齒輪增速組裝式高速旋殼泵機組的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種高速旋殼泵機組，特別是由齒輪增速組裝式高速旋殼泵組成的旋殼泵機組，包括齒輪增速組裝式高速旋殼泵、一體式軸頭油泵、聯軸器、驅動電機；聯軸器將驅動電機與齒輪增速組裝式高速旋殼泵的低速軸相連；齒輪增速組裝式高速旋殼泵包括定子部件、轉子部件及箱體部件，定子部件由兩個旋殼泵吸入/吐出部件組成，其保護殼連接在箱體部件的定位法蘭上；軸封部件位于每個吸入部件的入口側；轉子部件由高速、低速軸系組成，采用單斜齒齒輪副，每個旋殼泵轉子與高速軸直接連接，高速軸小齒輪齒寬兩側設有平衡殘余軸向力的雙面推力盤，滿足交變軸向力工況。本實用新型外形緊湊，軸承承受軸向力小，泵機組流量應用范圍大，抗汽蝕性能好。
【專利說明】齒輪増速組裝式高速旋殼泵機組

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于旋殼泵【技術領域】，特別涉及一種齒輪增速組裝式高速旋殼泵機 組，適用于石油化工、煉油領域的小流量超高揚程工況，同時適用于核電領域的低流量、超 高壓力工況。

【背景技術】
[0002] 小流量高揚程離心泵效率很低的根源是葉輪的圓盤摩擦損失太大，此項損失與葉 輪直徑的5次方成正比，與轉速的3次方成正比，要想大幅度提高超低比數離心泵的效率， 必須在泵的理論上有所突破。為此，美國Kobe公司提出了一種全新的構思，將葉輪與泵殼 聯為一體同步回轉，液體在獲得動能的過程中的圓盤摩擦損失就幾乎為零，當時稱為旋轉 殼體泵，簡稱旋殼泵，該泵使高速液體進入皮托管，因皮托管的橫截面積逐步擴大，液體流 速逐步降低，從而將液體的動能轉化為壓力能。皮托管內流道的設計以及制造技術是這種 新型泵的另一個關鍵因素，這種小流量超高揚程泵又稱為皮托管泵。
[0003] 但現有技術的旋殼泵機組存在以下技術缺陷：
[0004] 其一，現有旋殼泵技術因軸承潤滑和冷卻條件所限，泵允許工作轉速低；按泵設計 理論，提高泵揚程的方法主要有：1)提高泵工作轉速，2)加大水力轉子部件的直徑。現有旋 殼泵技術采用大直徑轉子達到在低速范圍內得到較高揚程，而采用加大轉鼓直徑來提高揚 程的方式，必然使轉鼓質量加大，在高速回轉下轉子在徑向易發生金屬離心變形，機組可靠 性降低，且制造成本高。美國專利US4, 073, 596,對高速滾動軸承的潤滑和冷卻提出了改進 措施，但現有旋殼泵的最高轉速未超過6321RPM。
[0005] 其二，旋殼泵在流量較大時，汽蝕性能很差。美國專利US4, 280, 790提出了改進皮 托管泵汽蝕性能的措施，但效果有限，例WEIR公司的R0-D600型皮托管泵最高轉速4380r/ min，最高效率點流量70m3/h時的NPSHr達到11m，汽蝕性能很差，使皮托管泵的應用范圍也 受到限制。
[0006] 其三，受軸承承載能力的約束，現有技術旋殼泵的入口壓力允許值低。美國皮托管 泵制造公司的產品使用手冊上規定，旋殼泵的入口工作壓力不可超過14bar. G。對于較高的 泵入口側壓力，美國皮托管泵的制造廠推出了外側四個滾動軸承的結構，使用效果并不理 想。
[0007] 國內外大功率旋殼泵機組大都采用旋殼泵外置增速高速齒輪箱的傳統模式，需兩 套膜片聯軸器，設備整體布局松散、不緊湊，軸承功耗大，占地面積大，成本高。


【發明內容】

[0008] 本實用新型的目的要解決上述技術問題，研制出性能可靠、結構緊湊的齒輪增速 組裝式高速旋殼泵機組。
[0009] 本實用新型的技術方案是這樣實現的：齒輪增速組裝式高速旋殼泵機組，其特征 在于：泵機組包括齒輪增速組裝式高速旋殼泵、一體式軸頭油泵、聯軸器、驅動電機；所述 的齒輪增速組裝式高速旋殼泵包括定子部件、轉子部件、箱體部件；轉子部件由高速、低速 軸系組成，包括泵轉子、高速軸、大齒輪、小齒輪、推力盤、徑向滑動軸承、低速軸、推力滑動 軸承；低速軸上設置有大齒輪，低速軸左側設置有高速軸，高速軸上設置有小齒輪；定子部 件包括2個旋殼泵吸入/吐出組件；定子部件的保護殼連接在增速部件的定位法蘭上。
[0010] 所述的驅動電機通過聯軸器與齒輪增速組裝式高速旋殼泵的低速軸直接相連；所 述的轉子部件位于箱體部件和保護殼體內；所述的高速軸的兩端與旋殼泵轉子直接連接； 所述的大齒輪前后兩側分別設置有推力滑動軸承，小齒輪前后兩側分別設置有徑向滑動軸 承；所述的大齒輪與小齒輪組成的齒輪副采用單斜齒結構，小齒輪齒寬兩側設有推力盤，推 力盤與大齒輪側面設有Γ?3°傾斜角。
[0011] 所述的齒輪增速組裝式高速旋殼泵每個旋殼泵吸入/吐出部件的軸封安裝在泵 的入口側。
[0012] 所述的齒輪增速組裝式高速旋殼泵每個旋殼泵吸入/吐出部件，均采用皮托管作 為能量轉換元件。
[0013] 本實用新型采用齒輪增速組裝式旋殼泵結構，提出了一種新型全新的旋殼泵機組 技術路線，除了具有現有旋殼泵技術的安全穩定性好、連續運轉周期長，維護方便的優點 夕卜，還具有允許承受入口壓力大，允許工作轉速高，流量應用范圍大，抗汽蝕性能好的優點， 具體為：
[0014] 1)本實用新型取消了現有技術機組中的旋殼軸承座部件、滾動軸承，聯軸器的使 用數量由原2套，減為只在齒輪組裝式高速旋殼泵與驅動電機之間設置1套，機組較現有技 術更為緊湊，外形尺寸更小；
[0015] 2)本實用新型機組中齒輪增速組裝式高速旋殼泵高速軸兩端連有2個旋殼泵轉 子，可實現1臺機組內兩旋殼泵并聯使用，擴大了流量應用范圍，單泵的抗汽蝕性能提高了 1倍，解決了現有旋殼泵機組技術在大流量工況下不能滿足裝置汽蝕余量（NPSHa)要求，限 制了其應用的難題；
[0016] 3)本實用新型技術在齒輪增速組裝式高速旋殼泵的高、低速軸設置滑動軸承，突 破了現有技術滾動軸承極限轉速的限制，采用較小直徑的泵轉子，及高轉速下的金屬離心 力產生的形變大大降低，使泵轉子在更高的轉速下，具有優良的動力學特性；
[0017] 4)本實用新型在齒輪增速組裝式高速旋殼泵的高速軸上小齒輪齒寬兩側設置推 力盤，推力盤與大齒輪側面的接觸點距節圓越近，兩者的相對速度越小（節圓處的相對速 度為零）。利用大小齒輪節圓處的相對速度為零，高速軸兩端旋殼泵轉子未平衡的軸向力與 單斜齒園柱齒輪軸向力之差（或和）通過高速軸上的推力盤傳到大齒輪的側面，再傳到低 速軸的推力滑動軸承上，僅在低速軸上設置軸位移監測器，因此可取消所有高速軸的高速 推力軸承，減小高速軸承的功耗，提高了泵機組的效率；
[0018] 5)美國皮托管泵制造公司的產品使用手冊上規定，泵的入口工作壓力不可超過 14bar. G。本實用新型技術采用在高速軸的兩端裝旋殼泵轉子的方法，幾何對稱布置的結 構，使高進口壓力引起的軸向推力大部分自平衡，克服了現有旋殼泵技術在高入口壓力時 的軸向力對軸承、機械密封的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是現有技術的大功率旋殼泵機組結構示意圖。
[0020] 圖2現有旋殼泵技術（軸承潤滑改進方案）。
[0021] 圖3是本實用新型齒輪增速組裝式高速旋殼泵的結構圖。
[0022] 圖4是本實用新型定子部件圖。
[0023] 圖5是本實用新型轉子部件圖。
[0024] 圖6是本實用新型箱體部件圖。
[0025] 圖7是本實用新型推力盤技術圖。
[0026] 圖中：1.定子部件；2.轉子部件；3.箱體部件；4.卡套；5.卡環；6. -體式軸頭油 泵；7.聯軸器；8.驅動電機；11.聯接頭；12.出液管；13.軸封部件；14.保護筒體；15.皮 托管；21.泵轉子；22.高速軸；23.大齒輪；24.小齒輪；25.推力盤；26.徑向滑動軸承； 27.低速軸；28.推力滑動軸承；31.定位法蘭。

【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖對本實用新型作進一步說明，但不作為對本實用新型的限制：
[0028] 如圖3所示，本實用新型取消了現有技術的軸承箱、軸承等部件，本實用新型由定 子部件1，轉子部件2,箱體部件3組成，定子部件1的保護殼體與箱體部件3的定位法蘭31 連接，轉子部件2位于箱體部件3和保護殼體13內。
[0029] 如圖4所示，定子部件1包括：聯接頭11、出液管12、軸封部件13、保護筒體14、皮 托管15,保護筒體14通過螺栓及止口連接在定位法蘭31上。
[0030] 如圖5所示，轉子部件2包括：泵轉子21、高速軸22、大齒輪23、小齒輪24、推力盤 25、徑向滑動軸承26、低速軸27、推力滑動軸承28,高速軸22的兩端分別安裝泵轉子21， 徑向滑動軸承26和推力盤25分別安裝于小齒輪24的兩側，低速軸27上大齒輪23兩側分 別安裝推力滑動軸承28。
[0031] 如圖6所示，箱體部件3上設置有2個定位法蘭31。
[0032] 如圖7所示，推力盤結構包括卡套4、卡環5、推力盤25、大齒輪23、小齒輪24,推力 盤25上設置Γ?3°傾斜角，以便形成油楔，提高其承載能力；大齒輪23的側面與齒面一 起進行表面滲氮處理，大齒輪23側面應與推力盤25側面有一個硬度差HB50?70,前者的 硬度大一些，以便于維修或更換推力盤25小件。
[0033] 本實用新型利用大小齒輪節圓處的相對速度為零，在高速軸22的小齒輪24軸向 兩側安裝推力盤25 ;高速軸22兩端泵轉子21未平衡的軸向力與單斜齒圓柱齒輪軸向力之 差通過高速軸22上的推力盤25傳到大齒輪23的側面，再傳到低速軸27的推力滑動軸承 28上，僅在低速軸27上設置軸位移監測器，因此能取消高速軸22的高速推力軸承，高速軸 承的功耗與平均半徑處的線速度之差成正比，決定了推力盤具有很小功耗。
[0034] 推力盤平衡軸向力原理：
[0035] 采用錐面推力盤傳遞軸向力，簡化了高速軸上的止推軸承結構，
[0036] 具體實施時，實施例一：
[0037] 某石化100萬噸/年汽柴油加氫裂化裝置工程加氫進料泵，其性能參數為流 量：63m 3/h，揚程：l83lm，入 口壓力 0· 8MPa. G，出 口壓力 I6. I6MPa. G，密度 855· 5Kg/m3,溫度 50 °C，NPSHa 為彡 8m。
[0038] 本技術與現有旋殼泵技術選型方案比較：
[0039]

【權利要求】
1. 齒輪增速組裝式高速旋殼泵機組，其特征在于：泵機組包括齒輪增速組裝式高速旋 殼泵、一體式軸頭油泵￠)、聯軸器（7)、驅動電機（8);所述的齒輪增速組裝式高速旋殼泵 包括定子部件（1)、轉子部件（2)、箱體部件（3);轉子部件（2)由高速、低速軸系組成，包括 泵轉子（21)、高速軸（22)、大齒輪（23)、小齒輪（24)、推力盤（25)、徑向滑動軸承（26)、低 速軸（27)、推力滑動軸承（28);低速軸（27)上設置有大齒輪（23)，低速軸（27)左側設置 有高速軸（22)，高速軸（22)上設置有小齒輪（24);定子部件（1)包括2個旋殼泵吸入/吐 出組件；定子部件（1)的保護殼連接在增速部件的定位法蘭（31)上。
2. 根據權利要求1所述的齒輪增速組裝式高速旋殼泵機組，其特征在于：所述的驅動 電機⑶通過聯軸器（7)與齒輪增速組裝式高速旋殼泵的低速軸（27)直接相連。
3. 根據權利要求1所述的齒輪增速組裝式高速旋殼泵機組，其特征在于：所述的轉子 部件（2)位于箱體部件（3)和保護殼體內；所述的高速軸（22)的兩端與旋殼泵轉子（21) 直接連接；所述的大齒輪（23)前后兩側分別設置有推力滑動軸承（28)，小齒輪（24)前后 兩側分別設置有徑向滑動軸承（26);所述的大齒輪（23)與小齒輪（24)組成的齒輪副采用 單斜齒結構，小齒輪（24)齒寬兩側設有推力盤（25)，推力盤（25)與大齒輪（23)側面設有 1°?3°傾斜角。
4. 根據權利要求1所述的齒輪增速組裝式高速旋殼泵機組，其特征在于：所述的齒輪 增速組裝式高速旋殼泵每個旋殼泵吸入/吐出部件的軸封（13)安裝在泵的入口側。
5. 根據權利要求1所述的齒輪增速組裝式高速旋殼泵機組，其特征在于：所述的齒輪 增速組裝式高速旋殼泵每個旋殼泵吸入/吐出部件，均采用皮托管（15)作為能量轉換元 件。
【文檔編號】F04D29/046GK204152801SQ201420527500
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】項偉 申請人:江蘇海獅泵業制造有限公司