[发明专利]带有平衡装置的离心泵以及平衡该离心泵的轴向力的方法

说明书

本发明涉及一种单级或多级离心泵，其具有用于平衡该泵的轴向力的新颖的盘型装置。盘型平衡装置在平衡盘(22)和对立构件(28)的非轴向表面(50)和(52)中的至少一个中设置有至少一个环形沟槽(54)。

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的带有平衡装置的离心泵和一种根据权利要求12的前序部分的平衡离心泵的轴向力的方法。更具体地，本发明涉及具有用于平衡泵的轴向力的新颖的盘型装置的单级或多级离心泵。

用于平衡离心泵的轴向力的装置通常用于多级泵，其具有高的压头，并在相同的轴上设置有若干个相继的离心叶轮。在一个叶轮或多个叶轮于泵中轴向地抽吸液体并从泵中径向地排出液体时，产生轴向力。轴向力倾向于朝着泵的入口拉拽所述一个或多个叶轮，由此，当将叶轮组保持就位时，泵的轴承经受相当大的轴向力。为了减小轴承经受的轴向力，并因而使得能够使用较小或较轻的轴承或不同类型的轴承，已开发了用于平衡轴向力的装置。

现有技术已知用于平衡轴向力的两种基本类型的装置。一种是所谓的鼓型平衡装置，并且另一种是盘型平衡装置。混合平衡装置也是已知的，即一种包括平衡鼓和平衡盘的平衡装置。在大多数情况下，当从泵入口朝着泵出口观察时，平衡装置被定位在泵轴上，位于最后的叶轮后面。然而，如果需要，则能够将离心泵构造成使得平衡装置在多级离心泵的级之间或者在其一个或多个叶轮前面。盘型平衡装置可以被认为是两种基本平衡装置中的优选选择，这是由于盘型平衡装置自动地调整其操作，即，轻微的磨损根本不影响平衡装置的操作，然而，鼓型平衡装置即便最轻微的磨损，也导致该平衡装置的平衡能力的变化。此外，盘型平衡装置还在轴向方向上占用比鼓型平衡装置小的空间。

本发明稍后更详细地讨论的盘型平衡装置由紧固在泵的轴上的平衡盘和固定的对立构件形成。在大多数情况下，对立构件布置成在叶轮或多个叶轮中的一个叶轮与平衡盘之间从泵蜗壳或壳体径向向内延伸。通常，固定的对立构件是离心泵的最后的泵送级的后壁。平衡盘和对立构件在它们之间留有径向延伸的腔，所谓的平衡腔。平衡盘或对立构件或者两者在平衡盘的外周边处具有环形的轴向延伸，有时是单独的圆环，用于减小平衡盘与对立构件之间的腔的轴向尺寸，以便限制来自泵的加压液体的泄漏流动。然而，应理解的是，当从泵的入口开口的方向上观察时，平衡装置、即平衡盘、其对立构件和平衡腔还可位于一个或多个叶轮前面。在这种情况下，需要沿着单独的流动通道将加压液体带到平衡腔。

盘型平衡装置起作用，从而使得通过叶轮或叶轮组加压的液体的一部分如离心泵中众所周知地进入在最后的泵送级的叶轮后面的腔，并且经由在泵的轴或平衡盘的轴套与固定的对立构件之间的空隙找到其到平衡盘与固定的对立构件之间的径向延伸的平衡腔的路径。既然液体的压力在实践中不降低，那么泵送液体的全压力就会影响旋转的平衡盘，以将平衡盘从泵的入口推开，即与由叶轮产生的轴向力相反。由此，对泵的轴承加载的轴向推力是具有相反方向的两个轴向力的差。通过合适地确定平衡装置的尺寸，可使两个相反的力相等，导致零推力，由此，可使轴的轴承变为不能承载任何轴向负载的滑动轴承。

然而，在加压液体在平衡盘和其对立构件之间的平衡腔中径向向外流动时，液体到达环形延伸或环并进入环形延伸或环与其对立表面之间的环形缝隙。既然环形缝隙非常细，即其深度非常小，并且径向地在环上的压力差相对高(主要取决于泵的压头)，细的缝隙中的液体的流动速度就会高。由于液体的高速度，所以平衡盘与对立构件之间的缝隙中的压力低，导致了在高的流动速度的区域中，即在环区域处，盘不能产生任何明显的轴向力。结果，在合适的状况下，液体流的进入环与其对立表面之间的缝隙的一部分暂时蒸发成蒸汽。特别地，在这样的状况下，即，与离蒸汽压力有多远相比，平衡装置上的压力差为高的状况下，平衡装置操作。细的缝隙中的液体的暂时蒸发容易导致环与其对立表面之间的机械接触，所述机械接触至少增加摩擦损失，并且升高了表面温度。此外，液体的突然蒸发可能导致对立表面之间的冲击，这是由于它们互相碰撞。摩擦和冲击从长远看都可引起磨损，所述磨损随着时间的过去可导致用新的平衡装置代替平衡装置的需求。换句话说，由于平衡装置交替地在低摩擦和高摩擦情形下操作，所以在平衡装置的操作中可看到的第一个问题是与功率消耗的波动相结合的高的功率消耗。