一種適合超重力場下使用的離心泵的制作方法

本發明涉及離心泵，尤其涉及一種適合超重力場下使用的離心泵。

背景技術：

1、離心泵是葉片泵的一種，工作時靠葉輪旋轉時產生的離心力來輸送液體，具有流量連續、運行平穩的特點。離心泵的結構多種多樣，廣泛應用于城市給水、石油化工、船舶工業、航空航天、農田灌溉等社會生活和國民經濟的各個部門中，是各種泵中應用最廣泛的一種。

2、隨著社會和科學的發展，一些重大科學試驗裝置逐漸建成，超重力離心機就是其中之一。超重力離心機可以模擬超重力環境，它所提供的重力加速度可以達到正常重力加速度的幾百倍。在這種超重力環境下，科學家可以進行多項重大科學試驗，其中之一就是高壩的管涌和滲流試驗，這項試驗對離心泵的體積和在超重力場下的供水能力提出了很高的要求。然而，目前的單級單吸離心泵揚程不會很高，在超重力場下不滿足要求；而多級離心泵的揚程足夠大，在超重力場下的揚程也滿足要求，但是多級離心泵的軸向尺寸過大。同時，目前的離心泵大多在常重力場下設計，其結構強度和剛度也難以滿足超重力場下的工作需求。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種適合超重力場下使用的離心泵，該離心泵揚程高、結構緊湊、尺寸較小，能夠在超重力場下進行正常工作。

2、本發明通過以下技術方案來實現上述目的：一種適合超重力場下使用的離心泵，所述離心泵包括泵軸、前徑向軸承、前密封結構、吸水室、蝸殼、泵蓋、葉輪、后密封結構和后組合軸承；所述泵軸在使用時通過鍵與驅動裝置連接；所述前徑向軸承安裝在泵軸前端，并通過前軸承端蓋、軸用彈性擋圈和前軸套進行軸向固定，所述前軸承端蓋與前密封結構相互連接；所述前密封結構包括前密封壓蓋、機械密封和前軸套，所述前密封壓蓋通過緊固件與吸水室進行連接，所述機械密封安裝在前軸套上，所述前軸套位于泵軸上；所述吸水室通過緊固件與蝸殼進行連接；所述蝸殼通過緊固件與泵蓋進行連接；所述泵蓋通過緊固件與支座進行連接；所述葉輪位于蝸殼與泵蓋所形成的腔室內，所述葉輪通過鍵與泵軸之間進行連接并傳遞扭矩；所述后密封結構包括后密封壓蓋、機械密封和后軸套，所述后密封壓蓋通過緊固件與泵蓋進行連接，所述機械密封安裝在后軸套上，所述后軸套位于泵軸上；所述后組合軸承安裝在泵軸后端，并通過后軸承端蓋固定在后密封壓蓋中。

3、進一步的，離心泵在使用時，所述泵軸的軸線沿超重力方向，使泵軸受力合理。

4、進一步的，所述泵軸采用兩端支撐，前端采用前徑向軸承支撐，用于平衡徑向力，后端采用后組合軸承支撐，用于平衡徑向力和軸向力，所述后組合軸承包括后徑向軸承、止推軸承和軸承隔套。

5、進一步的，所述前密封壓蓋的前端設有連接法蘭，通過連接法蘭與前軸承端蓋進行連接；后端設有凸臺結構和連接法蘭，通過凸臺結構與所述吸水室進行安裝定位，通過連接法蘭與所述吸水室進行連接；前后兩個連接法蘭之間沿周向設有均布的支撐筋板；所述前密封壓蓋與所述吸水室、所述前軸套形成前密封腔，同時所述前密封壓蓋與前軸承端蓋形成軸承固定座；這樣，前密封壓蓋同時具備兩大功能，既減少了零件數量，又節省了空間，還減輕了質量。

6、進一步的，所述機械密封為高壓機械密封，其結構特點為內裝、內流、單端面、小彈簧、平衡型，傳動座傳動，采用聚四氟乙烯或柔性石墨制作的楔形環作輔助密封，結構緊湊，密封可靠，采用多彈簧結構，軸向尺寸小，密封端面受壓均勻；所述機械密封設有兩處，分別位于前密封結構和后密封結構，每一處機械密封包括動環和靜環；所述動環通過緊定螺釘與所述前軸套和所述后軸套連接在一起，并跟隨所述前軸套和所述后軸套進行轉動，所述靜環通過銷釘與所述前密封壓蓋和所述后密封壓蓋連接在一起。

7、進一步的，所述吸水室為環形吸水室，后端設有凸臺結構和連接法蘭，通過凸臺結構與所述蝸殼進行安裝定位，通過連接法蘭與所述蝸殼進行連接；前端設有定位孔和連接法蘭，通過定位孔與所述前密封壓蓋進行安裝定位，通過連接法蘭與所述前密封壓蓋進行連接，連接法蘭與吸水室主體之間沿周向設有均布的支撐筋板；所述吸水室設有進水口，方向沿徑向，啟動時依靠超重力對水泵進行灌水；進水口設有進口法蘭，與進水管道連接。

8、進一步的，所述蝸殼的渦室斷面為梯形斷面，所述蝸殼設有出水口，出水口沿徑向，出水口方向與超重力方向垂直，從而避免過大的負載，出水口設有出口法蘭。

9、進一步的，所述葉輪為閉式葉輪，包括前蓋板、后蓋板和葉片，所述葉片為圓柱型雙曲率葉片，包括長葉片和短葉片，所述長葉片和所述短葉片交替沿周向均勻分布在所述前蓋板和所述后蓋板之間，相較于只用長葉片，采用長葉片和短葉片可以有效防止葉輪流道內產生回流和脫流，提高工作穩定性和揚程；所述長短葉片的出口角β2均為90°；所述后蓋板與泵蓋之間保持一定間隙。

10、進一步的，所述后密封壓蓋設有凸臺結構和連接法蘭，通過凸臺結構與所述泵蓋進行安裝定位，通過連接法蘭與所述泵蓋進行連接；所述后密封壓蓋與泵蓋、后軸套形成后密封腔，同時所述后密封壓蓋與后軸承端蓋形成后組合軸承的固定座；這樣，后密封壓蓋具備兩大功能，既減少了零件數量，又節省了空間，還減輕了質量。

11、進一步的，所述支座兩端設有連接法蘭，兩個法蘭之間沿周向設有均布的支撐筋板，所述支座為整個離心泵提供支撐。

12、本發明的有益效果在于：

13、1、本發明通過合理布置離心泵的泵軸，使離心泵在超重力場下工作時泵軸的軸線與超重力的方向相平行，這樣泵軸自身的超重力和泵軸上其他轉子部件所產生的超重力，其方向均沿泵軸的軸線方向，可以避免泵軸承受過大彎矩并產生過大撓度，進而影響離心泵的旋轉。

14、2、由于離心泵的泵軸長度較長，本發明對泵軸采取兩端支撐方式，泵軸的前端采用前徑向軸承進行支撐，泵軸的后端采用后組合軸承進行支撐；與傳統離心泵泵軸的一端支撐相比，本發明變懸臂結構為簡支結構，使泵軸的受力更為合理，減小泵軸的撓度變形。

15、3、本發明在葉輪前后各設有一處機械密封，機械密封按照密封壓力、轉速、工作溫度、密封介質和密封軸徑進行合理選擇，這樣可以保證對葉輪前后兩個密封腔進行有效密封，防止泄露。

16、4、本發明的離心泵的結構緊湊、整體尺寸和質量較小。考慮到重力為體積力、質量力，所以降低每一組成部分的尺寸和質量是應對超重力影響的根本措施。因此，本發明一方面通過合并零件的方式，比如前密封壓蓋和后密封壓蓋均為合并后的零件，減少了零件數量，減小了離心泵的軸向尺寸，進而降低了離心泵的質量；另一方面將多個零件設計為筋板結構形式，包括前密封壓蓋、吸水室、蝸殼和支座，在保證零件的支撐強度和剛度的前提下，進一步降低了離心泵的整體質量。

17、5、本發明的葉輪采用長短葉片。相較于僅采用長葉片，在超重力場下，由于葉輪流道里的液流受到葉片做功作用不均勻，靠近葉片工作面的做功作用強而靠近葉片背面的做功作用弱，在逆向壓力梯度作用下，靠近葉片出口處背面的邊界層容易分離，這樣就使液流在邊界層附近產生回流和脫流，形成尾流區，在回流和脫流區內液流的能量損失很大，當流量較小時，回流和脫流就加強，使損失變得更大。本發明在葉輪流道內容易產生回流和脫流的部位增添短葉片，使得靠近長葉片出口處背面附近的液流受到葉片做功作用增加，改善葉輪流道內的液流速度分布情況，有效防止邊界層的分離和脫流，提高工作穩定性和揚程。

18、6、本發明是一種單級高揚程離心泵，通過合理增大葉輪直徑、改變葉片型線和增大葉片出口角度的方式，實現了高揚程。