發(fā)布日期：2020-11-24 
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目前，在國內(nèi)的石油化工、化工、石油精煉、醫(yī)藥、制冷等工業(yè)中，采用無泄漏屏蔽泵來輸送有毒、有害、易燃、易爆、貴重等液體越來越普遍。為了滿足各種工況條件的使用，屏蔽泵制造廠商開發(fā)出了各種結(jié)構(gòu)類型的屏蔽泵，這其中就包括應(yīng)用于高揚程場合的多級屏蔽泵。多級屏蔽泵目前有兩種主要結(jié)構(gòu)形式，一種是背靠背式結(jié)構(gòu)，另一種是挑擔(dān)式結(jié)構(gòu)，它們的主要區(qū)分點是葉輪布置的方式不同。
兩種多級屏蔽泵結(jié)構(gòu)和工作原理
01
背靠背式多級屏蔽泵
這種結(jié)構(gòu)布置如下所示，葉輪全布置在電機(jī)一側(cè)，排出段置于泵部分中部，在其兩側(cè)，葉輪采用背靠背對稱布置方式，這樣設(shè)計的好處是可以基本平衡軸向力；轉(zhuǎn)子在電機(jī)側(cè)有兩處主軸承支撐，在泵側(cè)有兩處輔軸承支撐。
從吸入口經(jīng)各級正葉輪和正導(dǎo)葉（排出段左側(cè)葉輪和導(dǎo)葉）的增壓，再通過外筒和導(dǎo)葉之間的通道，絕大部分流入反葉輪和反導(dǎo)葉（排出段右側(cè)葉輪和導(dǎo)葉），繼續(xù)增壓，最后從排出段流出；少量部分輸送介質(zhì)通過電機(jī)（定轉(zhuǎn)子屏蔽套之間的間隙），再從外部循環(huán)管流進(jìn)泵入口，起到帶走電機(jī)熱量和潤滑軸承的作用。
02
挑擔(dān)式多級屏蔽泵
這種結(jié)構(gòu)布置如下所示，葉輪平均分布在電機(jī)左右兩側(cè)，從左至右一個方向布置。轉(zhuǎn)子部分只有電機(jī)前后處兩個支撐點。像扁擔(dān)挑重物一樣，所以叫挑擔(dān)式屏蔽泵。
從電機(jī)左側(cè)葉輪和導(dǎo)葉增壓后，通過軸中心孔以及定轉(zhuǎn)子屏蔽套之間的間隙，流入電機(jī)右側(cè)葉輪和導(dǎo)葉，增壓后從泵出口流出；流經(jīng)電機(jī)的液體也同時帶走了電機(jī)的熱量并潤滑了軸承。
兩種多級屏蔽泵結(jié)構(gòu)對比分析
01
背靠背式
①軸向力容易調(diào)節(jié)
采用背靠背式結(jié)構(gòu)的多級屏蔽泵軸向力平衡有兩部分，大部分是通過葉輪的背靠背設(shè)置而相互抵消；余下的殘余軸向力可通過調(diào)整電機(jī)循環(huán)量、泵的揚程等方式來消除。
②結(jié)構(gòu)形式靈活
采用背靠背式結(jié)構(gòu)的多級屏蔽泵可以設(shè)計成不同類型，比如基本型、高溫型和逆循環(huán)型，可滿足不同工況條件的使用?；拘蜐M足一般常規(guī)使用場合，高溫型適用于輸送高溫介質(zhì)，逆循環(huán)型適用于輸送易汽化介質(zhì)，如圖3所示。
③葉輪級數(shù)上限的確定
背靠背式結(jié)構(gòu)為長懸臂式，與葉輪配合的轉(zhuǎn)子軸直徑為一限定數(shù)值，簡單的從扭矩分析，便可知道葉輪的級數(shù)上限。
④轉(zhuǎn)子部件支撐點布置
背靠背式結(jié)構(gòu)由于采用一側(cè)布置葉輪懸臂較長，轉(zhuǎn)子軸和葉輪的自重和徑向力等外載荷會使得泵軸彎曲變形，為了避免這種情況，在懸臂處會額外設(shè)置兩處輔助支撐。輔助支撐一方面降低軸的撓度，另一方面也起到節(jié)流作用，使泵內(nèi)輸送的介質(zhì)按照設(shè)計的路徑流動。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計對零部件的機(jī)械加工精度以及裝配水平均提出了極高的要求。
02
挑擔(dān)式
①關(guān)于葉輪級數(shù)
較背靠背式結(jié)構(gòu)，挑擔(dān)式結(jié)構(gòu)多級屏蔽泵葉輪級數(shù)理論上可增加一倍。再以某屏蔽泵公司的80-65CM多級水力模型為例，背靠背式只能設(shè)計到16級，采用挑擔(dān)式結(jié)構(gòu)，泵負(fù)載可平均分配到電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩側(cè)，此時電機(jī)每側(cè)36mm軸徑都能承受16級葉輪負(fù)載的扭矩，所以泵理論上可以設(shè)計到32級，大大拓寬了該水力模型的使用范圍。在背靠背式結(jié)構(gòu)難以達(dá)到的高揚程工況中，采用現(xiàn)有水力模型，按挑擔(dān)式結(jié)構(gòu)設(shè)計，完全能滿足工況要求，而不必另外專門開發(fā)新水力模型。
②轉(zhuǎn)子支撐點少
挑擔(dān)式多級泵在級數(shù)較少時無需輔軸承支撐，只需要電機(jī)前后軸承兩個支撐點，只有在級數(shù)較多時才考慮每端設(shè)置一個輔助軸承。結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造、裝配維護(hù)，提高了泵運轉(zhuǎn)的可靠性。
③帶有軸向力自動平衡調(diào)節(jié)功能
在末級葉輪處，設(shè)置有自動平衡結(jié)構(gòu)。軸向力大部分由葉輪的背葉片消除，剩余較小的殘余不平衡軸向力通過自動平衡機(jī)構(gòu)的平衡盤自動消除，即使泵偏離額定工作流量點，但在較大的操作流量范圍內(nèi)運行，轉(zhuǎn)子組件均可處于懸浮狀態(tài)，實現(xiàn)軸向力為零運行狀態(tài)。因而大大提高泵的連續(xù)運轉(zhuǎn)周期和可靠性。挑擔(dān)式多級泵軸向力自動平衡原理如下：在葉輪末端設(shè)置一對平衡盤，一動一靜，兩者之間的間隙與轉(zhuǎn)子的軸向位移相關(guān)聯(lián)，當(dāng)軸向力向左，使得轉(zhuǎn)子組件往左移動，平衡盤之間的間隙就會變小，從而使得末級葉輪處的后腔壓變小，轉(zhuǎn)子組件上向左方向的力變小，直到軸向力為零，轉(zhuǎn)子處于懸浮平衡狀態(tài)；當(dāng)軸向力向右，使得轉(zhuǎn)子組件往右移動，平衡盤之間的間隙就會變大，從而使得末級葉輪處的后腔壓變大，轉(zhuǎn)子組件上向左方向的力變大，直到軸向力為零，轉(zhuǎn)子處于懸浮平衡狀態(tài)；在一些無泄漏泵標(biāo)準(zhǔn)和用戶要求中，專門要求轉(zhuǎn)子組件處于懸浮平衡狀態(tài)，并實時監(jiān)測轉(zhuǎn)子的位移，就是為了保障泵穩(wěn)定、可靠、長時間運轉(zhuǎn)。
④軸中心過液孔
挑擔(dān)式結(jié)構(gòu)，電機(jī)軸的中心過液孔是輸送介質(zhì)通道，過液孔需要根據(jù)通過校核轉(zhuǎn)子軸直徑和流速來確定其大小。但一般由于電機(jī)轉(zhuǎn)子軸徑的限制，軸中心孔直徑不會很大，所以采用此種結(jié)構(gòu)的多級泵目前一般只適合小流量工況，流量增大時，其流量-揚程曲線會急劇下降，限制了其在大流量、高揚程工況的應(yīng)用。
⑤效率
從試驗結(jié)果看，在同等試驗條件下，采用相同水力模型，挑擔(dān)式結(jié)構(gòu)較背靠背式結(jié)構(gòu)泵效率低3~4個百分點。分析認(rèn)為是挑擔(dān)式結(jié)構(gòu)的內(nèi)部流道和通路阻力較大，從而造成泵的效率下降，這就需要對其內(nèi)部流道和通路設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，降低阻力損失。
⑥整機(jī)結(jié)構(gòu)形式
相對于背靠背式結(jié)構(gòu)可以比較容易設(shè)計成滿足不同工況條件使用的泵型，挑擔(dān)式結(jié)構(gòu)要困難些。如輸送高溫介質(zhì)時，由于電機(jī)的絕緣等級限制，背靠背式結(jié)構(gòu)可以在水力端和電機(jī)之間簡單設(shè)置一個隔熱屏就能解決；而要想使用挑擔(dān)式結(jié)構(gòu)，需要將電機(jī)換成耐高溫型的特殊電機(jī)，成本較高；對于含有固體顆粒的介質(zhì)，采用挑擔(dān)式結(jié)構(gòu)來設(shè)計泵型比較困難。
⑦其他
挑擔(dān)式多級泵還具有結(jié)構(gòu)緊湊，外形對稱，拆裝維護(hù)簡單等優(yōu)點。另外挑擔(dān)式結(jié)構(gòu)，其輸送介質(zhì)的流動方向非常利于氣體的排出，經(jīng)過葉輪增壓，再通過電機(jī)時不會汽化，非常適合輸送易汽化介質(zhì)，不需要設(shè)置逆循環(huán)配管，簡化了化工、石化等領(lǐng)域的現(xiàn)場安裝條件。
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