连接；所述泵盖通过紧固件与支座进行连接；所述叶轮位于蜗壳与泵盖所形成的腔室内，所述叶轮通过键与泵轴之间进行连接并传递扭矩；所述后密封结构包括后密封压盖、机械密封和后轴套，所述后密封压盖通过紧固件与泵盖进行连接，所述机械密封安装在后轴套上，所述后轴套位于泵轴上；所述后组合轴承安装在泵轴后端，并通过后轴承端盖固定在后密封压盖中。

3、进一步的，离心泵在使用时，所述泵轴的轴线沿超重力方向，使泵轴受力合理。

4、进一步的，所述泵轴采用两端支撑，前端采用前径向轴承支撑，用于平衡径向力，后端采用后组合轴承支撑，用于平衡径向力和轴向力，所述后组合轴承包括后径向轴承、止推轴承和轴承隔套。

5、进一步的，所述前密封压盖的前端设有连接法兰，通过连接法兰与前轴承端盖进行连接；后端设有凸台结构和连接法兰，通过凸台结构与所述吸水室进行安装定位，通过连接法兰与所述吸水室进行连接；前后两个连接法兰之间沿周向设有均布的支撑筋板；所述前密封压盖与所述吸水室、所述前轴套形成前密封腔，同时所述前密封压盖与前轴承端盖形成轴承固定座；这样，前密封压盖同时具备两大功能，既减少了零件数量，又节省了空间，还减轻了质量。

6、进一步的，所述机械密封为高压机械密封，其结构特点为内装、内流、单端面、小弹簧、平衡型，传动座传动，采用聚四氟乙烯或柔性石墨制作的楔形环作辅助密封，结构紧凑，密封可靠，采用多弹簧结构，轴向尺寸小，密封端面受压均匀；所述机械密封设有两处，分别位于前密封结构和后密封结构，每一处机械密封包括动环和静环；所述动环通过紧定螺钉与所述前轴套和所述后轴套连接在一起，并跟随所述前轴套和所述后轴套进行转动，所述静环通过销钉与所述前密封压盖和所述后密封压盖连接在一起。

7、进一步的，所述吸水室为环形吸水室，后端设有凸台结构和连接法兰，通过凸台结构与所述蜗壳进行安装定位，通过连接法兰与所述蜗壳进行连接；前端设有定位孔和连接法兰，通过定位孔与所述前密封压盖进行安装定位，通过连接法兰与所述前密封压盖进行连接，连接法兰与吸水室主体之间沿周向设有均布的支撑筋板；所述吸水室设有进水口，方向沿径向，启动时依靠超重力对水泵进行灌水；进水口设有进口法兰，与进水管道连接。

8、进一步的，所述蜗壳的涡室断面为梯形断面，所述蜗壳设有出水口，出水口沿径向，出水口方向与超重力方向垂直，从而避免过大的负载，出水口设有出口法兰。

9、进一步的，所述叶轮为闭式叶轮，包括前盖板、后盖板和叶片，所述叶片为圆柱型双曲率叶片，包括长叶片和短叶片，所述长叶片和所述短叶片交替沿周向均匀分布在所述前盖板和所述后盖板之间，相较于只用长叶片，采用长叶片和短叶片可以有效防止叶轮流道内产生回流和脱流，提高工作稳定性和扬程；所述长短叶片的出口角β2均为90°；所述后盖板与泵盖之间保持一定间隙。

10、进一步的，所述后密封压盖设有凸台结构和连接法兰，通过凸台结构与所述泵盖进行安装定位，通过连接法兰与所述泵盖进行连接；所述后密封压盖与泵盖、后轴套形成后密封腔，同时所述后密封压盖与后轴承端盖形成后组合轴承的固定座；这样，后密封压盖具备两大功能，既减少了零件数量，又节省了空间，还减轻了质量。

11、进一步的，所述支座两端设有连接法兰，两个法兰之间沿周向设有均布的支撑筋板，所述支座为整个离心泵提供支撑。

12、本发明的有益效果在于：

13、1、本发明通过合理布置离心泵的泵轴，使离心泵在超重力场下工作时泵轴的轴线与超重力的方向相平行，这样泵轴自身的超重力和泵轴上其他转子部件所产生的超重力，其方向均沿泵轴的轴线方向，可以避免泵轴承受过大弯矩并产生过大挠度，进而影响离心泵的旋转。

14、2、由于离心泵的泵轴长度较长，本发明对泵轴采取两端支撑方式，泵轴的前端采用前径向轴承进行支撑，泵轴的后端采用后组合轴承进行支撑；与传统离心泵泵轴的一端支撑相比，本发明变悬臂结构为简支结构，使泵轴的受力更为合理，减小泵轴的挠度变形。

15、3、本发明在叶轮前后各设有一处机械密封，机械密封按照密封压力、转速、工作温度、密封介质和密封轴径进行合理选择，这样可以保证对叶轮前后两个密封腔进行有效密封，防止泄露。

16、4、本发明的离心泵的结构紧凑、整体尺寸和质量较小。考虑到重力为体积力、质量力，所以降低每一组成部分的尺寸和质量是应对超重力影响的根本措施。因此，本发明一方面通过合并零件的方式，比如前密封压盖和后密封压盖均为合并后的零件，减少了零件数量，减小了离心泵的轴向尺寸，进而降低了离心泵的质量；另一方面将多个零件设计为筋板结构形式，包括前密封压盖、吸水室、蜗壳和支座，在保证零件的支撑强度和刚度的前提下，进一步降低了离心泵的整体质量。

17、5、本发明的叶轮采用长短叶片。相较于仅采用长叶片，在超重力场下，由于叶轮流道里的液流受到叶片做功作用不均匀，靠近叶片工作面的做功作用强而靠近叶片背面的做功作用弱，在逆向压力梯度作用下，靠近叶片出口处背面的边界层容易分离，这样就使液流在边界层附近产生回流和脱流，形成尾流区，在回流和脱流区内液流的能量损失很大，当流量较小时，回流和脱流就加强，使损失变得更大。本发明在叶轮流道内容易产生回流和脱流的部位增添短叶片，使得靠近长叶片出口处背面附近的液流受到叶片做功作用增加，改善叶轮流道内的液流速度分布情况，有效防止边界层的分离和脱流，提高工作稳定性和扬程。

18、6、本发明是一种单级高扬程离心泵，通过合理增大叶轮直径、改变叶片型线和增大叶片出口角度的方式，实现了高扬程。