本發(fā)明涉及離心泵，尤其涉及一種適合超重力場(chǎng)下使用的離心泵。

背景技術(shù)：

1、離心泵是葉片泵的一種，工作時(shí)靠葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力來(lái)輸送液體，具有流量連續(xù)、運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)。離心泵的結(jié)構(gòu)多種多樣，廣泛應(yīng)用于城市給水、石油化工、船舶工業(yè)、航空航天、農(nóng)田灌溉等社會(huì)生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)中，是各種泵中應(yīng)用最廣泛的一種。

2、隨著社會(huì)和科學(xué)的發(fā)展，一些重大科學(xué)試驗(yàn)裝置逐漸建成，超重力離心機(jī)就是其中之一。超重力離心機(jī)可以模擬超重力環(huán)境，它所提供的重力加速度可以達(dá)到正常重力加速度的幾百倍。在這種超重力環(huán)境下，科學(xué)家可以進(jìn)行多項(xiàng)重大科學(xué)試驗(yàn)，其中之一就是高壩的管涌和滲流試驗(yàn)，這項(xiàng)試驗(yàn)對(duì)離心泵的體積和在超重力場(chǎng)下的供水能力提出了很高的要求。然而，目前的單級(jí)單吸離心泵揚(yáng)程不會(huì)很高，在超重力場(chǎng)下不滿(mǎn)足要求；而多級(jí)離心泵的揚(yáng)程足夠大，在超重力場(chǎng)下的揚(yáng)程也滿(mǎn)足要求，但是多級(jí)離心泵的軸向尺寸過(guò)大。同時(shí)，目前的離心泵大多在常重力場(chǎng)下設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度也難以滿(mǎn)足超重力場(chǎng)下的工作需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種適合超重力場(chǎng)下使用的離心泵，該離心泵揚(yáng)程高、結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸較小，能夠在超重力場(chǎng)下進(jìn)行正常工作。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：一種適合超重力場(chǎng)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(jié)構(gòu)、吸水室、蝸殼、泵蓋、葉輪、后密封結(jié)構(gòu)和后組合軸承；所述泵軸在使用時(shí)通過(guò)鍵與驅(qū)動(dòng)裝置連接；所述前徑向軸承安裝在泵軸前端，并通過(guò)前軸承端蓋、軸用彈性擋圈和前軸套進(jìn)行軸向固定，所述前軸承端蓋與前密封結(jié)構(gòu)相互連接；所述前密封結(jié)構(gòu)包括前密封壓蓋、機(jī)械密封和前軸套，所述前密封壓蓋通過(guò)緊固件與吸水室進(jìn)行連接，所述機(jī)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(guò)緊固件與蝸殼進(jìn)行連接；所述蝸殼通過(guò)緊固件與泵蓋進(jìn)行連接；所述泵蓋通過(guò)緊固件與支座進(jìn)行連接；所述葉輪位于蝸殼與泵蓋所形成的腔室內(nèi)，所述葉輪通過(guò)鍵與泵軸之間進(jìn)行連接并傳遞扭矩；所述后密封結(jié)構(gòu)包括后密封壓蓋、機(jī)械密封和后軸套，所述后密封壓蓋通過(guò)緊固件與泵蓋進(jìn)行連接，所述機(jī)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(guò)后軸承端蓋固定在后密封壓蓋中。

3、進(jìn)一步的，離心泵在使用時(shí)，所述泵軸的軸線(xiàn)沿超重力方向，使泵軸受力合理。

4、進(jìn)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(jìn)一步的，所述前密封壓蓋的前端設(shè)有連接法蘭，通過(guò)連接法蘭與前軸承端蓋進(jìn)行連接；后端設(shè)有凸臺(tái)結(jié)構(gòu)和連接法蘭，通過(guò)凸臺(tái)結(jié)構(gòu)與所述吸水室進(jìn)行安裝定位，通過(guò)連接法蘭與所述吸水室進(jìn)行連接；前后兩個(gè)連接法蘭之間沿周向設(shè)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(shí)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(shí)具備兩大功能，既減少了零件數(shù)量，又節(jié)省了空間，還減輕了質(zhì)量。

6、進(jìn)一步的，所述機(jī)械密封為高壓機(jī)械密封，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為內(nèi)裝、內(nèi)流、單端面、小彈簧、平衡型，傳動(dòng)座傳動(dòng)，采用聚四氟乙烯或柔性石墨制作的楔形環(huán)作輔助密封，結(jié)構(gòu)緊湊，密封可靠，采用多彈簧結(jié)構(gòu)，軸向尺寸小，密封端面受壓均勻；所述機(jī)械密封設(shè)有兩處，分別位于前密封結(jié)構(gòu)和后密封結(jié)構(gòu)，每一處機(jī)械密封包括動(dòng)環(huán)和靜環(huán)；所述動(dòng)環(huán)通過(guò)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(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，所述靜環(huán)通過(guò)銷(xiāo)釘與所述前密封壓蓋和所述后密封壓蓋連接在一起。

7、進(jìn)一步的，所述吸水室為環(huán)形吸水室，后端設(shè)有凸臺(tái)結(jié)構(gòu)和連接法蘭，通過(guò)凸臺(tái)結(jié)構(gòu)與所述蝸殼進(jìn)行安裝定位，通過(guò)連接法蘭與所述蝸殼進(jìn)行連接；前端設(shè)有定位孔和連接法蘭，通過(guò)定位孔與所述前密封壓蓋進(jìn)行安裝定位，通過(guò)連接法蘭與所述前密封壓蓋進(jìn)行連接，連接法蘭與吸水室主體之間沿周向設(shè)有均布的支撐筋板；所述吸水室設(shè)有進(jìn)水口，方向沿徑向，啟動(dòng)時(shí)依靠超重力對(duì)水泵進(jìn)行灌水；進(jìn)水口設(shè)有進(jìn)口法蘭，與進(jìn)水管道連接。

8、進(jìn)一步的，所述蝸殼的渦室斷面為梯形斷面，所述蝸殼設(shè)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(guò)大的負(fù)載，出水口設(shè)有出口法蘭。

9、進(jìn)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(zhǎng)葉片和短葉片，所述長(zhǎng)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(zhǎng)葉片，采用長(zhǎng)葉片和短葉片可以有效防止葉輪流道內(nèi)產(chǎn)生回流和脫流，提高工作穩(wěn)定性和揚(yáng)程；所述長(zhǎng)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(jìn)一步的，所述后密封壓蓋設(shè)有凸臺(tái)結(jié)構(gòu)和連接法蘭，通過(guò)凸臺(tái)結(jié)構(gòu)與所述泵蓋進(jìn)行安裝定位，通過(guò)連接法蘭與所述泵蓋進(jìn)行連接；所述后密封壓蓋與泵蓋、后軸套形成后密封腔，同時(shí)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(shù)量，又節(jié)省了空間，還減輕了質(zhì)量。

11、進(jìn)一步的，所述支座兩端設(shè)有連接法蘭，兩個(gè)法蘭之間沿周向設(shè)有均布的支撐筋板，所述支座為整個(gè)離心泵提供支撐。

12、本發(fā)明的有益效果在于：

13、1、本發(fā)明通過(guò)合理布置離心泵的泵軸，使離心泵在超重力場(chǎng)下工作時(shí)泵軸的軸線(xiàn)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(zhuǎn)子部件所產(chǎn)生的超重力，其方向均沿泵軸的軸線(xiàn)方向，可以避免泵軸承受過(guò)大彎矩并產(chǎn)生過(guò)大撓度，進(jìn)而影響離心泵的旋轉(zhuǎn)。

14、2、由于離心泵的泵軸長(zhǎng)度較長(zhǎng)，本發(fā)明對(duì)泵軸采取兩端支撐方式，泵軸的前端采用前徑向軸承進(jìn)行支撐，泵軸的后端采用后組合軸承進(jìn)行支撐；與傳統(tǒng)離心泵泵軸的一端支撐相比，本發(fā)明變懸臂結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，使泵軸的受力更為合理，減小泵軸的撓度變形。

15、3、本發(fā)明在葉輪前后各設(shè)有一處機(jī)械密封，機(jī)械密封按照密封壓力、轉(zhuǎn)速、工作溫度、密封介質(zhì)和密封軸徑進(jìn)行合理選擇，這樣可以保證對(duì)葉輪前后兩個(gè)密封腔進(jìn)行有效密封，防止泄露。

16、4、本發(fā)明的離心泵的結(jié)構(gòu)緊湊、整體尺寸和質(zhì)量較小?？紤]到重力為體積力、質(zhì)量力，所以降低每一組成部分的尺寸和質(zhì)量是應(yīng)對(duì)超重力影響的根本措施。因此，本發(fā)明一方面通過(guò)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(shù)量，減小了離心泵的軸向尺寸，進(jìn)而降低了離心泵的質(zhì)量；另一方面將多個(gè)零件設(shè)計(jì)為筋板結(jié)構(gòu)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(qiáng)度和剛度的前提下，進(jìn)一步降低了離心泵的整體質(zhì)量。

17、5、本發(fā)明的葉輪采用長(zhǎng)短葉片。相較于僅采用長(zhǎng)葉片，在超重力場(chǎng)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(qiáng)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(chǎn)生回流和脫流，形成尾流區(qū)，在回流和脫流區(qū)內(nèi)液流的能量損失很大，當(dāng)流量較小時(shí)，回流和脫流就加強(qiáng)，使損失變得更大。本發(fā)明在葉輪流道內(nèi)容易產(chǎn)生回流和脫流的部位增添短葉片，使得靠近長(zhǎng)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(nèi)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(wěn)定性和揚(yáng)程。

18、6、本發(fā)明是一種單級(jí)高揚(yáng)程離心泵，通過(guò)合理增大葉輪直徑、改變?nèi)~片型線(xiàn)和增大葉片出口角度的方式，實(shí)現(xiàn)了高揚(yáng)程。