[实用新型]具有能量正反馈沟槽结构的高效离心泵

说明书

技术领域

本发明涉及流体力学和流体机械技术领域，更具体地，涉及一种使用闭式叶轮、具有特殊能量正反馈沟槽结构的高效离心泵。

背景技术

在流体机械中离心泵被广泛使用，效率提升一直是研究对象。其中，流体从泵的高压区经由密封间隙向低压区泄漏，产生容积效率损失是泵行业的技术难题。据公开的离心泵设计文献资料显示，离心泵的容积损失效率在2%-6%之间。根据流体力学原理，缝隙流体的泄漏量与压差成正比关系，与缝隙大小成三次方关系，所以，在实际生产实践中，通过离心泵密封口环间隙泄漏造成的损失远高于理论数值，尤其是在低比转速泵上和由于长期使用而产生磨损的泵上尤为明显，甚至达到10%以上。

另外，通过密封间隙泄漏的流体具有很高的速度，属于流体力学中的射流范畴，它不仅造成高压区流体的容积损失，还会对叶轮吸入口的流体形态产生负面扰动，进一步加剧了能量损失，诱发水泵产生汽蚀、噪声，降低离心泵的整体效能。

目前的离心泵技术中，尚缺少对这种泄漏射流能量的有效利用方法，如图1所示。泄漏的流体方向与垂直于叶轮轴心，对吸入流体形态产生强烈扰动，降低了离心泵的整体效能。惯常的传统做法是，一是采取控制叶轮与密封口环间隙在合理范围内，如取值为0.2%D（“D”为叶轮吸入口直径），绝对值在0.3-0.8mm之间，将泵的容积损失控制在允许范围内。二是采用迷宫式的间隙结构，来达到增加流体泄漏阻力，减少泄漏量，控制容积损失的目的。

查阅中国专利，在已经公开的专利技术中，实用新型专利  “一种水泵口环密封装置及用于该装置的口环”（申请号CN201320499236）公开了一项具有导流和减少泄漏量的离心泵口环装置（如图2），部分地解决了上述技术问题。其技术特点是利用带有凹槽的密封口环将叶轮吸入口唇边包裹住，起到两方面作用：一是将泄漏的流体导回叶轮吸入口并保持与吸入方向一致，利用了泄漏流体的速度头；二是由于密封间隙呈现U型结构，密封长度增加，进而减少了泄漏量。由此提高离心泵的容积效率。

但这项技术仍存在着不可回避的缺陷，即口环的一部分伸进叶轮吸入口内部，占据了部分流道空间，并在末端对正常的吸入流体的流动产生扰动，进而增加水力损失；同时由于口环与叶轮吸入口唇边构成较长的U型密封间隙，使得泄漏流体的水力摩擦损失大大提高，进而削弱了对泄漏流体速度头的利用效率；第三，由于口环与叶轮进口唇边的多面配合，加工工艺较为复杂，见图2所示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除或降低离心泵容积损失的结构，同时将有害的泄漏射流转变为对提高离心泵性能有益的工艺射流，巧妙地解决现有的离心泵内部泄漏导致的低容积效率和泄漏射流负面扰动技术问题；同时通过调整这种工艺射流的大小，可以减轻或消除离心泵的汽蚀现象，提升离心泵的综合效能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种离心泵能量正反馈沟槽结构，见图3所示。在泵的低压区，对应叶轮和口环密封间隙的外侧，设置一个能量正反馈沟槽结构（以下简称“反馈沟”），将由口环密封间隙产生的泄漏射流，从反馈沟一侧导入，经反射作用，从靠近流道侧导出，从而改变泄漏射流的方向，使其与吸入叶轮端口的流体方向一致，对离心泵吸入的流体起到增压的作用。

 图中所示部分分别是：

     1——叶轮

     2——泵壳

     3——密封口环

     04——高压区

     05——低压区

     06——口环密封间隙

     07——泄漏射流

     08——反馈沟

对于本发明，需要进一步说明的是：

（1） 反馈沟08的横断面轮廓形状，优选圆弧型线，也可以是其他组合型线，如等腰梯形、抛物线形等，但目的只有一个，就是改变泄漏射流07的方向，使其与叶轮入口吸入流体方向一致；

（2） 反馈沟08可以在泵壳2上加工出来，也可以将在加宽的密封口环3上加工出来， 如图4所示；反馈沟面应光滑处理，保证良好的水力效率；

（3） 设置反馈沟08将不影响离心泵吸入流道的口径大小，因此反射沟的位置距离叶轮1吸入口保持一个轴向距离a，反馈射流方向与叶轮轴向保持一个较小的入射角θ；以此保证反馈射流07与叶轮1吸入口端面不发生碰撞；