电磁控制轴向力平衡的多级离心泵
阅读说明：本技术 电磁控制轴向力平衡的多级离心泵 (Electromagnetic control axial force balanced multistage centrifugal pump ) 是由 于文超 王家斌 林海 张本营 邹存海 邹英杰 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电磁控制轴向力平衡的多级离心泵,包括泵体、泵轴、平衡盘、叶轮、导叶、进水段、出水段、高压侧轴承部件、高压侧机械密封、低压侧轴承部件、低压侧机械密封,其特征在于还包括控制装置、电磁腔,电磁铁、永磁铁、位移传感器、压力传感器,通过所述位移传感器实时监测泵轴旋转过程中的轴向移动间隙,并上传至控制装置,通过所述压力传感器实时监测出水压力大小,并将压力信息上传至控制装置,控制装置通过控制电磁铁的电流来平衡多级离心泵轴向力的波动,本发明解决了多级离心泵在运行过程中和开、关机的时候轴向力失衡的技术问题,避免了多级离心泵的平衡盘磨损或烧毁,使得运行的稳定性显著提高,延长了使用寿命。(The invention discloses a multistage centrifugal pump with balanced electromagnetic control axial force, which comprises a pump body, a pump shaft, a balance disc, an impeller, a guide vane, a water inlet section, a water outlet section, a high-pressure side bearing component, a high-pressure side mechanical seal, a low-pressure side bearing component and a low-pressure side mechanical seal, and is characterized by also comprising a control device, an electromagnetic cavity, an electromagnet, a permanent magnet, a displacement sensor and a pressure sensor, wherein the axial movement gap in the rotation process of the pump shaft is monitored in real time through the displacement sensor and is uploaded to the control device, the water outlet pressure is monitored in real time through the pressure sensor, pressure information is uploaded to the control device, and the control device balances the fluctuation of the axial force of the multistage centrifugal pump by controlling the current of the electromagnet. The stability of operation is obviously improved, and the service life is prolonged.)
技术领域
本发明涉及流体机械技术领域，具体的说是一种电磁控制轴向力平衡的多级离心泵。
背景技术
目前，现有的多级离心泵轴2向力平衡机构主要为平衡盘3。这种平衡装置中有两个密封间隙，请看附图2，一个是轮毂(或轴套)与泵体1之间有一个径向间隙b1；另一个是平衡盘3端面与泵体1间有一个轴向间隙b2。平衡盘3后面的平衡室用连通管和泵体1入口连通。液体在径向间隙前的压力是末级叶轮4后盖板下面的压力P3，通过径向间隙b1下降为P4，又经过轴向间隙下降为P5,而平衡盘3背面下部的液体压力为P6，它与泵吸入口压力近似相差一个连通管损失。平衡盘3前、后的压差P4 -P6在平衡盘3上产生一个向后的推力，称为平衡力F1，F1的方向与液体作用于转子上的轴向力F的方向相反，故可以平衡轴向力。这种平衡装置中的两个间隙是各有其作用并互相联系的。假如转子上的轴向力F大于平衡盘3上的平衡力F1,则转子就会向左移动,因此，使轴向间隙b2减小，间隙阻力增加，泄漏量减少。这样，液体流过径向间隙b1的速度减少，该间隙中的损失减少,从而提高了平衡盘3前面的压力P4，转子不断向左移动。平衡力就不断增加，移动到某一位置时，平衡力F1与轴向力F相等，从而达到了新的平衡。同样道理，当轴向力小于平衡力时，转子向右移动，同样也能达到新的平衡。但是，转子左右移动过程的惯性力导致轴向间隙b2不会停留在轴向力平衡的位置上，从而造成轴向力的失衡，如果平衡没有及时的建立就会造成平衡盘3的磨损和烧毁。同时, 此类型的多级离心泵在开、关机的过程中也会因压力的丧失导致轴向力无法建立平衡也会造成平衡盘3的磨损和烧毁。
此外，对于间歇运行（如石化行业延迟焦化装置中的高压水力除焦泵，每天启动1- 2次，每次运行2 - 4小时）、频繁起动且介质中含有颗粒工况，泵组每起动或停机一次，平衡盘3与平衡套端面就会磨损一次。当平衡盘3的磨损量超过平衡盘3与离心泵泵体1向吸入端所留窜动量时，会使离心泵叶轮4前盖板耐磨环（旋转件）与离心泵泵体1耐磨环（静止件）发生磨损，严重时会使离心泵转子部件中叶轮4与耐磨环发生咬合，从而威胁到泵组的安全稳定运行。此外，采用平衡盘3结构，介质在泵中会稍有升温，尤其在小流量下更甚，（导致泵的效率更低。在这种情况下，平衡泄漏水通过很小的间隙降压，有可能汽化，产生压力波动。当通过平衡回水管直接引入多级离心泵入口时，会使泵发生汽蚀，引起运行不稳定。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构新颖、自动化程度高、运行稳定性高、使用寿命长、工作效率高的电磁控制轴向力平衡的多级离心泵。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种电磁控制轴向力平衡的多级离心泵，包括泵体1、泵轴2、平衡盘3、叶轮4、导叶5、进水段6、出水段7、高压侧轴承部件8、高压侧机械密封9、低压侧轴承部件10、低压侧机械密封11，其特征在于还包括控制装置、电磁腔12、电磁铁13、永磁铁14、位移传感器15-1、位移传感器15-2、压力传感器16，所述泵轴2沿高压侧轴承部件8向外延伸至电磁腔12内，所述电磁腔12内的泵轴2上固定有永磁铁14，所述永磁铁14外周的电磁腔12内壁固定有电磁铁13，所述电磁铁13与控制装置电连接，所述位移传感器15-1安装在平衡盘3的动平衡盘上，所述位移传感器15-2安装在平衡盘的静平衡盘上，所述位移传感器15-1与位移传感器15-2相对应，所述位移传感器15-1和位移传感器15-2分别与控制装置电连接，所述压力传感器16安装在出水段7侧壁，所述压力传感器16与控制装置电连接，通过所述位移传感器15-1和位移传感器15-2实时监测泵轴2旋转过程中的轴向移动间隙，并上传至控制装置，通过所述压力传感器16实时监测出水压力大小，并将压力信息上传至控制装置，控制装置通过控制电磁铁13的电流来平衡多级离心泵轴2向力的波动。
本发明所述控制装置采用PLC控制装置，所述PLC控制装置中嵌有运转过程中压力和位移实时监控的程序步骤、控制电磁铁13电流大小的程序步骤以及开机、关机时保持最小安全距离的程序步骤，以达到自动自动调整平衡的作用。
本发明由于采用上述结构，解决了多级离心泵在运行过程中因压力波动造成轴向力失衡的技术问题，同时，也解决了多级离心泵在开、关机的时候因压力丧失造成轴向力失衡的技术问题，避免了多级离心泵的平衡盘磨损或烧毁，使得运行的稳定性显著提高，延长了使用寿命。
附图说明
图1是本发明的实施例的结构示意图。
图2是本发明控制原理框图。
图3是现有技术中轴向力平衡的原理图。
附图标记：泵体1、泵轴2、平衡盘3、叶轮4、导叶5、进水段6、出水段7、高压侧轴承部件8、高压侧机械密封9、低压侧轴承部件10、低压侧机械密封11 、电磁腔12、电磁铁13、永磁铁14、位移传感器15、压力传感器16、泵电机17、PLC控制装置18。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
实施例，如附图1所示， 一种电磁控制轴向力平衡的多级离心泵，包括泵体1、泵轴2、平衡盘3、叶轮4、导叶5、进水段6、出水段7、高压侧轴承部件8、高压侧机械密封9、低压侧轴承部件10、低压侧机械密封11，所述泵体1、泵轴2、平衡盘3、叶轮4、导叶5、进水段6、出水段7、高压侧轴承部件8、高压侧机械密封9、低压侧轴承部件10、低压侧机械密封11的结构和连接关系与现有技术相同，此不赘述，其特征在于还包括控制装置、电磁腔12、电磁铁13、永磁铁14、位移传感器15-1、位移传感器15-2、压力传感器16，所述泵轴2沿高压侧轴承部件8向外延伸至电磁腔12内，所述电磁腔12内的泵轴2上固定有永磁铁14，所述永磁铁14外周的电磁腔12内壁固定有电磁铁13，所述电磁铁13与控制装置电连接，所述位移传感器15-1安装在平衡盘3的动平衡盘上，所述位移传感器15-2安装在平衡盘的静平衡盘上，所述位移传感器15-1与位移传感器15-2相对应，所述动平衡盘固定在泵轴上，所述静平衡盘固定在泵体上，所述位移传感器15-1和位移传感器15-2分别与控制装置电连接，所述压力传感器16安装在出水段7侧壁，所述压力传感器16与控制装置电连接，通过所述位移传感器15-1和位移传感器15-2实时监测泵轴2旋转过程中的轴向移动间隙，并上传至控制装置，通过所述压力传感器16实时监测出水压力大小，并将压力信息上传至控制装置，控制装置通过控制电磁铁13的电流来平衡多级离心泵轴2向力的波动，本发明解决了多级离心泵在运行过程中因压力波动造成轴向力失衡的技术问题，同时，也解决了多级离心泵在开、关机的时候因压力丧失造成轴向力失衡的技术问题，避免了多级离心泵的平衡盘3磨损或烧毁，使得运行的稳定性显著提高，延长了使用寿命。
本发明所述控制装置采用PLC控制装置18，所述PLC控制装置中嵌有运转过程中压力和位移实时监控的程序步骤、控制电磁铁13电流大小的程序步骤以及开机、关机时保持最小安全距离的程序步骤，以达到自动自动调整平衡的作用。
本发明在开机运行时， PLC控制装置18先给电磁铁13供电， 当位移传感器15接收泵轴2上平衡盘3的位移信号S并上传至PLC控制装置，PLC控制装置将接收到的位移信号S和最小安全轴向距离b进行比对，当位移传感器15-1和位移传感器15-2监测到的位移值S大于或等于最小安全轴向距离b后，PLC控制装置18直接指令泵电机17供电；若位移值S小于最小安全轴向距离b，PLC控制装置18根据比对的数值所对应的电磁铁13电流大小为泵电机供电，以利于通过电磁铁13按照对应的电流来平衡轴向力的波动，使泵轴2保持在标准范围内运行；
在运行过程中，当运转工况发生变化时，压力传感器16将出水段7的水的压力信号P5上传至PLC控制装置，PLC控制装置18根据上传的不同压力信号P5对应程序步骤中设定的标准轴向间隙b2，标准轴向间隙b2将确保压力信号P5压力下的轴向力平衡，同时，所述位移传感器15-1和位移传感器15-2接收泵轴2上平衡盘3的位移信号值S上传至PLC控制装置18，PLC控制装置18将上传的位移信号值S和标准轴向间隙b2进行比对，通过位移信号值S和标准轴向间隙b2的差值来控制电磁铁13的电流大小，使得电磁铁13通过电流改变自身磁力的大小和方向来控制永磁铁14产生轴向力，确保泵轴2与泵体1之间的轴向间隙能够快速达到设定的标准轴向间隙b2，有效遏制了泵转子惯性力对轴向力平衡的破坏，避免平衡盘3出现磨损和烧毁，延长使用寿命，使得工作效率显著提高；
当要停止运行时， PLC控制装置18先给泵电机断电，PLC控制装置18持续为电磁铁13供电，确保位移传感器15监测到的位移信号值S大于或等于设定值，当压力传感器16监测到的压力值为0时，即表明泵轴2不转动，扬程达到0，PLC系统再为电磁系统断电，即使得泵轴2保持在标准范围内停止运行。
本发明所述最小安全轴向距离0.1mm，所述标准轴向间隙b2设定为0.1mm-0.28mm，所述位移信号值S设定为0.1mm-0.28mm。
本发明由于采用上述结构，有效解决了多级泵在运行过程中因工况的变化造成轴向力短暂失衡而导致平衡盘磨损、烧毁的技术问题，同时也解决了多级泵在开、关机的时候因压力丧失造成轴向力失衡的技术问题，避免多级泵的平衡盘磨损、烧毁，具有结构新颖、稳定性高、延长使用寿命、能够实现轴向力快速自动平衡等优点。
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