[发明专利]泵轴向力平衡装置

说明书

本发明涉及一种用于泵，特别是用于深井潜水泵、潜油泵及节段式多级离心泵的泵轴向力平衡装置。

泵在运转中，通常在轴上作用有轴向力，该力将拉动转子轴向移动。因此，必须设法平衡或消除此轴向力，才能使泵正常工作。传统的平衡装置很多，如平衡筯、平衡鼓、平衡盘以及美国专利US4086020所涉及的平衡孔平衡装置等。这些平衡方法能起到平衡泵轴向力的作用，但是还存在泄漏量大，结构复杂等缺点，用于泵含杂质的液体时防沙效果差。例如，深井潜水泵由于受井径的限制，推力轴承的承载能力有限，因此轴向力平衡一直是高扬程潜水泵或潜油泵的关键问题，传统的各种平衡轴向力装置，虽能平衡轴向力，但不是结构很复杂（如对称布置），就是泄漏量很大，使泵的效率明显下降，另外，目前的潜水泵大都将推力轴承装在泵下方电机的底部，这样在各级叶轮轴向力的作用下，传动轴处于压杆状态下运行，口环等处的磨损严重。一般高扬程矿用潜水泵的寿命约为一年，深井潜油泵的寿命只有六个月。

本发明的泵轴向力平衡装置打破了传统平衡装置的工作原理和结构形式，是把一对端面摩擦副装于末级叶轮之后，利用密封技术来平衡轴向力。端面摩擦副把末级叶轮出口的液体与大气（或低压区）隔开，利用作用在末级叶轮前的压力和后面的低压之差，自动地平衡作用在转子上的轴向力。虽然泵的末级压力较高，但采用平衡型密封端面摩擦副，可以人为地控制端面比压，所以摩擦功率损失不大，具有长的使用寿命。

本发明的泵轴向力平衡装置，特别是用于深井潜水泵，潜油泵及 节段式多级泵的泵轴向力平衡装置，在泵的末级叶轮之后装有一对端面摩擦副、动环固定在该叶轮后盘背面，其静环与泵壳体之间有密封圈、该摩擦副用弹簧在动静环间施加正压力，该摩擦副将末级叶轮出口流体与设置在泵壳内的一个低压腔隔开，该低压腔通过回流孔与井腔或某一级低压级相通。根据泵的具体性能和尺寸参数，通过受力分析，计算端面摩擦副的几何尺寸。计算表明，端面摩擦副外径为泵叶轮口环直径的0.8～1.0倍，当泵的压力高，尺寸小时，可使低压腔通至某一中间级，同时增大端面摩擦副外径，反之，当泵的尺寸很大，端面摩擦副的相对速度很高时，可减小端面摩擦副外径，但只能平衡部分轴向力。因此平衡轴向力的程度可以灵活掌握。

本发明的泵轴向力平衡装置与传统的平衡装置相比具有以下优点：

1.靠密封形成高、低压差平衡轴向力，几乎无泄漏，传统平衡装置的泄漏量得以回收，因此采用本装置时，泵的节能效果平均为4%到10%;

2.结构简单可靠，即使端面摩擦副磨损，只是泄漏增加，轴向力仍然能得到平衡;

3.因为通过端面摩擦副的泄漏甚少，端面摩擦副前的液体几乎处于无流动状态，利用简单的防砂装置，即可得到良好的防砂效果，因而本装置也适用于含杂质的液体泵。

附图说明：

附图1：深井潜水泵轴向力平衡装置简图

实施例：

在深井潜水泵上使用本发明（见附图1）。在末级叶轮3的后面装动环2、静环1，构成一对端面摩擦副，端面摩擦副前为末级叶轮3出口压力，其后通过回流孔5与井腔或某一低压级 相通（如图中的箭头所示）。末级叶轮3进口压力和叶轮后面低压之差，形成指向叶轮后方的平衡力，平衡作用在各级叶轮上指向进口方向的轴向力。且在末级叶轮3上带有起防砂作用的密封环4。在深井潜水泵上使用本发明，除具有前述优点外，还可使传动轴的受力从受压变为受拉，从而改善了转子的受力状态，能大大提高机组运行可靠性和寿命。