包括用于补偿轴向力的组件的多级离心泵的制作方法

本发明涉及一种多级离心泵，其包括根据第一独立权利要求的前序部分的用于补偿多级离心液体泵中的轴向力的组件。

背景技术：

1、离心式多相离心液体泵设置有叶轮，这些叶轮借助于可旋转地支撑的轴布置到壳体中。在这种离心流机器的操作期间，轴经受轴向力。这种轴向力可以通过适当地设计泵而得以最小化。剩余的力经由推力轴承传递到壳体。平衡轴向力对于多级离心流机器特别重要，在多级离心流机器中，每一级都对系统产生轴向力分量，即推力。叶轮的净轴向推力是作用于后护罩和前护罩上的力之间的差。存在可以更改这些力的若干种流体动力学效应。例如，环泄漏或叶轮相对于蜗壳或扩压器的轴向定位可以更改叶轮和侧壁间隙之间的压力分布。相对小的压力变化因大的所投影的护罩表面积而被极大地放大。其结果是，沿任一方向的轴向推力都会发生非常大的变动。

2、因而已知使用最小化轴承所经受的轴向力的所谓的平衡鼓。平衡鼓是连接到机器的驱动轴的部分，该鼓具有与离心流机器的轴的中心轴线平行的圆柱形外表面。离心流机器的壳体设置有用于平衡鼓的圆柱形空间。存在布置在平衡鼓和壳体中的空间之间的间隙。该间隙的目的是提供流限制，从而提供平衡鼓上的压力差。然而，该间隙使得工艺液体有可能在一定程度上流过间隙，且因此降低了离心流机器的效率。因此，常常使得使用平衡鼓无法完全消除对推力轴承的需要。

3、平衡鼓提供基于泵的液压性质、尺寸比例和泵的现行操作点的轴向力。生产公差、叶轮的数量和泵部件的实际形状引起与平衡鼓的设计的补偿力出现偏差。因此，实际的残余轴向力可显著大于标注的轴向力，这对轴承的尺寸确定、使用寿命和/或维修间隔产生了影响。

4、出版物jp 01-237394公开了离心式气体压缩机中所提供的平衡活塞。文献公开了一种附接到罩壳的内周边表面的密封环，该密封环沿轴向方向被划分成三段并且布置成彼此分开。设置在高压气室附近的高压侧密封环与平衡鼓的大直径部分相对。设置在低压气室附近的低压侧密封环也面向平衡鼓的大直径部分。存在设置在中心部分中的中间密封环，该中间密封环与平衡鼓的中间直径部分相对。以这种方式，在两个端部处插置在密封环之间的环形空间被中间密封环分割成低压辅助室和高压辅助室。提供了连通通道，以将高压室的高压引导到高压辅助室并使高压辅助室的内部压力保持处于高压。还公开了连通路径，该连通路径被提供为将低压室的低压引导到低压辅助室并使低压辅助室的内部压力保持处于低压。出版物提供了一种用于气体压缩机的平衡活塞，其中不同的密封环将辅助室分离。

5、本发明的目的是提供一种用于补偿多级离心液体泵中的轴向力的组件，其性能与现有技术泵相比得到显著的改进。

6、本发明的目的是提供一种多级离心液体泵，其中通过这种组件来补偿轴向力。

技术实现思路

1、本发明的目的可以基本上得到满足，如独立权利要求中和描述本发明的不同实施例的更多细节的其他权利要求中所公开的。

2、根据本发明，一种多级离心液体泵包括用于补偿多级离心液体泵中的轴向力的组件，该组件包括：

3、-壳体，

4、-可旋转地布置到壳体的轴，泵的叶轮联接到该轴，

5、-平衡鼓，其布置到壳体内部的轴，

6、-该平衡鼓具有第一轴向端表面和第二轴向端表面，其中，第一轴向端表面与泵的邻近平衡鼓的级流动连通，

7、-该平衡鼓是多级平衡鼓，其包括至少两个鼓区段，并且存在布置在这些鼓区段之间的周向轴向空间，这些鼓区段具有第一半径，其中，

8、·周向轴向空间具有第一轴向长度和底部，该底部具有第二半径，该第二半径小于第一半径，

9、-该组件在壳体中包括位于周向轴向空间的轴向位置处的至少一个环元件，所述至少一个环元件径向延伸到轴向空间中接近于轴向空间的底部，其中

10、·所述至少一个环元件具有径向内表面，该径向内表面具有第三半径，该第三半径大于第二半径，

11、·所述至少一个环元件具有第二轴向长度，该第二轴向长度小于第一轴向长度，

12、-该组件包括位于周向轴向空间的第一侧壁和环元件的第一侧壁之间的第一压力室，

13、-该组件包括位于周向轴向空间的第二侧壁和环元件的第二侧壁之间的第二压力室，

14、其中，第一压力室比第二压力室更靠近泵，并且

15、-该组件包括第一流动连通路径，该第一流动连通路径从泵的最靠近平衡鼓的级延伸到第二压力室，

16、-该组件包括第二流动连通路径，该第二流动连通路径从泵的最远离平衡鼓的级延伸到第一压力室，

17、-该组件包括第一环形流动路径，该第一环形流动路径经由周向轴向空间的底部和环元件的内表面位于第一压力室和第二压力室之间，并且

18、-该组件包括第二环形流动路径，该第二环形流动路径经由鼓区段的外表面和壳体的内表面从第一压力室以及从第二压力室延伸出来。

19、借助于本发明，得以高效地补偿由多级离心液体泵引起的轴向力。存在若干或至少两个轴向连续的平衡鼓区段，这些平衡鼓区段各自针对由泵产生的轴向力而产生相等的反作用力。该组件使得有可能与单级平衡鼓相比减小平衡鼓的尺寸和轴的直径，同时功率消耗、功率损失得以最小化。

20、取决于实际的实用设计，泵的最靠近平衡鼓的级可以是泵的入口抑或泵的出口。优选的实施例是将泵的出口布置成邻近平衡鼓。

21、根据本发明的实施例，一种多级离心液体泵包括用于补偿多级离心液体泵中的轴向力的组件，该多级离心液体泵具有入口和出口，该入口和该出口布置成使得出口邻近用于补偿轴向力的组件，该组件包括：

22、-壳体，

23、-可旋转地布置到壳体的轴，泵的叶轮联接到该轴，

24、-平衡鼓，其布置到壳体内部的轴，

25、-该平衡鼓具有第一轴向端表面和第二轴向端表面，其中，第一轴向端表面与泵的出口流动连通，

26、-该平衡鼓是多级平衡鼓，其包括至少两个鼓区段，其中，存在布置在这两个鼓区段之间的周向轴向空间，这些鼓区段具有第一半径r1，

27、·周向轴向空间具有第一轴向长度和底部，该底部具有第二半径r2，该第二半径小于第一半径，

28、-该组件在壳体中包括位于轴向空间的轴向位置处的至少一个环元件，所述至少一个环元件径向延伸到轴向空间中接近于轴向空间的底部，其中，

29、·所述至少一个环元件具有径向内表面，该径向内表面具有第三半径，该第三半径大于第二半径，

30、·所述至少一个环元件具有第二轴向长度，该第二轴向长度小于第一轴向长度，

31、-该组件包括位于周向轴向空间的第一侧壁和环元件的第一侧壁之间的第一压力室，

32、-该组件包括位于周向轴向空间的第二侧壁和环元件的第二侧壁之间的第二压力室，其中，第一压力室比第二压力室更靠近泵，并且

33、-该组件包括第一流动连通路径，该第一流动连通路径从泵的出口延伸到第二压力室，

34、-该组件包括第二液体连通路径，该第二液体连通路径从泵的入口延伸到第一压力室，

35、-该组件包括：第一环形流动路径，其经由周向轴向空间的底部和环元件的内表面位于第一压力室和第二压力室之间，以及

36、-第二环形流动路径，其经由鼓区段的外表面和壳体的内表面从第一压力室以及从第二压力室延伸出来。

37、平衡鼓及其各区段是连接到泵的轴的部分，该鼓或这些鼓区段具有与轴的中心轴线平行的圆柱形外表面。壳体设置有用于平衡鼓的圆柱形空间。存在布置在平衡鼓区段的径向外表面和壳体的径向内壁之间的环形间隙。该间隙的目的是提供轴向流限制，从而提供平衡鼓上的压力差。平衡鼓区段上的压力差向鼓区段和轴提供了轴向平衡力。

38、优选地，轴向地位于周向轴向空间的两个侧部处的鼓区段具有均匀或光滑的周向外表面，而没有迷宫结构或唇形密封件。这些鼓区段具有带有合适间隙的光滑的表面，且因此它们相当容易制造并且仍然提供足够的密封。

39、根据本发明的实施例，平衡鼓的鼓区段中的所述至少一个的周向表面和壳体的相对的内表面包括平衡鼓和壳体之间的滑动轴承。

40、鼓区段中的至少一个和壳体的径向相对的内表面之间的滑动轴承被构造成当在使用中时借助于表面之间的被泵送液体的液膜承受径向力。因此，不需要用于轴承的单独润滑剂。平衡鼓操作为径向轴承，其向邻近泵的最后一级的轴提供径向支撑并且还提供表面之间的相当小的间隙。这样，也减少了泄漏损失。

41、根据本发明的实施例，平衡鼓区段的所有圆柱形表面和壳体的相对的内表面形成了平衡鼓和壳体之间的滑动轴承。这提供了在平衡鼓的所有区段中获得小间隙以及获得对旋转部分的径向支撑的效果。当存在若干单独的相对的对立表面(滑动轴承)时，一个滑动轴承的可能增加的泄露(由于例如表面的损坏所致)不会完全损坏平衡鼓。

42、根据本发明的实施例，平衡鼓包括至少三个鼓区段和两个周向轴向空间，其中，

43、-平衡鼓在这些轴向空间中的每一个的两个侧部处具有鼓区段，

44、-这些轴向空间中的每一个具有圆柱形底部，该圆柱形底部具有第二半径，

45、-存在与这些轴向空间中的每一个连接的环元件，

46、-存在第二环形流动路径，该第二环形流动路径经由平衡鼓的每个鼓区段的每个外表面和壳体的内表面设置在第二压力室和第一压力室之间。

47、在该实施例中，多级平衡鼓包括三个级。已发现，由于多级平衡鼓中的所需半径小于提供等效轴向力补偿的单级平衡鼓中的所需半径这一事实所致，三个级提供了平衡鼓的功率消耗的显著降低。

48、根据本发明的实施例，平衡鼓包括三个周向轴向空间，其中，

49、-平衡鼓在这些轴向空间中的每一个的两个侧部处具有鼓区段，

50、-这些轴向空间中的每一个具有圆柱形底部，该圆柱形底部具有第二半径，

51、-环元件与这些轴向空间中的每一个连接，

52、-第二环形流动路径经由平衡鼓的每个鼓区段的每个外表面和壳体的内表面设置在第二压力室和第一压力室之间。

53、根据本发明的实施例，这些轴向空间是相同的，并且环元件是相同的。

54、根据本发明的实施例，周向轴向空间的轴向长度是环元件的轴向长度的1.05至2倍。

55、根据本发明的实施例，在最靠近多级离心泵的最后一级的平衡鼓区段中，该鼓区段和壳体的相对的内表面形成滑动轴承，并且该滑动轴承在其间具有轴承间隙，使得液膜布置在鼓区段的圆柱形表面和壳体的圆柱形内表面之间。平衡鼓的鼓区段和壳体的相对的内表面可在表面中的一个或两个上设置有单独的轴承套筒。

56、这种布置向组件提供改进的径向支撑。

57、根据本发明的实施例，平衡鼓的所有鼓区段和壳体的相对的内表面形成了平衡鼓和壳体之间的滑动轴承，并且该滑动轴承具有布置在鼓区段的圆柱形表面和壳体的圆柱形内表面之间的小于50μm的轴承间隙。平衡鼓的鼓区段和壳体的相对的内表面可在表面中的一个或两个上设置有单独的轴承环。

58、根据本发明的实施例，轴承间隙小于0.15mm。

59、根据本发明的实施例，平衡鼓区段和相对的壳体表面的圆柱形对立表面包括钢-碳化硅的对立表面。

60、根据本发明的实施例，平衡鼓区段和相对的壳体的圆柱形对立表面包括经涂布的钢-聚醚醚酮的对立表面。

61、根据本发明的实施例，平衡鼓区段和相对的壳体的圆柱形对立表面包括碳化硅-碳化硅的对立表面。

62、根据本发明的实施例，周向轴向空间的底部和环元件的内表面之间的径向间隙设置有机械密封件，并且平衡鼓的鼓区段中的至少一个的周向表面和壳体的相对的内表面包括平衡鼓和壳体之间的滑动轴承。

63、该专利申请中呈现的本发明的示例性实施例将不被解释为对所附权利要求的适用性构成限制。该专利申请中使用动词“包括”作为开放式限制，其不排除也存在未叙述的特征。除非另有明确陈述，否则从属权利要求中所叙述的特征是相互可自由组合的。被视为本发明的特点的新颖特征特别地在所附权利要求书中进行了阐述。

技术特征：

1.一种多级离心液体泵(100)，其包括用于补偿所述多级离心液体泵(100)中的轴向力的组件(10)，所述组件包括：

2.根据权利要求1所述的多级离心液体泵(100)，其特征在于，所述平衡鼓(16)的所述鼓区段(16’、16”、16”’)中的至少一个和所述壳体(12)的相对的内表面包括所述平衡鼓(16)和所述壳体(12)之间的滑动轴承。

3.根据权利要求2所述的多级离心液体泵(100)，其特征在于，所述鼓区段(16’、16”、16”’)中的至少一个和所述壳体(12)的相对的内表面之间的所述滑动轴承被构造成当在使用中时借助于所述表面之间的被泵送液体的液膜承受径向力。

4.根据权利要求2所述的多级离心液体泵(100)，其特征在于，所述平衡鼓(16)的所有所述鼓区段和所述壳体(12)的相对的内表面包括所述平衡鼓(16)和所述壳体(12)之间的滑动轴承。

5.根据权利要求1或2所述的多级离心液体泵(100)，其特征在于，所述平衡鼓(16)包括至少三个鼓区段(16’、16”)和布置在所述鼓区段(16’、16”、16”’)之间的周向轴向空间(16.3)，其中，

6.根据权利要求5所述的多级离心液体泵(100)，其特征在于，所述平衡鼓(16)包括三个轴向空间(16.3)和四个鼓区段。

7.根据权利要求5所述的多级离心液体泵(100)，其特征在于，所述周向轴向空间(16.3)是相同的，并且所述环元件(20)是相同的。

8.根据权利要求1所述的多级离心液体泵(100)，其特征在于，所述周向轴向空间的轴向长度是所述环元件(20)的轴向长度的1.05至2倍。

9.根据权利要求2或3所述的多级离心液体泵(100)，其特征在于，所述滑动轴承具有轴承间隙，所述轴承间隙布置在所述鼓区段的圆柱形表面和所述壳体(12)的圆柱形内表面之间。

10.根据权利要求9所述的多级离心液体泵(100)，其特征在于，所述轴承间隙小于0.15mm。

11.根据权利要求2或3所述的多级离心液体泵(100)，其特征在于，所述平衡鼓区段和相对的壳体的圆柱形对立表面包括钢-碳化硅的对立表面。

12.根据权利要求2或3所述的多级离心液体泵(100)，其特征在于，所述平衡鼓区段和相对的壳体的圆柱形对立表面包括经涂布的钢-聚醚醚酮的对立表面。

13.根据权利要求2或3所述的多级离心液体泵(100)，其特征在于，所述平衡鼓区段和相对的壳体的圆柱形对立表面包括碳化硅-碳化硅的对立表面。

14.根据权利要求1所述的多级离心液体泵(100)，其特征在于，所述周向轴向空间(16.3)的所述底部和所述环元件的内表面之间的径向间隙设置有机械密封件。

技术总结
本发明涉及一种多级离心泵，其包括用于补偿多级离心液体泵(100)中的轴向力的组件(10)，该多级离心液体泵具有入口(102)和出口(104)，该组件包括：平衡鼓(16)，其布置到壳体(12)内部的轴(14)，该平衡鼓(16)是多级平衡鼓，其包括至少两个鼓区段(16’、16’')；第一压力室(22)，其位于周向轴向空间(16.3)的第一侧壁和环元件的第一侧壁之间；第二压力室(24)，其位于周向轴向空间(16.3)的第二侧壁和环元件的第二侧壁之间；第一流动连通路径，其从泵(100)的出口(104)延伸到第二压力室(24)；第二液体连通路径，其从泵(100)的入口(102)延伸到第一压力室(22)；第一环形流动路径，其经由周向轴向空间(16.3)的底部和环元件(20)的内表面位于第一压力室(22)和第二压力室(24)之间；以及第二环形流动路径，其经由鼓区段(16’、16”、16”’)的外表面和壳体(12)的内表面位于第一压力室(22)和第二压力室(24)之间。

技术研发人员：K·蒂伊廷恩,M·科伊维科,J·瓦尔蒂艾宁
受保护的技术使用者：苏尔寿管理有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23