一种多级离心泵轴向力平衡装置的间隙监测仪的制作方法

1.本实用新型涉及离心泵平衡轴向力技术领域，具体涉及一种多级离心泵轴向力平衡装置的间隙监测仪。


背景技术：

2.大功率高压多级离心式注水泵在油田开发中后期的注水过程中广为应用，该泵在运行过程中产生的轴向力主要由平衡装置自平衡。平衡装置主要是由平衡盘、平衡套、平衡腔、平衡管共同组成。
3.其工作原理为：从末级叶轮出来带有压力的液体q经过平衡套和轴套的径向间隙b1，流入平衡盘和平衡套间的水室a中，水室a处于高压状态；水室a的液体通过平衡盘和平衡套的轴向间隙b2流入平衡腔，再通过平衡管流到泵的进水端，这样平衡腔的压力就接近于进水端的压力。平衡装置就是利用a室和平衡腔的压力差来平衡叶轮产生的轴向力。
4.平衡盘之所以能够自动地平衡轴向力，是靠平衡盘和平衡套的轴向间隙b2的变化而达到的，同时也必须由轴套和平衡套固定的径向间隙b1相配合才能最后实现。一般取b1=0.4mm～0.6mm，如果径向间隙b1在合适的间隙范围，只要轴向间隙b2稍有变化，就能达到平衡效果。
5.注水泵实际运行中，随着吸入液的杂质过多或其他原因，会造成平衡套和轴套磨损，径向间隙b1慢慢变大，一方面会导致大量水液经间隙流入平衡管回到进水端，泵效率降低，同时平衡管内部压力也会升高；另一方面会造成平衡盘前后压力差不能平衡轴向力，平衡盘和泵轴向吸入端窜动，导致平衡盘和平衡套磨擦磨损，泵轴向窜量增大。
6.如果不采取措施，平衡盘和平衡套端面磨损严重就会导致叶轮和泵体隔板发生摩擦，叶轮会在短时间内磨坏，对整个泵的损坏害是非常严重的。
7.因此，非常有必要对平衡装置的间隙进行监测，在平衡套和轴套间隙增大，平衡套和平衡盘磨损严重阶段前就能精准定位预警，降低故障发生率。
8.现有技术如：
9.1、专利号（cn201232640y） 在泵轴末端安装指示器。利用有颜色标识的指示器来测泵轴的窜量，根据泵轴窜量来推测平衡盘和平衡套的端面磨损情况。
10.2、专利号（cn202851390u） 在泵轴末端安装位移传感器。利用位移传感器监测主轴窜动量，来监测平衡盘和平衡套的端面磨损情况，此专利的装置能自动记录监测数据，超限报警。
11.现有技术主要存在以下缺点：
12.（1）对平衡装置监测不全面。现有专利只对平衡盘和平衡套轴向磨损量的大小进行了监测，忽视了平衡套和轴套径向间隙的磨损量监测。
13.（2）无法对平衡盘急剧磨损紧急状态时的判断报警。在平衡盘急剧磨损时温度振动都会有较大变化，及时报警停机才能保证设备安全。
14.（3）无法判断轴向力的变化。没有监测推算平衡盘前后的压力变化，即无法实时监
测平衡装置工作状态。


技术实现要素：

15.本实用新型的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供了一种多级离心泵轴向力平衡装置的间隙监测仪。
16.本实用新型的技术方案是：一种多级离心泵轴向力平衡装置的间隙监测仪，包括泵体和平衡装置，所述泵体上设有泵进水端，所述泵体内设有泵轴，所述泵轴上安装有多级叶轮，泵轴末端设有轴承箱；所述平衡装置安装在末级叶轮与轴承箱之间的泵轴上，所述平衡装置包括平衡管，所述平衡装置前端与末级叶轮连通，后端设有平衡腔；所述平衡管进口与平衡腔连通，出口与泵进水端连通；还包括轴窜量、振动和温度监测装置、压力监测装置、电源和plc控制器；
17.所述轴窜量、振动和温度监测装置包括端盖、位移传感器、振动传感器、温度传感器和护罩，所述端盖固定在轴承箱末端面上且端盖中心设有通孔，所述位移传感器固定安装在通孔中且正对泵轴末端中心，且二者间隙设置；所述振动传感器和温度传感器均固定在端盖上，所述护罩套装在端盖上；
18.所述压力监测装置安装在平衡管上。
19.所述位移传感器、振动传感器、温度传感器和压力监测装置通过有线连接电源及plc控制器。
20.优先的，所述压力监测装置包括底座、压力传感器和压力传感器护罩，所述底座通过三通管安装在平衡管上，所述压力传感器固定安装在底座上，所述压力传感器护罩套设在压力传感器外侧且下端固定在底座上。
21.优先的，所述轴窜量、振动和温度监测装置还包括用于锁紧位移传感器的密封螺母，所述密封螺母固定安装在位移传感器上且紧靠端盖内侧。
22.优先的，所述密封螺母与端盖内壁之间设有密封圈。
23.优先的，所述轴窜量、振动和温度监测装置还包括接头，所述接头固定在端盖上，所述振动传感器和温度传感器固定安装在接头上。
24.优先的，所述平衡装置还包括平衡盘、平衡套和轴套，所述轴套和平衡盘并排套装在泵轴上且平衡盘紧靠轴套末端，所述平衡套套装在轴套上且平衡套与轴套之间设有径向间隙，与平衡盘之间设有轴向间隙；所述平衡盘前端内侧设有凹槽，所述凹槽与平衡套末端形成水室，所述水室连通了径向间隙和轴向间隙。
25.本实用新型与现有技术相比较，具有以下优点：
26.（1）本装置的监测结果精度高：本装置对平衡装置的径向间隙和轴向间隙全面监测再结合振动、温度参数更准确地评估出平衡装置的磨损量和磨损阶段。
27.（2）本装置具有独特的工装设计，现场安装方便。
28.（3）本装置通过采集平衡管压力来评估平衡盘和轴套的径向间隙，通过采集泵轴轴向窜量来评估平衡盘和平衡套轴向间隙，再结合采集的的振动温度参数，综合分析判断，能精确地反映出平衡装置的工作状态，实现更为精确地事故报警和设备的预知维修。
附图说明
29.图1为本实用新型的结构示意图；
30.图2为轴窜量、振动和温度监测装置的结构示意图；
31.图3为压力监测装置的结构示意图；
32.图4为平衡装置的结构示意图；
33.图5为平衡管液体压强随着径向间隙变化曲线；
34.图6为平衡装置理论分析和参数采集点示意图；
35.图7为平衡盘和平衡套磨损监测方法示意图。
36.图中：1、轴窜量、振动和温度监测装置，101、端盖，102、密封螺母，103、位移传感器，104、振动传感器，105、接头，106、温度传感器，107、护罩，2、轴承箱，3、泵轴，4、平衡盘，5、平衡套，6、轴套，7、末级叶轮，8、泵进水端，9、平衡腔，10、平衡管，11、压力监测装置，1101、底座，1102、压力传感器，1103、压力传感器护罩。
具体实施方式
37.下面是结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
38.实施例一
39.参照图1所示，一种多级离心泵轴3向力平衡装置的间隙监测仪，包括泵体和平衡装置，泵体上设有泵进水端8，泵体内设有泵轴3，泵轴3上安装有多级叶轮，泵轴3末端设有轴承箱2；平衡装置安装在末级叶轮7与轴承箱2之间的泵轴3上，平衡装置包括平衡管10、平衡盘4、平衡套5和轴套6，轴套6和平衡盘4并排套装在泵轴3上且平衡盘4紧靠轴套6末端，平衡套5套装在轴套6上且平衡套5与轴套6之间设有径向间隙，与平衡盘4之间设有轴向间隙；平衡盘4前端内侧设有凹槽，凹槽与平衡套5末端形成水室，水室连通了径向间隙和轴向间隙；平衡装置前端的径向间隙与末级叶轮7连通，平衡装置后端设有平衡腔9且平衡腔9与轴向间隙连通；平衡管10进口与平衡腔9连通，出口与泵进水端8连通。
40.一种多级离心泵轴3向力平衡装置的间隙监测仪还包括轴窜量、振动和温度监测装置1、压力监测装置11、电源和plc控制器；
41.轴窜量、振动和温度监测装置1包括端盖101、位移传感器103、振动传感器104、温度传感器106和护罩107，端盖101固定在轴承箱2末端面上且端盖101中心设有通孔，位移传感器103固定安装在通孔中且正对泵轴3末端中心，且二者间隙设置；振动传感器104和温度传感器106均固定在端盖101上，护罩107套装在端盖101上用于保护端盖101上的位移传感器103、振动传感器104和温度传感器106。
42.压力监测装置11安装在平衡管10上；位移传感器103、振动传感器104、温度传感器106和压力监测装置11通过有线连接电源及plc控制器。
43.本装置的使用步骤为：
44.第一步、参照图5所示，建立平衡装置模型，得到平衡管10内压强随平衡套5和轴套6的径向间隙增大的变化曲线。
45.（1）使用pro
‑
e软件建立平衡装置水体模型，平衡盘4和平衡套5各面进行网格划分；
46.（2）基于商用cfd软件fluent进行平衡装置模型的流场计算；
47.（3）模拟平衡套5和轴套6的径向间隙变化对平衡管10液体压强的影响，得到平衡管10液体压强随着径向间隙变化曲线。
48.第二步、参照图6所示，平衡管10上设置压力传感器1102采集平衡管10压力数据；在泵轴3非驱动端设置的位移传感器103、振动传感器104和温度传感器106采集泵轴3轴向窜量、泵径向振动信号和轴瓦温度数据。
49.第三步、参照图7所示，plc控制器对采集的数据进行整理，综合分析，判断出平衡装置的实时工作状态，平衡管10压力和泵轴3轴向窜量超限报警，振动和温度超限则实现停机。
50.在实际使用中，本间隙监测仪运用于油田注水站的五台注水泵上，五台注水泵已连续运行2500h，在试用的一个月内，有2#和5#两台注水泵轴3向力平衡装置的间隙监测仪报警。
51.型号轴窜量（mm）压力表(mpa)温度（℃）振动（mm）2#4.30.20680.15#50.26700.16
52.经维修人员检修发现：
53.2#平衡盘4和平衡套5轴向间隙4mm，平衡套5和轴套6径向间隙0.72mm；
54.5#平衡盘4和平衡套5轴向间隙4.5mm，平衡套5和轴套6径向间隙0.8mm；
55.对比计算模拟的曲线图：压力表0.20mpa和0.26mpa时，平衡套5和轴套6的径向间隙为0.75mm和0.81mm。
56.本间隙监测仪显示的轴窜量和实际测量值相近，显示的平衡管10压力表数据对应计算机模拟出的径向间隙值与实际测量值也相近，证明本间隙监测仪是可行的。
57.本装置的监测结果精度高：本装置对平衡装置的径向间隙和轴向间隙全面监测再结合振动、温度参数更准确地评估出平衡装置的磨损量和磨损阶段；本装置通过采集平衡管10压力来评估平衡盘4和轴套6的径向间隙，通过采集泵轴3轴向窜量来评估平衡盘4和平衡套5轴向间隙，再结合采集的的振动温度参数，综合分析判断，能精确地反映出平衡装置的工作状态，实现更为精确地事故报警和设备的预知维修。
58.实施例二
59.作为本实用新型的一项优选实施例，本实施例在实施例一的基础上对轴窜量、振动和温度监测装置1的结构进行了优化，具体为：参照图2所示，本实施例中的轴窜量、振动和温度监测装置1还包括用于锁紧位移传感器103的密封螺母102和接头105，密封螺母102固定安装在位移传感器103上且紧靠端盖101内侧，密封螺母102与端盖101内壁之间设有密封圈，实现密封作用；接头105固定在端盖101上，振动传感器104和温度传感器106固定安装在接头105上。
60.位移传感器103、振动传感器104和温度传感器106集成在端盖101上，将端盖101安装在注水泵非驱动端的轴承箱2压盖位置；其中位移传感器103垂直安装在端盖101中心，探头穿过端盖101，正对着泵轴3中心并相隔一定距离；振动传感器104和温度传感器106平行与端盖101端面安装；本装置具有独特的工装设计，现场安装方便。
61.实施例三
62.作为本实用新型的一项优选实施例，本实施例在实施例二的基础上对压力监测装
置11的结构进行了优化，具体为：本实施例中的压力监测装置11包括底座1101、压力传感器1102和压力传感器护罩1103，底座1101通过三通管安装在平衡管10上，压力传感器1102固定安装在底座1101上，压力传感器护罩1103套设在压力传感器1102外侧且下端固定在底座1101上。
63.压力传感器护罩1103用于保护压力传感器1102，是根据压力传感器1102外形设计的，压力传感器护罩1103用螺纹固定在底座1101上。
64.本实用新型并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本实用新型的保护范围。