CN109340121B - 一种节段式多级泵的调节平衡系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种节段式多级泵的调节平衡系统。本发明的节段式多级泵，包括由泵轴贯穿的吸入段、中段、排出段，所述泵轴在吸入段套接有首级叶轮，泵轴在中段套接有中段叶轮、泵轴在排出段套接有末级叶轮，所述平衡鼓上设置有平衡鼓高压端和平衡鼓低压端；所述平衡鼓高压端上安装高压压力传感器，平衡鼓低压端安装低压压力传感器。本发明的节段式多级泵结构简单，设计合理；PLC调控系统安装在泵体外部，便于泵的用户在泵运行的过程中时事观测多级泵轴向力变化情况及平衡鼓轴向力平衡能力；通过PLC自动调节平衡鼓机构的反向抵偿工作；防止平衡鼓间隙堵塞，提高平衡鼓的使用寿命；提高首级叶轮的抗气蚀性能，降低首级叶轮前盖板的盖板力。

Description

一种节段式多级泵的调节平衡系统

技术领域

本发明涉及一种节段式多级泵技术领域，尤其涉及对节段式多级离心泵在运行过程之中当轴向力发生变化时自动对轴向力进行调控的方法，具体地说是一种节段式多级泵的调节平衡系统。

背景技术

节段式多级泵广泛应用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多领域。而轴向力是多级离心泵发生故障并影响其寿命的关键因素。平衡鼓是节段式多级泵最简单、最常用的轴向力平衡装置，由于平衡鼓结构紧凑、运行稳定等原因，在多级泵中被广泛使用。

平衡鼓安装在末级叶轮之后，一端与末级叶轮后泵腔相连，另一端通过平衡管与吸入室低压流体相连，在平衡鼓前后表面形成压差，从而平衡多级泵运转过程中产生的轴向力。但是，在泵运行过程中，由于输送介质存在杂质等原因造成叶轮前后密封间隙及平衡鼓间隙增大以及运行工况偏离设计工况等因素引起轴向力改变较大，平衡鼓平衡轴向力的能力受到影响；如果平衡鼓轴向力不能随着多级泵运行情况而发生变化，会产生以下两种情况：

当平衡鼓平衡轴向力过大，产生与叶轮进口方向相反的“过胜轴向力”；

相反，当平衡鼓平衡轴向力过小，则引起与叶轮进口方向相同的“残余轴向力”；残余轴向力是引起轴承破坏的主要原因，但是，轴承所受轴向力方向的不断变化也会加速轴承变形，缩短轴承的使用寿命，从而影响多级泵的安全长周期运行。

发明内容

本发明的目的在于提出一种节段式多级泵的调节平衡系统。

为实现上述目的，本发明所述一种节段式多级泵，包括吸入段、中段、排出段，三者通过法兰紧固，所述吸入段、中段、排出段由泵轴贯穿，所述泵轴在吸入段套接有首级叶轮，泵轴在中段套接有中段叶轮、泵轴在排出段套接有末级叶轮，所述中段由与中段叶轮紧贴在一起的环形通道组成，所述泵轴靠近所述排出段处设有平衡鼓，其特征在于：所述平衡鼓上设置有平衡鼓高压端和平衡鼓低压端；所述平衡鼓高压端上安装高压压力传感器，平衡鼓低压端安装低压压力传感器。

所述吸入段包括首级叶轮、吸入室、首级叶轮前泵腔；所述吸入室一依次连接首级叶轮前泵腔、首级叶轮。

所述末级叶轮连接止推轴承，止推轴承上安装有上盖板，止推轴承与上盖板之间的间隙为止推轴承间隙。

所述首级叶轮上安装有前盖板，前盖板连接减压消旋管，减压消旋管通过连接平衡管连接于平衡鼓低压端，且平衡管上安装有比例流量阀。

所述止推轴承的上盖板上安装有温度传感器。

高压压力传感器、低压压力传感器、温度传感器、比例流量阀分别连接于PLC调控系统；平衡鼓与平衡鼓高压端之间具有平衡鼓间隙。

本发明所述一种节段式多级泵的调节平衡方法，实现步骤如下：

1)测量出初始(设计流量，平衡鼓最初使用状态下)时的平衡鼓高压端上的高压压力传感器和平衡鼓低压端上的低压压力传感器的压差值；高压压力传感器所测压力为p₁,低压压力传感器所测压力为p₂；压差值Δp＝p₁-p₂；测量出初始时的止推轴承间隙油温的温度，即T；

2)测量出工作状态时的平衡鼓高压端上的高压压力传感器和平衡鼓低压端上的低压压力传感器的压差值；高压压力传感器所测压力为p'₂,低压压力传感器所测压力为p'₁；压差值为Δp'＝p'₂-p₁'；测量出工作状态时的止推轴承间隙油温的温度，即T'；

3)当PLC调控系统接收到的压差信号Δp'＞Δp时，ΔT为温升，T'＞T+ΔT时，说明平衡鼓平衡轴向力大于多级泵产生的轴向力，出现“过胜轴向力”，PLC调控系统发出电信号减小比例流量阀，使平衡鼓低压端压力上升，直至T'＝T时，阀门停止变化；

4)当PLC调控系统接收到的压差信号Δp'＜Δp、T'＞T+ΔT时，ΔT为温升，说明平衡鼓轴向平衡能力减弱，但多级泵产生的轴向力相应增大，此时PLC调控系统发出信号增大比例流量阀，使平衡鼓低压端压力降低，直至T'＝T时，阀门停止变化；

5)当PLC调控系统接收到的压差信号Δp'＞Δp时，ΔT为温升，设为ΔT＝5°，T'＞T+ΔT时，且通过调节比例流量阀以无法改变温度，说明平衡鼓间隙堵塞，应立即停机检查。

所述ΔT＝5°。

所述ΔT能够根据需求调整。

本发明所述一种节段式多级泵的调节平衡系统，其有益效果在于：

1、结构简单，设计合理；

2、调控装置的执行机构和监测装置安装在泵体外部非常明显和方便的位置，便于泵的用户在泵运行的过程中时事观测多级泵轴向力变化情况及平衡鼓轴向力平衡能力；

3、通过PLC自动调节平衡鼓机构的反向抵偿工作；

4、防止平衡鼓间隙堵塞，提高平衡鼓的使用寿命；

5、提高首级叶轮的抗气蚀性能，降低首级叶轮前盖板的盖板力。

附图说明

图1为本发明的主视示图；

图2为本发明的平衡鼓及其压差监测机构位置示意图；

图3为本发明的止推轴承及温度监测机构位置示意图；

图4为首级叶轮前盖板减压减压消旋管位置示意图；

图中：1-吸水室、2-首级叶轮、3-中段叶轮、4-末级叶轮、5-平衡鼓、6-平衡鼓高压端、7-高压压力传感器、8-平衡鼓低压端、9-低压压力传感器、10-止推轴承、11-上盖板、12-止推轴承间隙、13-温度传感器、14-平衡管、15-比例流量阀、16-减压消旋管、17-前盖板、18-PLC调控系统、19-平衡鼓间隙。

具体实施方式

实施例1

如图1、2、3、4所示，本发明所述一种节段式多级泵，包括吸入段、中段、排出段，三者通过法兰紧固，所述吸入段、中段、排出段由泵轴贯穿，所述泵轴在吸入段套接有首级叶轮2，泵轴在中段套接有中段叶轮3、泵轴在排出段套接有末级叶轮4，所述中段由与中段叶轮3紧贴在一起的环形通道组成，所述泵轴靠近所述排出段处设有平衡鼓5，其特征在于：所述平衡鼓5上设置有平衡鼓高压端6和平衡鼓低压端8；所述平衡鼓高压端6上安装高压压力传感器7，平衡鼓低压端8安装低压压力传感器9。

所述吸入段包括首级叶轮2、吸入室1、首级叶轮前泵腔；所述吸入室1依次连接首级叶轮前泵腔、首级叶轮2。

所述末级叶轮4连接止推轴承10，止推轴承10上安装有上盖板11，止推轴承10与上盖板11之间的间隙为止推轴承间隙12。

所述首级叶轮2上安装有前盖板17，前盖板17连接减压消旋管16，减压消旋管16通过连接平衡管14连接于平衡鼓低压端8，且平衡管14上安装有比例流量阀15。

所述止推轴承10的上盖板11上安装有温度传感器13。

高压压力传感器7、低压压力传感器9、温度传感器13、比例流量阀15分别连接于PLC调控系统18；平衡鼓5与平衡鼓高压端6之间具有平衡鼓间隙19。

所述一种节段式多级泵的调节平衡方法，其特征在于：实现步骤如下：

1)测量出初始时的平衡鼓高压端6上的高压压力传感器7和平衡鼓低压端8上的低压压力传感器9的压差值；高压压力传感器7所测压力为p₁,低压压力传感器9所测压力为p₂；压差值Δp＝p₁-p₂；测量出初始时的止推轴承间隙12油温的温度，即T；

2)测量出工作状态时的平衡鼓高压端6上的高压压力传感器7和平衡鼓低压端8上的低压压力传感器9的压差值；高压压力传感器7所测压力为p'₂,低压压力传感器9所测压力为p'₁；压差值为Δp'＝p'₂-p₁'；测量出工作状态时的止推轴承间隙12油温的温度，即T'；

3)当PLC调控系统18接收到的压差信号Δp'＞Δp时，ΔT为温升，T'＞T+ΔT时，说明平衡鼓5平衡轴向力大于多级泵产生的轴向力，出现“过胜轴向力”，PLC调控系统18发出电信号减小比例流量阀15，使平衡鼓低压端8压力上升，直至T'＝T时，阀门停止变化；

4)当PLC调控系统18接收到的压差信号Δp'＜Δp、T'＞T+ΔT时，ΔT为温升，ΔT＝5°，说明平衡鼓5轴向平衡能力减弱，但多级泵产生的轴向力相应增大，此时PLC调控系统18发出信号增大比例流量阀15，使平衡鼓低压端8压力降低，直至T'＝T时，阀门停止变化；

5)当PLC调控系统18接收到的压差信号Δp'＞Δp时，ΔT为温升，设为ΔT＝5°，T'＞T+ΔT时，且通过调节比例流量阀15以无法改变温度，说明平衡鼓间隙19堵塞，应立即停机检查。

当液体通过吸入室进入首级叶轮前泵腔进入首级叶轮，通过叶轮中段液体的能量不断增大，最后到达末级叶轮，由于经过每级叶轮都会产生一定大小的轴向力，级数越多，轴向力越大，必须由平衡鼓来平衡轴向力，并且随着工况及运行周期的变长，叶轮所产生的轴向力是不断变化的。

可能出现如下几种情况：

第一：叶轮所产生的轴向力大于平衡鼓平衡的轴向力，轴向力的方向沿吸入室方向；

第二：叶轮所产生的轴向力小于平衡鼓平衡轴向力，轴向力的方向沿止推轴承方向，这种不断变化的力是轴承变形断裂的主要原因。

监测方法：首先通过平衡鼓5的平衡鼓高压端6安装高压压力传感器7(所测压力为p₁)和平衡鼓低压端8安装低压压力传感器9(所测压力为p₂)的压力差(Δp＝p₁-p₂)来监测轴向力，当Δp变小，说明平衡鼓间隙19变大，平衡鼓5轴向能力减弱；相反，当Δp较大，说明平衡鼓5轴向能力好，或产生异常因素，平衡鼓间隙19堵塞，所以单从压差方面来监测平衡鼓平衡5轴向力能力大小不合理。

当平衡鼓5无法平衡叶轮产生的轴向力时，多余轴向力是由止推轴承10承受的，当止推轴承10滚子运动时，会与周围固体摩擦，使止推轴承间隙12内的周围液体油温上升。

当止推轴承间隙12处油温上升有两种可能：

第一：止推轴承承受力的方向沿止推轴承方向，说明平衡鼓平衡轴向力小于叶轮所产生的轴向力，此时需降低平衡鼓低压端8的压力，使平衡鼓两端压力差增大；

第二：止推轴承10受力的方向沿吸水室1方向，说明平衡鼓平衡轴向力大于叶轮所产生的轴向力，此时需增大平衡鼓低压端8的压力，使平衡鼓两端压力减小。除此之外，当止推轴承间隙12处的油温不变，而平衡鼓间隙压差增大，且通过增大平衡鼓低压端8的压力无法改变压差，说明平衡鼓间隙19堵塞，需立即停机检查。

调节平衡鼓低压端8的方法：

由于平衡管14将平衡鼓低压管8与消旋管16与首级叶轮2的前盖板17连接，在平衡管14上安装比例流量阀15，当比例流量阀开大时，平衡鼓低压端8压力减小，平衡鼓两端压差Δp增大，轴向力平衡能力增强；当比例流量阀开小时，平衡鼓低压端压力增大，平衡鼓两端压差Δp减小，轴向力平衡能力减弱。

本发明的平衡管14的高压流体通过减压消旋管16与首级叶轮2的前盖板间隙17的低压流体相连，这种设计不仅有效防止与吸水室1相连的引起气蚀现象，而且还有助于减弱首级叶轮2的前盖板17间隙的旋流，降低前盖板17的盖板力。

实施例2

如图1、2、3、4所示，本发明所述一种节段式多级泵，结构同实施例1；自动调节平衡鼓轴向力的大小，将平衡鼓5两端的压差信号(Δp)和止推轴承10的油温信号T输入给PLC调控系统18，由PLC调控系统18来判断比例流量阀15开度的大小。

本发明的PLC调控系统18对比例流量阀15的控制是通过温度和压力双重控制的，具体控制方式如下：

1、在设计流量下，对新设计使用的平衡鼓5(此时平衡鼓间隙未发生磨损)两侧平衡鼓高压端6的高压压力传感器7与平衡鼓低压端8的低压压力传感器9的压差进行记录，压差值即为Δp＝p₂-p₁(其中p₂为平衡鼓高压端6的高压压力传感器7测量的压差；p₁为平衡鼓低压端8的低压压力传感器9测量的压差)；并记录止推轴承10的上盖板11间隙处的油温，即T；

2、当PLC调控系统18接收到的压差信号为Δp'＝p'₂-p₁'(其中p'₂为平衡鼓高压端6的高压压力传感器7测量的压差；p′₁为平衡鼓低压端8的低压压力传感器9测量的压差)，Δp'＞Δp和PLC接收到的温度信号(其中T'为工况变化或长周期状态下止推轴承10的上盖板11间隙处的油温；T为设计工况下止推轴承10的上盖板11间隙处的油温；ΔT为温升，设为ΔT＝5°，此外，还能够根据需求自行调整T'＞T+ΔT时，说明平衡鼓5平衡轴向力大于多级泵产生的轴向力，出现“过胜轴向力”，此时，PLC调控系统18发出电信号减小比例流量阀15，使首级叶轮前泵腔压力上升，直至T'＝T时，阀门停止变化；

3、当PLC调控系统18接收到的压差信号Δp'＜Δp和PLC接收到的温度信号T'＞T+ΔT时，说明平衡鼓5轴向平衡能力减弱，但多级泵产生的轴向力相应增大，此时，PLC调控系统18发出信号增大比例流量阀15，使首级叶轮前泵腔压力降低，直至T'＝T时，阀门停止变化；

4、当PLC接收到的压差信号Δp'＞Δp和PLC接收到的温度信号T'＞T+ΔT时，且通过调节比例流量阀15以无法改变温度，说明平衡鼓间隙19堵塞，应立即停机检查。

本发明的平衡鼓5的外表面沿轴向设有锯齿状凹槽，这种设计除了抵消外缘缝隙内产生的旋流以外还可将间隙中的杂质卷入锯齿凹槽中降低平衡鼓间隙19堵塞的风险。

Claims (3)

1.一种节段式多级泵的调节平衡方法，其特征在于：节段式多级泵，包括吸入段、中段、排出段，三者通过法兰紧固，所述吸入段、中段、排出段由泵轴贯穿，所述泵轴在吸入段套接有首级叶轮(2)，泵轴在中段套接有中段叶轮(3)、泵轴在排出段套接有末级叶轮(4)，所述中段由与中段叶轮(3)紧贴在一起的环形通道组成，所述泵轴靠近所述排出段处设有平衡鼓(5)，其特征在于：所述平衡鼓(5)上设置有平衡鼓高压端(6)和平衡鼓低压端(8)；所述平衡鼓高压端(6)上安装高压压力传感器(7)，平衡鼓低压端(8)安装低压压力传感器(9)；所述吸入段包括首级叶轮(2)、吸入室(1)、首级叶轮前泵腔；所述吸入室(1)依次连接首级叶轮前泵腔、首级叶轮(2)；

所述末级叶轮(4)连接止推轴承(10)，止推轴承(10)上安装有上盖板(11)，止推轴承(10)与上盖板(11)之间的间隙为止推轴承间隙(12)；

所述首级叶轮(2)部件上方安装有前盖板(17)，前盖板(17)连接减压消旋管(16)，减压消旋管(16)通过连接平衡管(14)连接于平衡鼓低压端(8)，且平衡管(14)上安装有比例流量阀(15)；

高压压力传感器(7)、低压压力传感器(9)、温度传感器(13)、比例流量阀(15)分别连接于PLC调控系统(18)；平衡鼓(5)与平衡鼓高压端(6)之间具有平衡鼓间隙(19)；

所述止推轴承(10)的上盖板(11)上安装有温度传感器(13)；

实现步骤如下：

1)测量出初始设计流量，平衡鼓最初使用状态下时的平衡鼓高压端(6)上的高压压力传感器(7)和平衡鼓低压端(8)上的低压压力传感器(9)的压差值；高压压力传感器(7)所测压力为p₁,低压压力传感器(9)所测压力为p₂；压差值Δp＝p₁-p₂；测量出初始时的止推轴承间隙(12)油温的温度，即T；

2)测量出工作状态时的平衡鼓高压端(6)上的高压压力传感器(7)和平衡鼓低压端(8)上的低压压力传感器(9)的压差值；高压压力传感器(7)所测压力为p'₂,低压压力传感器(9)所测压力为p'₁；压差值为Δp'＝p'₂-p₁'；测量出工作状态时的止推轴承间隙(12)油温的温度，即T'；

3)当PLC调控系统(18)接收到的压差信号Δp'＞Δp时，ΔT为温升，T'＞T+ΔT时，说明平衡鼓(5)平衡轴向力大于多级泵产生的轴向力，出现“过胜轴向力”，PLC调控系统(18)发出电信号减小比例流量阀(15)，使平衡鼓低压端(8)压力上升，直至T'＝T时，阀门停止变化；

4)当PLC调控系统(18)接收到的压差信号Δp'＜Δp、T'＞T+ΔT时，ΔT为温升，说明平衡鼓(5)轴向平衡能力减弱，但多级泵产生的轴向力相应增大，此时PLC调控系统(18)发出信号增大比例流量阀(15)，使平衡鼓低压端(8)压力降低，直至T'＝T时，阀门停止变化；

5)当PLC调控系统(18)接收到的压差信号Δp'＞Δp时，ΔT为温升，设为ΔT＝5°，T'＞T+ΔT时，且通过调节比例流量阀(15)以无法改变温度，说明平衡鼓间隙(19)堵塞，应立即停机检查。

2.如权利要求1所述一种节段式多级泵的调节平衡方法，其特征在于：所述ΔT＝5°。

3.如权利要求2所述一种节段式多级泵的调节平衡方法，其特征在于：所述ΔT能够根据需求调整。