[发明专利]一种小流量超高扬程轴向剖分半开式叶轮多级离心泵

说明书

技术领域

本发明涉及离心泵技术领域，特别是涉及一种小流量超高扬程轴向剖分半开式叶轮多级离心泵。

背景技术

流量30～50m³/h、扬程1500～2000m的泵在石化、合成氨、发电等行业属于关键泵，对高压往复泵，即使采用五缸或七缸，都无法克服输液脉动对工艺生产的不利影响，由于大功率高压往复泵存在故障率高、体积庞大、价格昂贵的缺陷，各国都将研制重点放在离心泵上。但这种超低比转数离心泵是泵行业公认的技术难题之一，一直困扰着这种离心泵的研制和发展，这是因为这种参数的离心泵有很多特殊的技术难题：大直径窄流道闭式叶轮制造难度大、泵效率低、扬程曲线易出现驼峰，造成泵在小流量区运行时不稳定、轴功率曲线比常规离心泵上升得快，大流量时电机易过载。

为解决上述技术难题，现有技术方案有三种：

一是增加泵的级数：使单级的比转数增加。但是，对小流量泵而言，如级数过多，泵轴细长，泵轴的刚度降低，易造成泵内小间隙处发生咬合卡死事故，降低运行可靠性。

二是高速化：这是因为比转数与转速成正比，提高转速也可改善低比转数泵的性能。但是，对于上述流量、扬程，用胜达因高速泵，转速将接近或超过每分钟二万转，制造水平要求很高，泵价昂贵。某泵制造厂样本上，流量25m3/h、扬程1250m，转速20600r/min。在石化行业，对于上述参数的离心泵采用高速泵的比例很小。仅管升转速、减级数、降成本是离心泵技术发展的趋势，但火电行业高压锅炉给水泵的最高转速仅6500r/min，Flowserve公司CA系列核电用安注泵的最高转速仅6000r/min。

三是采用半开式叶轮：叶型用多叶片、径向直叶片，扬程系数高于常规后弯叶片，目前ITT、Flowserve等知名泵公司在单级小流量离心泵上早已使用。API 610-2010版开始允许使用半开式叶轮，并指出“由于半开式叶轮少了一个盖板的园盘摩擦损失，可以提高效率”。对小流量泵，这种半开式叶轮制造精度易保证，克服了我国小流量泵大多用闭式叶轮，叶片数仅5～7片，由于叶轮流道扩散度太大，叶轮出口处出现回流，导致小流量至零流量区域的扬程曲线存在驼峰。但是现有技术的这种半开式叶轮，为了平衡轴向力，在轮盘上开了大量的平衡孔，出现二次流影响泵内的流场分布，降低了泵效率。本世纪初，苏尔寿公司为避免此缺陷进行了改进，开发出的OHHL型单级半开式叶轮小流量泵取消了叶轮盘上的大量平衡孔，仅保留叶轮轮毂处的平衡孔，但是为了平衡单级叶轮的轴向力，增加了背叶片，泵效率将减少2～5个百分点。美国胜达因公司高速离心泵叶轮的传统结构是6～8片径向直叶片，轮盘上开很多平衡孔，出现二次流影响泵内的流场分布，降低了泵效率。胜达因公司的新改进是用24片径向直叶片，取消轮盘上的平衡孔，因为是单级叶轮高速泵，为平衡轴向力，保留叶轮的轮毂处的平衡孔。可见现有技术的半开式叶轮小流量泵，叶轮的轮毂处都有平衡孔，从平衡孔泄漏的液流与进入叶轮的主液流相冲击，破坏了进口液流的正常流动状态，会降低泵的抗汽蚀性能。

2014.11.19公布的“水力部件对称布置可靠性高的核电化容补水泵”发明专利申请说明书(公布号CN 104154027A)，是针对流量34m³/h、扬程1800m的补水泵，为反应堆冷却水系统提供补充水。水温60℃泵进口压力不高，为常压贮水槽的水柱静压，无汽蚀问题，首级叶轮用单吸式合理。此泵为双层筒体BB5型泵，13级叶轮分成两组，叶轮背对背对称布置平衡轴向力，取消了现有化容补水泵的平衡鼓，设计合理。但此发明专利还存在不足，一是小流量泵用闭式叶轮，流道窄长，叶片数只能少，扬程系数必然比径向多叶片半开式叶轮的低，叶轮外径要加大，高压外筒体制造成本上升；二是窄流道闭式式叶轮铸造难，流道精度不易保证；三是设计者为了防止13级叶轮转子两端支撑的间距过大，转子中间的节流衬套的长度很短。因为节流衬套两端的压差接近泵总压差的一半(90bar)，通过节流衬套的泄漏量与节流衬套的长度成反比，造成内泄漏量加大；中央衬套液膜的支撑，提高湿临界转速的作用也未能有效利用。