一种高温泵悬架体的冷却装置

摘要

本发明公开了一种高温泵悬架体的冷却装置，包括轴套、导轴承、进水管、管接头、热管、散热器、节流阀、悬架体、泵轴、密封叶轮；所述进水管从泵的出口引出高压流体，通过散热器和热管与空气进行热交换，经过节流阀调速后，从进水管流入悬架体和泵轴之间的环隙内，悬架体内壁面开有尺寸相同的矩形槽，并在沟槽的右端有一个密封叶轮带动悬架体和泵轴之间的环隙内流体产生向左的轴向速度，该种流动状态能很大程度上提高泵轴和温度较低流体的热交换，有效的将泵轴上的热量传递给温度较低的流体，避免热量通过泵轴从泵温度较高的运行区沿着轴向传递给轴承和密封，提高了密封和轴承的寿命和稳定性能。

权利要求

1.一种高温泵悬架体的冷却装置，其特征在于：包括导轴承(2)、散热器(6)、悬架体(8)、泵轴(9)和密封叶片(10)；所述悬架体(8)内壁轴向开设有孔A；所述泵轴(9)套装在悬架体(8)开设的孔A内；所述泵轴(9)一端通过导轴承(2)安装在悬架体(8)一端，另一端通过轴承D安装在悬架体(8)的另一端；所述泵轴(9)中间轴段圆周上焊接有数个密封叶片(10)；

沿悬架体(8)径向一侧开设有螺纹孔B，且该螺纹孔B靠近密封叶片(10)；进水管(3)中间依次连接有散热器(6)和节流阀(7)；进水管(3)一端与螺纹孔B螺纹连接，且节流阀(7)靠近螺纹孔B。

2.根据权利要求1所述的高温泵悬架体的冷却装置，其特征在于：所述泵轴(9)和导轴承(2)之间设置有轴套(1)。

3.根据权利要求1所述的高温泵悬架体的冷却装置，其特征在于：所述散热器(6)底部开有螺纹孔C，散热器(6)通过螺纹孔C与热管(5)相连接。

4.根据权利要求3所述的高温泵悬架体的冷却装置，其特征在于：所述热管(5)通过管接头(4)与进水管(3)相连接。

5.根据权利要求1所述的高温泵悬架体的冷却装置，其特征在于：所述散热器(6)为圆柱形，且圆柱形表面径向开有环形槽。

6.根据权利要求1所述的高温泵悬架体的冷却装置，其特征在于：所述密封叶片(10)个数大于1。

7.根据权利要求5所述的高温泵悬架体的冷却装置，其特征在于：所述密封叶片(10)个数为2～4。

8.根据权利要求1所述的高温泵悬架体的冷却装置，其特征在于：所述悬架体(8)内壁面开有轴向均布的沟槽，沟槽数量为9。

9.根据权利要求1所述的高温泵悬架体的冷却装置，其特征在于：所述泵轴(9)中间装有密封叶片(10)轴端外径为D1，悬架体(8)内壁面直径为D2，则沟槽宽度为0.8*(D2-D1)，沟槽深度为0.6*(D2-D1)。

10.根据权利要求1所述的一种高温泵悬架体冷却装置，其特征在于：所述泵轴(9)左侧端沿轴向开设有两条矩形槽(11)，深度不大于该处泵轴(9)轴径的0.2倍，宽度不超过该处泵轴(9)轴径的0.3倍，两条矩形槽(11)夹角为180°。

说明书

一种高温泵悬架体的冷却装置

技术领域

[0001] 本发明涉及到在为循环使用的热流体提供稳定压力及流速的系统中，输送高温液体介质的高温泵的悬架体冷却装置，尤其涉及到一种高温泵悬架体的冷却装置。

背景技术

[0002] 在冶金、电站、化工、余热余能等领域的系统中,采用高温泵为循环使用的热载体提供稳定压力及流速。

[0003] 高温泵较多的采用外接冷却水的冷却系统，利用冷却水的循环来隔离输送介质的热量传递，以避免机械密封和轴承受到高温的影响，保证高温泵能够稳定运行。但这种冷却系统存在着许多问题，首先，该冷却系统在长期运行时需要大量的冷却水；其次，当外部冷却水水量的不足，或者通冷却水的冷却管路发生堵塞时，会导致密封和轴承在高温下运行，进而影响高温泵的正常运转；在该种冷却系统的基础上，专利：ZL201210331189.3提出一种内壁面带有沟槽结构的悬架体，但该种结构的悬架体表面直接与空气进行热交换，对流换热系数较小，且沟槽内的环隙流动无轴向流动，导致冷却装置传热效果较差。

发明内容

[0004] 为解决上述问题，通过在悬架体上开设孔，在泵轴上安装密封叶片，同时利用散热器对悬架体进行散热。

[0005] 本发明是通过如下技术方案得以实现的：

[0006] 一种高温泵悬架体的冷却装置，包括导轴承、散热器、悬架体、泵轴和密封叶片；所述悬架体内壁轴向开设有孔A；所述泵轴套装在悬架体开设的孔A内；所述泵轴一端通过导轴承安装在悬架体一端，另一端通过轴承D安装在悬架体的另一端；所述泵轴中间轴段圆周上焊接有数个密封叶片；沿悬架体径向一侧开设有螺纹孔B，且该螺纹孔B靠近密封叶片；所述进水管中间依次连接有散热器和节流阀；进水管一端与螺纹孔B螺纹连接，且节流阀靠近螺纹孔B。

[0007] 进一步的，所述泵轴和导轴承之间设置有轴套。

[0008] 进一步的，所述散热器底部开有螺纹孔C，散热器通过螺纹孔C与热管相连接。

[0009] 进一步的，所述热管通过管接头与进水管相连接。

[0010] 进一步的，所述散热器为圆柱形，且圆柱形表面径向开有环形槽。

[0011] 进一步的，所述密封叶片个数大于1。

[0012] 进一步的，所述密封叶片个数2-4。

[0013] 进一步的，所述悬架体内壁面开有轴向均布的沟槽，沟槽数量为9。

[0014] 进一步的，所述泵轴中间装有密封叶片轴端外径为D1，悬架体内壁面直径为D2，则沟槽宽度为0.8*(D2-D1)，沟槽深度为0.6*(D2-D1)。

[0015] 进一步的，所述泵轴左侧端沿轴向开设有两条矩形槽，深度不大于该处泵轴轴径的0.2倍，宽度不超过该处泵轴轴径的0.3倍，两条矩形槽夹角为180°。

[0016] 有益效果：

[0017] 1.通过从泵的出口引出高压流体经过散热器冷却后在密封叶片的带动下在环隙内形成泰勒库艾特泊肃叶流动的过程，该种流动会大幅强化传热性能，有利于机械密封和轴承处的温度降低。

[0018] 2.通过在悬架体上开设孔，在泵轴上安装密封叶片，同时利用散热器对悬架体进行散热。

[0019] 3.导轴承的作用主要是减小轴的偏心，并且导轴承与轴之间存在液膜可以起到支撑作用，如果直接利用水润滑而不采用导轴承，在导轴承附近由于轴的旋转震动会导致产生大量的漩涡，流场情况非常复杂，会影响泵的正常运行，加了导轴承后该种情况会大大减缓。

[0020] 4.散热器周围开有环形槽，以增大散热器的散热面积。

[0021] 5.泵轴和泵轴上焊接的密封叶片相对于悬架体高速转动，旋转的密封叶片带动流体沿轴向作向左的定向运动，在悬架体和泵轴间的环隙内部形成Talyor-Couette Poiseuille流动，该种流动能将泵轴上的热量快速传递给环隙内的低温流体，强化了传热效果，避免热量从泵温度较高的运行区沿着轴向通过泵轴传递给轴承和密封，提高了密封和轴承的寿命和运行稳定。

[0022] 6.泵轴上的焊接的密封叶片在悬架体上进水口右端，高速旋转的密封叶片带动其左侧环隙内的流体产生向左的轴向速度，同时，密封叶片能降低其右端靠近轴承箱处流场的压力，减小悬架体与轴承箱连接处的密封泄漏。

[0023] 7.该结构替代了外接冷却水形式的冷却系统，提高了密封和轴承的使用寿命，节约了水资源，同时具有传热效率高，易加工制造的特点。

附图说明

[0024] 图1为高温泵悬架体的冷却装置整体剖面图；

[0025] 图2为高温泵悬架体的冷却装置B-B剖面图；

[0026] 图3为高温泵悬架体的冷却装置A-A剖面结构图；

[0027] 图4为散热器剖面图；

[0028] 图5为泵轴与密封叶片焊接处正视图。

[0029] 附图标记如下：

[0030] 1-轴套；2-导轴承；3-进水管；4-管接头；5.热管；6-散热器；7-节流阀；8-悬架体；9-泵轴；10-密封叶片；11-矩形槽。

具体实施方式

[0031] 为对本发明做进一步的了解，现结合附图说明：

[0032] 结合附图1，一种高温泵悬架体的冷却装置，包括导轴承2、散热器6、悬架体8、泵轴9和密封叶片10；所述悬架体8内壁轴向开设有孔A；所述泵轴9套装在悬架体8开设的孔A内；
所述泵轴9一端通过导轴承2安装在悬架体8一端，另一端通过轴承D安装在悬架体8的另一端；所述泵轴9中间轴段圆周上焊接有数个密封叶片10；沿悬架体8径向一侧开设有螺纹孔B，且该螺纹孔B靠近密封叶片10；所述进水管3中间依次连接有散热器6和节流阀7；进水管3一端与螺纹孔B螺纹连接，且节流阀7靠近螺纹孔B。

[0033] 结合附图4，其中，所述泵轴9和导轴承2之间设置有轴套1；所述散热器6底部开有螺纹孔C，散热器6通过螺纹孔C与热管5相连接。所述热管5通过管接头4与进水管3相连接。所述散热器6为圆柱形，且圆柱形表面径向开有环形槽。

[0034] 结合附图5，所述密封叶片10个数为奇数，取为3个或者5个。所述悬架体8内壁面开有轴向均布的沟槽，沟槽数量为9。

[0035] 结合附图1、2和3，所述泵轴9中间装有密封叶片10轴端外径为D1，悬架体8内壁面直径为D2，则沟槽宽度为0.8*(D2-D1)，沟槽深度为0.6*(D2-D1)。所述泵轴9左侧端沿轴向开设有两条矩形槽11，深度不大于该处泵轴9轴径的0.2倍，宽度不超过该处泵轴9轴径的0.3倍，两条矩形槽11夹角为180°。

[0036] 泵轴9旋转带动焊接在泵轴上靠近轴承箱处的密封叶片10旋转，流体在旋转的密封叶片10带动下在悬架体8与泵轴9之间的环隙内产生一个向左的轴向速度，泵轴9上安装轴套1，轴套1与悬架体8之间安装导轴承2，悬架体8左端通过法兰与泵盖相连，悬架体8右端通过法兰与轴承箱连接。悬架体8上靠近密封叶片10左端处开有螺纹孔B，螺纹孔B连接进水管3，进水管3中段安装散热器6和节流阀7，泵出口处的高温流体经过散热器6冷却降温。

[0037] 另外，泵轴9在靠近轴套1处从靠近密封叶片10端至轴肩处开有两条矩形槽11，矩形槽11深度不超过该处轴径的0.2倍，宽度不超过该处轴径的0.3倍，两条矩形槽11夹角为180°，同时在泵轴上开有一个键槽，从密封叶片10出口处流出的高压流体经过进水管3输送至散热器6，流体经过散热器6降温和散热器6出口处的节流阀7调速后流入悬架体8和泵轴9间的环隙内，该环隙内开有轴向沟槽，流体从悬架体的小孔处流入环隙，由于泵出口的压力高于进口，并且焊接在泵轴上的密封叶片10高速旋转时给环隙流体提供一个向左的轴向速度，环隙流体在泵进出口的压差和密封叶片10的带动下经过轴套和泵轴上开设的矩形槽流到压力相对较低的泵的进口，形成一个自循环回路。

[0038] 所述泵轴中间装有密封叶片轴端外径为D1，悬架体9内壁面直径为D2，沟槽宽度为0.8*(D2-D1)，沟槽深度为0.6*(D2-D1)，在高温泵正常运行时，泵轴9和焊接在泵轴9上的密封叶片10相对于悬架体8高速转动，旋转的密封叶片10带动流体沿轴向作向左的定向运动，在悬架体8和泵轴10间的环隙内部形成Talyor-Couette Poiseuille流动，该种流动能将泵轴9上的热量快速传递给环隙内的低温流体，强化了传热效果，避免热量从泵温度较高的运行区沿着轴向通过泵轴传递给轴承和密封，提高了密封和轴承的寿命和运行稳定。

[0039] 散热器6周围开有环形槽，以增大散热器的散热面积，其底部开有N个与散热器6同轴的螺纹孔C，用于安装表面带有螺纹的热管5，热管5蒸发端旋入与散热器6同轴的螺纹孔内，冷凝端与空气直接接触。假设通过泵轴9的热流量为Φ，单根热管的功率为P，则热管数量N>Φ/P。

[0040] 泵轴9上的焊接的密封叶片10在悬架体8上进水口右端，高速旋转的密封叶片10带动其左侧环隙内的流体产生向左的轴向速度，同时，密封叶片能降低其右端靠近轴承箱处流场的压力，减小悬架体与轴承箱连接处的密封泄漏。

[0041] 工作原理：

[0042] 当高温泵运行时，流体在泵出口处的高压带动下，经过进水管3流入散热器6，散热器6底部依靠螺纹孔C与热管5连接，从泵出口处流入的高温流体首先通过安装在散热器6底部的热管5与外界环境进行热交换，同时，散热器6圆柱表面开有环形槽，显著增大了散热器和外界环境的热交换面积和流体经过的区域面积，增强了散热能力，使得流体被二次降温。高温流体降温后，经过进水管4流入悬架体8与泵轴9之间的环隙，进水管4上安装有节流阀
7，以便控制管内流体的流速，在泵轴9右端的密封叶片10和泵的进出口压差的作用下，流体产生了向左的轴向流动，悬架体8内壁面开有沿轴向的结构尺寸相同的矩形槽11，当泵轴9高速旋转时，带动焊接在泵轴9上的密封叶片10转动，该种流动能加强泵轴9与流体间的热交换。流经环隙的流体通过泵轴9上开设的两条矩形槽11，流到压力较低的泵的进口完成自循环，这两条矩形槽11同时也起到了润滑导轴承的作用。

[0043] 所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。