CN102454600A - 六叶式双轴旋转容积泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供使叶轮每旋转一圈的容量大且大流量的小型的提高自给性能的六叶式双轴旋转容积泵。该泵在具有吸入口(2)和喷出口(3)的壳体(1)内容纳一对叶轮(5)，叶轮(5)的叶轮轴(6)能自由旋转地被分别固定在壳体(1)的两侧的支架(15、16)支撑，叶轮(5)有6个叶片(7)，6个叶片(7)以叶轮轴(6)为中心以等角度间隔在放射方向上延伸，各叶片(7)的旋转方向上的厚度(t)恒定且叶片(7)的顶部(7a)与根部(7b)之间的间隔尺寸(h)为厚度(t)的3～5倍，将叶轮轴(6)的旋转中心(o)彼此连接而成的假想线(v)的方向为垂直方向、水平方向或以规定角度倾斜的方向地配置壳体(1)及叶轮(5、5)。

Description

六叶式双轴旋转容积泵
技术领域
本发明涉及六叶式双轴旋转容积泵，该六叶式双轴旋转容积泵能够在对发电厂、炼铁厂等排出的二氧化碳(CO2)气体进行回收的装置以及对河川、湖沼等封闭性水域中的污染水以及从净化槽排放的污水的水质进行改善的装置等中使用。
背景技术
作为用于输送水、油、燃料等液体、气体等流体的泵，使用齿轮泵或叶片泵。
在专利文献1中公开了一种齿轮泵，该齿轮泵具有支架、一对齿轮(正齿轮)、对齿轮与加压面之间的间隙进行调整的装置，其中，所述支架具备流体用的入口部、出口部和加压面，所述一对齿轮以相互啮合的状态且能够旋转地容纳在腔室内，并且与加压面间隔规定的间隙。
另外，在专利文献2中公开了一种叶片泵，在该叶片泵中，成为一对的环状叶轮和波形叶轮以相互啮合的状态且能够旋转地容纳在壳体内，在环状叶轮的形成在半径方向上的6个缸体口中分别插入板状的活塞，该活塞通过弹簧将松弛地插在底部的叶片按出，两端固定在壳体上的支撑轴与环状叶轮的旋转轴线平行地在该叶轮内穿过，并且使叶片的前端与该支撑轴的周面弹性接触。
但是，在专利文献1中，由于安装在上部以及下部支架之间且能够滑动的中央支架的腔室内表面的第一凸起部、第二凸起部与一对齿轮之间的空间大，所以泵效率差。另外，虽然能够在不分解齿轮泵或更换部件的情况下通过调整螺钉调整所述间隙，但是该调整作业复杂。在专利文献2中，活塞和叶片进入环状叶轮中，有时会出现不能够顺畅地进行进出动作的情况。此时，由于在加压室内部产生流体的逆流现象，所以泵的性能差。
在以往的齿轮泵、叶片泵中，齿轮或叶轮每旋转一圈的容量小，如果为了使容量变大，要进行每分钟1000转以上的高速运转，这样存在振动变大的倾向。
专利文献1：JP特开昭62-129589号公报；
专利文献2：JP特开平6-498号公报。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使叶轮每旋转一圈的容量大且大流量的小型结构并提高自供性能的六叶式双轴旋转容积泵。
为了达到所述目的，技术方案1记载的六叶式双轴旋转容积泵，在具有吸入口和喷出口的壳体内容纳有一对叶轮，各叶轮的叶轮轴能够自由旋转地被分别固定在该壳体的两侧的支架支撑着，其特征在于，所述叶轮形成有6个叶片，所述6个叶片以所述叶轮轴为中心以等角度间隔在放射方向上延伸，各叶片的旋转方向上的厚度恒定，并且该叶片的顶部与根部之间的间隔尺寸为该厚度的3～5倍。
为了达到同样的目的，技术方案2记载的发明的特征在于，在技术方案1记载的六叶式双轴旋转容积泵中，所述叶轮轴的轴封部为机械密封结构，通过使固定在所述支架侧的活动板与安装在该叶轮轴上的密封圈的相向部彼此接触，来进行轴密封，在该叶轮轴的各侧面上固定有外周形成有凹凸部的圆形刀盘，使所述支架室的内周面与该刀盘的凹凸部之间具有间隙。
轴封部形成为机械密封结构，通过使固定在支架侧的活动板与安装在叶轮轴上的密封圈的相向部彼此接触来进行轴密封，即使混入在吸入的流体中的纤维等夹杂物进入支架室，夹杂物也会被圆形刀盘切断，借助低压侧的吸入作用使其返回壳体内，从而与流体一起排出。具有该轴封部的泵适于流体主要为液体的水泵。
为了达到同样的目的，技术方案3记载的发明的特征在于，在技术方案1记载的六叶式双轴旋转容积泵中，所述叶轮轴的轴封部为油封结构，通过使固定在所述支架侧的油封件的内边缘部与安装在该叶轮轴上的套筒的外周面接触，来进行轴密封，在该叶轮轴的各侧面上固定有外周形成有凹凸部的圆形刀盘，使所述支架室的内周面与该刀盘的凹凸部之间具有间隙。
轴封部形成为油封结构，通过使固定在支架侧的油封件的内边缘部与安装在叶轮轴上的套筒的外周面接触来进行轴密封，即使混入在吸入的流体中的垃圾等夹杂物进入支架室，夹杂物也被圆形刀盘切断，从而防止其进入油封件内。具有该轴封部的泵适于流体主要为气体的鼓风机。
为了到达同样的目的，技术方案4记载的发明的特征在于，在技术方案1至3中任一项记载的六叶式双轴旋转容积泵中，将所述壳体以及所述叶轮配置为，将所述叶轮轴的旋转中心彼此连接而成的假想线的方向为垂直方向、水平方向或倾斜规定角度的倾斜方向。
由于能够通过改变叶轮轴的配置来改变吸入口、喷出口的位置，所以能够按照各种用途设计本发明的泵。
技术方案1的发明中的六叶式双轴旋转容积泵采用使叶轮每旋转一圈的容量大且获得大流量的小型结构，并且因为能够低速运转，所以噪音、振动小，从而能够应用于水泵、空气鼓风机、湿式鼓风机等各种用途。而且，在用作水泵时，相对吸入水量能够实现50％以上的吸入空气量，因此具有自给性能不会降低的优点。
附图说明
图1是本发明的六叶式双轴旋转容积泵的主视图。
图2是本发明的六叶式双轴旋转容积泵的侧视图。
图3A～3G是连续地表示使叶轮的旋转角度变化的情况的说明图。
图4是机械密封结构的轴封部的说明图。
图5是油封结构的轴封部的说明图。
图6是本发明的泵的第一应用例。
图7是本发明的泵的第二应用例。
图8是表示本发明的泵的性能实验结果的曲线图。
图9是表示二氧化碳气体溶解量的测定结果的曲线图。
图10是表示二氧化碳气体溶解量的测定结果的曲线图。
图11是表示本发明的泵与比较例中的二氧化碳气体的溶解量的测定结果的曲线图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的最佳实施例。
本发明的六叶式双轴旋转容积泵(以下，也称为本发明的泵)P设置为：在具有吸入口2和喷出口3的壳体1内容纳有一对叶轮5、5，各叶轮5的叶轮轴6能够自由旋转地被分别安装在支架15、16上的轴承17支撑，支架15、16分别固定于壳体1的两侧。在从支架15突出的下方的叶轮轴6上安装有带轮20，通过另外的马达装置驱动带轮20。在从支架16突出的叶轮轴6、6上分别固定有定时齿轮21，使该齿轮彼此啮合。22表示安装在支架16的外端面上的齿轮罩。
如图2所示，本实施例的壳体1以及叶轮5、5配置为，将叶轮轴6、6的旋转中心o彼此连接而成的假想线v的方向设置为倾斜规定角度的倾斜方向，在本实施方式中设置为倾斜45度的倾斜方向，但是，本发明不限于此。即，通过限定本发明的泵P的吸入口、喷出口的位置，能够应对各种设置状态，因此，有时假想线v不限定为倾斜方向，而设定为垂直方向或水平方向。
叶轮5设置为，以叶轮轴6为中心以(60度的)等角度间隔在放射方向上延伸的6个叶片7形成为一体状，各叶片7的旋转方向上的厚度t恒定，从侧面观察各叶片7形成直线形，并且该叶片7的顶部7a与根部7b之间的间隔尺寸h为厚度t的3～5倍。而且，叶轮5设置为叶片7的顶部7a与壳体1的内表面1a之间的间隙保持在0.3mm左右，并且叶轮5向相互相反的方向旋转。
图3A～3G示出了连续地表示叶轮5的旋转角度每变化10度的状态。
吸入侧与喷出侧之间的壳体1的内表面1a，最多被4个叶片7同时封闭形成3个室，因此流体在室之间的内部泄漏少。
在图2中，一个叶轮5的叶片7的顶部7a与另一个叶轮5的根部7b之间的间隙最大为1mm左右。在图3B、3C、3E、3F所示的叶轮5、5的位置，出现困液现象。而且，因各叶轮5、5的旋转方向的背面侧的吸入负压而形成的局部真空，对气体与水发挥反复混合的作用，从而产生微细气泡。此外，虽然局部真空会产生气穴，但是本发明的泵P与双叶式旋转泵相比，气穴音和振动小。
另外，2个叶片7的顶部7a封闭壳体1的内表面1a时形成的室的容积大，因此叶轮5、5每旋转一圈的容量变大，从而能够得到小型且大流量的泵。作为参考，表1示出了同一轴间尺寸、外形尺寸的各种叶轮形状的叶轮每旋转一圈的概略容量。
[表1]
  叶轮的叶片的侧面形状   叶轮每旋转一圈的容量(升)
  本发明的六叶式直线形   8.9
  六叶式包络线形   4.6
  六叶式渐开线形   5.2
  三叶式包络线形   6.0
  三叶式渐开线形   6.9
  双叶式包络线形   6.3
  双叶式渐开线形   7.2
叶轮轴6的轴封部能够采用机械密封结构或油封结构，机械密封结构适于流体主要为液体的水泵，油封结构适于流体主要为气体的鼓风机。以下描述各密封结构。
(机械密封结构)
在图4中，在叶轮轴6的各侧面上固定有圆形刀盘25，在所述圆形刀盘25的外周上连续形成有平行的凹凸部25a，使与壳体1连通的支架室18的内周面与该刀盘25的凹凸部25a之间存在微小的间隙c。叶轮轴6上以与圆形刀盘25的端面紧贴的方式依次安装有氨基甲酸乙酯制的减震橡胶26、密封圈27。27a是呈环状地设置在密封圈27的端面上的金属制的密封部。轴承17的外圈侧嵌装有套环构件29，在该套环构件29内安装有油封件30，在该套环构件29的里侧嵌装有活动板31。31a是呈环状地设置在活动板31的端面上的金属制密封部。32是安装在活动板31的阶梯部上且设置为与套环构件29紧贴的O形圈，33是在轴承17的外侧安装在支架15上的防尘圈。18a是用于排出积存在支架室中的排泄物质的排泄孔。
于是构成如下的机械密封结构，使固定在支架15侧的活动板31和安装在叶轮轴6上的密封圈27的相向部彼此接触，即使密封部31a、27a彼此接触，来进行轴密封。另外，支架16侧也使用同样的机械密封结构进行轴密封。
(油封结构)
在叶轮轴6上隔着甩动环36前后安装有套筒35、35，该甩动环36借助离心力作用吹起从壳体1内进入支架室18的水等。在支架15侧，以分别对应于各套筒35的方式，在前方(里侧)固定有2个油封件38，在后方固定有1个油封件38。39是在轴承17的外侧安装在支架15上的防尘圈。18a是用于排出积存在支架室18中的排泄物质的排泄孔。
此外，关于在叶轮轴6的各侧面上固定圆形刀盘25这一点，由于与机械密封结构相同，所以省略说明。
于是构成如下的油封结构，使固定在支架15侧的油封件38的内边缘部38a与安装在叶轮轴6上的套筒35的外周面接触，来进行轴密封。此外，支架16侧设置了同样的油封结构。
通过如上的方式，构成借助叶轮5、5的旋转对从吸入口2吸入的流体进行压缩然后从喷出口3喷出的本发明的六叶式双轴旋转容积泵P。
(泵的应用例)
基于附图说明本发明的泵P的利用例。
图6所示的二氧化碳气体回收装置，用于通过使从发电厂等排出的二氧化碳(CO2)气体混合在本发明的泵P吸入的水中，而使二氧化碳排放并溶解在水中，由此来进行回收。在机座51上设置本发明的泵P和用于驱动该泵的马达装置52。在泵P的吸入口2上连接有前端安装着过滤器54的吸入管53，在喷出口3上连接有排出管57。在吸入管53上连接有用于导入二氧化碳气体的气体导入管55。60是用于积存从补给管61补给来的水的第一水槽，62是用于溶解二氧化碳气体的第二水槽。
图7所示的微细气泡产生装置，用于向河川、湖沼等的尤其是封闭性水域的被污染的水中注入微细气泡，来改善水质。该装置与所述二氧化碳气体回收装置的结构大致相同，对于相同的构成要素保留相同的附图标记并标注在附图中。在吸入管53上连接有用于导入外界气体的空气导入管56。65是河川、湖沼等封闭性水域。
本发明的泵P通过同时吸引水和二氧化碳气体或水和空气，在各叶片7的旋转方向的背面侧产生因吸入负压形成的局部真空，并且借助喷出侧的压力，使瞬间封闭在室内的气泡变得微细。申请人通过实验确认出，将该泵用在上述装置中时从泵排放且溶解在水中的二氧化碳气体或空气变为微细气泡，长时间不扩散。
(实验1)
对本发明的泵实施了从吸入100％的水至吸入100％的空气的吸入性能实验。其结果示出在图8的曲线图中。
(实验条件)
本发明的泵
口径：50mm
转速：450rpm
马达装置
输出：1.5Kw
实验的结果，确认出在从100％的水至100％的空气的整个区域不产生气穴，泵能够稳定地运转。
(实验2)
关于本发明的泵，调整为在所吸引的水中混入浓度为30％的二氧化碳气体，来测量从泵的喷出口排放至水中后的二氧化碳气体的溶解量。其结果示出在图9的曲线图中。
另外，关于水中的二氧化碳气体的溶解量，在紧接着泵的喷出口的位置抽取排出水来测量瞬时值。其结果示出在图10的曲线图中。
(实验条件)
本发明的泵
口径：50mm
转速：250rpm
马达装置
输出：0.75Kw
吸入水量：200升/分钟
吸入二氧化碳气体量：20升/分钟
吸入空气量：47升/分钟
水槽容积：950升
水温：30℃
实验的结果，确认出水中的二氧化碳气体的溶解量在经过30分钟后变为约480mg/L，有效地溶解了二氧化碳气体。另外，关于二氧化碳气体的瞬时值，确认出仅经过10秒钟就变为约230mg/L，经过30秒钟变为约270mg/L，以后变化减缓，在短时间内溶解了大量的二氧化碳气体。
(实验3)
对本发明的泵与比较例的双叶式罗茨泵进行实验，一边改变吸入水量与吸入二氧化碳气体量的混合比率一边比较紧接着泵的喷出口处的二氧化碳气体溶解在水中的溶解量。其结果示出在图11中。
(实验条件)
本发明的泵
口径：50mm
转速：250rpm
马达装置
输出：0.75Kw
比较例的双叶式罗茨泵
口径：50mm
转速：700rpm
马达装置
输出：1.5Kw
实验的结果，确认出本发明的泵比比较例的罗茨泵溶解更多的二氧化碳气体。这是因为，在本发明的泵中，在壳体内混合二氧化碳气体与水的次数多于比较例。

Claims (4)

1.一种六叶式双轴旋转容积泵，在具有吸入口和喷出口的壳体内容纳有一对叶轮，各叶轮的叶轮轴自由旋转地被分别固定在该壳体的两侧的支架支撑，其特征在于，
所述叶轮形成有6个叶片，所述6个叶片将所述叶轮轴作为中心以等角度间隔在放射方向上延伸，各叶片在旋转方向上的厚度恒定，并且该叶片的顶部与根部之间的间隔尺寸为该厚度的3～5倍。
2.如权利要求1所述的六叶式双轴旋转容积泵，其特征在于，所述叶轮轴的轴封部采用机械密封结构，通过使固定在所述支架侧的活动板与安装在该叶轮轴上的密封圈的相向部彼此接触，来实施轴密封，在该叶轮轴的各侧面上固定有外周形成有凹凸部的圆形的刀盘，并在所述支架室的内周面与该刀盘的凹凸部之间具有间隙。
3.如权利要求1所述的六叶式双轴旋转容积泵，其特征在于，所述叶轮轴的轴封部采用油封结构，通过使固定在所述支架侧的油封件的内边缘部与安装在该叶轮轴上的套筒的外周面接触，来实施轴密封，在该叶轮轴的各侧面上固定有外周形成有凹凸部的圆形的刀盘，并在所述支架室的内周面与该刀盘的凹凸部之间具有间隙。
4.如权利要求1～3中任一项所述的六叶式双轴旋转容积泵，其特征在于，将所述壳体以及所述叶轮配置为，将所述叶轮轴的旋转中心彼此连接而成的假想线的方向为垂直方向、水平方向或倾斜规定角度的倾斜方向。
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