一种带有轴向力平衡装置的泵专利目的

《一种带有轴向力平衡装置的泵》的目的是提供一种带有轴向力平衡装置的泵，巧妙地利用了轴向间隙液流在旋转过程中所受的离心力所引起的压力差，该压力差起到了阻碍间隙泄漏的作用，而平衡腔又与大气相通，有效地平衡了轴向力 。

一种带有轴向力平衡装置的泵技术方案

《一种带有轴向力平衡装置的泵》的技术方案如下：

带有轴向力平衡装置的泵，包括泵轴、泵体，泵轴穿过泵体，泵轴左端套装有叶轮，叶轮外壁、泵体的左端面固定有密封压盖，其特征在于：泵体的空腔内设有筒体，筒体右端与泵体内壁铸造成一体，叶轮末端深入到筒体内，筒体内壁套装有密封环，密封环与叶轮环壁之间设有径向间隙，所述的筒体底部固定有平衡盘，平衡盘左端面固定有石墨环，叶轮右端面与平衡盘正对位置固定有金属环，所述的平衡盘、石墨环、金属环与泵轴之间形成平衡腔；所述的石墨环与金属环之间设有轴向间隙，轴向间隙与所述的径向间隙、平衡腔相连通。

所述的带有轴向力平衡装置的泵，其特征在于：所述的叶轮设有曲线流道，曲线流道进水口位于叶轮左端面，出水口位于泵轴与泵体之间的空腔内。

所述的带有轴向力平衡装置的泵，其特征在于：所述的平衡盘、石墨环、金属环套装在泵轴上进行轴向固定。

所述的带有轴向力平衡装置的泵，其特征在于：所述的平衡腔为环形空腔 。

一种带有轴向力平衡装置的泵改善效果

《一种带有轴向力平衡装置的泵》与其它平衡装置相比，新型轴向力平衡装置的优点在于：

1．巧妙地利用了轴向间隙液流与旋转过程中受到离心力所引起的压力差，该压力差起到了阻碍间隙泄漏量的作用。而平衡腔又与大气相通，所以该装置能有效地平衡轴向力。

2．平衡装置由于泄漏量的存在，势必会影响泵的容积效率，导致泵的效率下降。而新型轴向力平衡装置能有效地降低泵的泄漏量，从而提高泵的效率。

3．与未安装轴向力的平衡装置时相比，新型轴向力平衡装置可平衡掉大部分轴向力，其平衡轴向力的能力达到91%。而且，平衡轴向力的能力优于叶轮开平衡孔平衡轴向力的方法。

4．通过对该新型轴向平衡装置的理论验证，轴向力的大小与平衡装置径向间隙和轴向间隙以及石墨盘的各尺寸参数有关，如果设计合理，可以完全平衡掉轴向力，甚至可以实现水泵的负轴向力下工作。

轴向力平衡装置与平衡盘平衡鼓向比较均安装在末级叶轮后面，随转子一起旋转；平衡盘和平衡鼓仅仅时利用了间隙泄漏产生的压差，而新型轴向力平衡装置巧妙地利用了轴向间隙流在旋转过程中受到离心力所引起的压力差，该压力差可有效地抑制泄漏，提高泵的容积效率。同时，该平衡装置的平衡腔与大气相通，以实现平衡轴向力。新型轴向力平衡装置与背叶片平衡轴向力的方法比较，背叶片平衡轴向力是通过改变背叶片的有关尺寸（背叶片宽度t，背叶片外部半径R和叶轮后盖板至壳体壁的间隙S）来实现，功耗较大。该新型平衡轴向力的平衡装置，其动件与不动件时金属材料和非金属材料构成的磨擦副，摩擦力小，功耗低 。

在诸多行业中，泵的应用非常广泛，其运行的稳定性是一个不可忽视的问题，而轴向力的大小则是影响泵运行过程中稳定性的重要因素之一。泵的轴向力问题很早就引起中国国内外学者的注意，工程技术人员一直在致力于该问题的研究。

早在1915年，Dautherty在《Centrifugal Pump》一书中讨论了离心泵轴向力产生的原因，Stepanoff在1985年出版的专著中，更加系统地介绍了单级和多级离心泵轴向力产生的原因:

1．水泵叶轮的前后盖板受液体压力作用的面积大小不相等，前后泵腔中液体压强的分布也不尽相同，因此，作用在前盖板上的液体压力以及作用在吸入口的压力在轴向上不能与作用在后盖板上的液体压力相平衡，从而造成一个轴向的力，这个力时轴向力的主要部分。

2. 液体从叶轮吸入口流入又叶轮出口从流出，其速度大小和方向均不相同，液体动量的轴向分量发生了变化，因此，根据动量定理，在轴向方向作用了一个冲力，成为动反力。这个作用在叶轮上的力也时轴向力的组成部分。

3. 对于立式泵，转子的重量也时轴向力的组成部分；对于卧式泵，这个轴向力的组成部分则不存在。

在泵的运行过程中，如果存在着过大的轴向力，将会使得泵无法正常工作，造成故障停车，影响安全生产。导致巨大的经济损失。所以，研究一种新型的轴向力平衡装置，具有重大的理论意义和实际意义。

多年以来，轴向力问题一直时泵研究领域重要的课题之一。许多科学工作者为此付出了很大的心血，提出了各种轴向力的平衡方法，从大量的文献资料可以看出，中国国内外研究人员提出了各种不同的轴向力平衡装置。通过对其比较分析，可以看出这些平衡装置都是基于对背叶片、平衡盘和平衡鼓的改进设计。而且，针对某中类型的泵，这些装置也的确起到了良好的平衡作用。目前大多数泵任沿用传统法的轴向力平衡方法来平衡轴向力，这些方法在工农业生产中各个行业中发挥了巨大的作用，而且为新型的轴向力平衡奠定了基础 。

图1为《一种带有轴向力平衡装置的泵》的结构示意图 。

《一种带有轴向力平衡装置的泵》涉及水泵领域，尤其涉及一种带有轴向力平衡装置的泵 。

1.一种带有轴向力平衡装置的泵，包括泵轴、泵体，泵轴穿过泵体，泵轴左端套装有叶轮，叶轮外壁、泵体的左端面固定有密封压盖，其特征在于：泵体的空腔内设有筒体，筒体右端与泵体内壁铸造成一体，叶轮末端深入到筒体内，筒体内壁套装有密封环，密封环与叶轮环壁之间设有径向间隙，所述的筒体底部固定有平衡盘，平衡盘左端面固定有石墨环，叶轮右端面与平衡盘正对位置固定有金属环，所述的平衡盘、石墨环、金属环与泵轴之间形成平衡腔；所述的石墨环与金属环之间设有轴向间隙，轴向间隙与所述的径向间隙、平衡腔相连通。

2.根据权利要求1所述的带有轴向力平衡装置的泵，其特征在于：所述的叶轮设有曲线流道，曲线流道进水口位于叶轮左端面，出水口位于泵轴与泵体之间的空腔内。

3.根据权利要求1所述的带有轴向力平衡装置的泵，其特征在于：所述的平衡盘、石墨环、金属环套装在泵轴上进行轴向固定。

4.根据权利要求1所述的带有轴向力平衡装置的泵，其特征在于：所述的平衡腔为环形空腔 。

参见附图：

带有轴向力平衡装置的泵，包括泵轴1、泵体2，泵轴1穿过泵体2，泵轴1左端套装有叶轮3，叶轮3外壁、泵体2的左端面固定有密封压盖4，泵体2的空腔内设有筒体5，筒体5右端与泵体2内壁铸造成一体，叶轮3末端深入到筒体5内，筒体5内壁套装有密封环6，密封环6与叶轮3环壁之间设有径向间隙7，筒体5底部固定有平衡盘8，平衡盘8左端面固定有石墨环9，叶轮3右端面与平衡盘8正对位置固定有金属环10，平衡盘8、石墨环9、金属环10与泵轴1之间形成平衡腔11；石墨环9与金属环10之间设有轴向间隙12，轴向间隙12与径向间隙7、平衡腔11相连通，叶轮3设有曲线流道13，曲线流道进水口13-1位于叶轮3左端面，出水口13-2位于泵轴1与泵体2之间的空腔内，平衡盘8、石墨环9、金属环10套装在泵轴1上进行轴向固定。

平衡装置安装在末级叶轮后面，随着转子一起旋转。液体从叶轮的进水口12-1流入的压力为P₁，出水口12-2流出的压力为P₂，压力降为P₁–P₂；然后流经径向间隙7，径向间隙7进口压力为P₃，出口压力为P₄（也是轴向间隙进口的压力），压力降为△P= P₃ –P₄。液体从径向间隙7流出，流出压力为P5，流经轴向间隙12压力降为△P= P₄ –P₅，平衡腔11与大气相通，则平衡腔11的相对压力为零。在水泵工作时：间隙泄漏液体流经径向间隙7和轴向间隙12，减压后到达平衡腔11，在压力差△P= P₃ –P₅的作用下，间隙内形成一定的泄漏量。因为平衡腔11与大气相通，在末级叶轮吸入口（进水口）产生了一个与吸入口方向相反的力，因该力与轴向力相反，达到了平衡轴向力的目的 。

2020年7月14日，《一种带有轴向力平衡装置的泵》获得第二十一届中国专利优秀奖 。2100433B

水泵轴向力是伴随水泵转动时产生的，对于轴向力的产生原因，古往今来有很多学者对此进行了研究，以提高水泵安全可靠运行的能力。研究表明，水泵轴向力的产生原因分为以下几个方面：

（1）水泵叶轮前后液体压力不平衡。当水泵工作起来时，叶轮带动液体转动，在这个过程中，液体经过转动机械的叶轮前后，作用在叶轮吸入口与作用在叶轮背面的液体面积不相等。同时转动机械的叶轮吸入口部位是低压，背部是高压，这样由于叶轮前后的气压不同，会在叶轮的前轮盖和后轮盘之间形成压差，作用于前盖板与后盖板上的液体压力不能互相平衡，产生一个轴向的力。

（2）液体动量的轴向分量发生改变。通过液体从叶轮吸入口处流入，从叶轮出口处流出这个过程，在液体轴向力方向上的动量分量会发生变化，原因是作用在叶轮前后的液体，其速度的大小不仅发生改变，速度的方向也有很大变化。根据动量定理分析得出，液体经过叶轮的过程中，由于液体动量在轴向分量上的改变，在轴向方向产生一个冲力，也称动反力。

（3）不同的泵体，轴向力的产生原因也不同。立式泵内部转子的本身重量，在水泵运行过程中也会成为轴向力的一部分；卧式泵内部的转子重力则不会对水泵产生轴向力。

多年的实践表明，水泵轴向力的平衡问题已成为水泵能否普遍应用的关键所在。无论在水泵的结构设计上，还是实际应用中，必须要尽可能的平衡轴向力，为水泵的可靠运行提供保障。平衡水泵轴向力的装置是根据轴向力的大小进行设计的，大部分的轴向力被平衡装置平衡掉，还有小部分的轴向力由水泵内部的止推轴承等机械装置承受，这样轴向力的作用被消除，就不会对水泵的安全运行产生威胁 。

一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机专利目的

《一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机》的目的是要提供一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机，通过对冷凝过程和蒸发过程的不同相态的工质进行热利用平衡交换，解决混合制冷剂的温度滑移对设备的运行性能和安全性带来的严重影响。

一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机技术方案

《一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机》包括工质循环回路和热水循环回路；所述的工质循环回路包括压缩机、四通阀、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，所述的热水循环回路包括循环水泵和保温水箱，其特征在于：

所述的热泵热水机还包括一个热利用平衡处理器，所述的热利用平衡处理器包括壳体、换热管、主换热腔、副换热腔和汽液分离器，以及连通到壳体外部的工质入口、工质出口、进水口、出水口、汽分入口和汽分出口；所述的换热管置于主换热腔内，所述的汽液分离器置于所述的壳体内，与所述的壳体结合构成所述的副换热腔；

所述的主换热腔通过工质入口连接到所述的冷凝器，所述的副换热腔通过所述的工质出口连接到所述的膨胀阀；所述的汽分入口经由四通阀连接到所述的蒸发器，所述的汽分出口连接到所述压缩机的吸气口；所述的换热管的内部为热媒水通道，所述换热管的一端通过所述的进水口，经由一个电磁阀连接到外部冷水进水管路，所述换热管的另一端通过所述的出水口连接到热水循环回路的保温水箱；

所述的热泵热水机的工质循环回路为：压缩机－＞四通阀－＞冷凝器－＞热利用平衡处理器的主换热腔－＞热利用平衡处理器的副换热腔－＞膨胀阀－＞蒸发器－＞四通阀－＞热利用平衡处理器的汽液分离器－＞压缩机。

《一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机》提供的带有热利用平衡处理器的热泵热水机的一种较佳的技术方案，其特征在于所述热利用平衡处理器的壳体内部的上半部设有一个内筒，所述的主换热腔是壳体的上半部和内筒之间形成的空间；所述的换热管盘绕为螺旋状，置于所述的主换热腔内；所述汽液分离器的汽分筒体置于壳体内部的下半部，所述的副换热腔是壳体的下半部与汽分筒体的外周之间形成的空间；所述主换热腔的上部连接通到置于壳体外部的工质入口，所述主换热腔的下部设有与副换热腔连通的工质通道孔，所述副换热腔底部连通到置于壳体外部的工质出口。

《一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机》提供的带有热利用平衡处理器的热泵热水机的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的换热管与主换热腔形成低频紊流换热结构，所述的换热管为麻花状螺旋管，所述麻花状螺旋管的内外表面均带有凹凸螺旋扭转的峰谷结构，所述换热管外壁的凸起螺旋贴近主换热腔的内壁，形成具有螺旋状工质通道的低频紊流换热结构。

《一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机》提供的带有热利用平衡处理器的热泵热水机的一种更好的技术方案，其特征在于所述汽分筒体的外周设有螺旋翅片，所述壳体的内壁贴近汽分筒体外周的螺旋翅片，形成具有盘绕管结构的副换热腔。

《一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机》提供的带有热利用平衡处理器的热泵热水机的一种优选的技术方案，其特征在于所述的热利用平衡处理器对冷凝过程和蒸发过程的不同相态的工质进行热利用平衡交换，冷凝过程的液态高温工质从工质入口进入热利用平衡处理器，经过主换热腔与换热管中的热媒水换热后，在所述的副换热腔中，与蒸发过程中由汽分入口进入所述汽分筒体的气态低温工质再次进行换热；在副换热腔中的工质，在换热过程中进一步降温成为过冷状态，并从工质出口流出进入蒸发器，从而提高蒸发器从空气源中吸收热能的效率，同时，汽分筒体中的工质在换热过程中升温，充分汽化成为过热气体，从汽分出口流出进入压缩机，从而防止液态工质进入压缩机造成液击故障。

一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机有益效果

1、《一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机》的带有热利用平衡处理器的热泵热水机通过在副换热腔中对冷凝过程和蒸发过程的不同相态的工质进行热利用平衡交换，可以解决由于非共沸混合工质R407C的相变不等温特性造成的相变过程不平衡的问题，可以消除混合制冷剂的温度滑移对设备的运行性能和安全性的影响，尤其适用于R407C环保型制冷剂系统。

2、《一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机》的带有热利用平衡处理器的热泵热水机，通过热利用平衡处理器对节流前的制冷剂进行热量综合利用，对补充给水箱中的冷水进行预热，增加了冷凝侧冷凝效果，有效地降低了高压压力和排气温度，降低压缩机的功耗，机组的能效更高。同时还提高了保温水箱中的补水水温。

3、《一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机》的带有热利用平衡处理器的热泵热水机，通过对出冷凝器的制冷剂进行再冷凝，可以保证进膨胀阀前的制冷剂处于过冷状态，避免在高水温时节流前有部分制冷剂处于气体状态，从而避免膨胀阀发生气堵现象造成系统不能正常工作的故障。

4、《一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机》使用的带有热利用平衡处理器的热泵热水机，出蒸发器的制冷剂通过热利用平衡处理器进行制冷剂再热，焓值增加，可以保证进压缩机的制冷剂为过热气体，防止压缩机液击现象发生，提高了系统的可靠性。

《一种带有热利用平衡处理器的热泵热水机》涉及一种利用热泵的流体加热器，尤其涉及一种适用于R407C环保型制冷剂的带有热利用平衡处理器的热泵热水机。