CN102705245B - 透平涡轮式气动水泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透平涡轮式气动水泵，包括：气动马达、水泵，所述气动马达包括进气口、排气装置、涡轮座，所述进气口与排气装置均与所述涡轮座连接，所述涡轮座内设有涡轮、涡轮轴，所述涡轮固定设于所述涡轮轴的一端，所述涡轮轴的另一端与所述水泵传动连接，所述进气口与涡轮之间通过一设于所述涡轮座底部的密封环形流道连通，所述环形流道上开设有大于等于2个喷嘴。通过上述方式，本发明采用速度型马达，直接利用压缩空气动能，经过喷嘴膨胀后产生高速气流冲击透平涡轮做功，完全可以满足涡轮轴动平衡的运转要求，甚至更高转速，是一种节能高效、低噪安全、维修量小、经久耐用且无需注润滑油一步到位的新型排水机。
Description
技术领域
本发明涉及气动水泵领域，特别是涉及一种透平涡轮式气动水泵。
背景技术
气动水泵是采用压缩空气为动力源，对于各种腐蚀性液体，带颗粒的液体，高粘度、易挥发、易燃、剧毒的液体，均能予以抽光吸尽。
透平涡轮式气动水泵是以压缩空气为动力源的高转速水泵，其特点是以压缩空气推动透平式涡轮旋转，从而拖动水泵运转，以替代以往作为水泵动力源的电动机，这种气动水泵特别适用于易爆易燃的场合，例如瓦斯矿井的局部排水。在不能直接设置电机拖动水泵的矿井瓦斯巷道中，气动潜水泵更显示出其自身安全的特点。
但现有的透平涡轮式气动水泵在涡轮轴做功时动平衡达不到要求，因而速度一高，就容易导致整个机器的不平衡，形成一运转速度低、运转不平稳的问题，同时还具有噪音大、维修量大等多种缺陷。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种透平涡轮式气动水泵，能够极大提高气动效率，满足动平衡要求，节能高效、低噪安全。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种透平涡轮式气动水泵，包括：气动马达、水泵，所述气动马达包括进气口、排气装置、涡轮座，所述进气口与排气装置均与所述涡轮座连接，所述涡轮座内设有涡轮、涡轮轴，所述涡轮固定设于所述涡轮轴的一端，所述涡轮轴的另一端与所述水泵传动连接，所述水泵包括泵座、泵体，所述泵体设于所述泵座上，所述泵体与所述涡轮座之间通过轴承座固定连接，所述涡轮轴装配于所述轴承座内，所述泵座上设有吸水口，所述泵体内设有叶轮，所述叶轮装配于所述涡轮轴上，与所述泵体连通设有出水口；
所述进气口与涡轮之间通过一设于所述涡轮座底部的密封环形流道连通，所述环形流道上开设有大于等于2个喷嘴，所述涡轮座顶盖部设有大于等于1个排气口，通过所述排气口与所述排气装置连通。
在本发明一个较佳实施例中，所述涡轮座为分体式结构，包括底座、涡轮圈与盖板装配而成，所述涡轮圈位设于所述底座上，所述涡轮圈上方装配有所述盖板，所述环形流道设于所述底座上，所述排气口设于所述盖板上。
在本发明一个较佳实施例中，所述排气装置上连接设有消音装置，所述消音装置包括气流导向板、二级消音结构、防震装置，所述二级消音结构的出口与所述排气装置连通，所述气流导向板设于所述二级消音结构的进口处。
在本发明一个较佳实施例中，所述环形流道两侧设有双密封垫结构，所述双密封垫结构采用平板与多面齿形密封件相结合。
在本发明一个较佳实施例中，所述喷嘴为拉法尔喷嘴，所述喷嘴成对设置，所述环形流道上设有大于等于1对喷嘴。
在本发明一个较佳实施例中，一对喷嘴之间的设置角度为90°或180°。
在本发明一个较佳实施例中，所述涡轮与涡轮轴之间通过涡轮平键固定连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述叶轮与所述涡轮轴之间通过叶轮平键固定连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述轴承座内设有轴承、平衡圈，轴承座与涡轮轴之间通过所述轴承装配连接，所述平衡圈装配于所述涡轮轴上。
在本发明一个较佳实施例中，所述轴承座下方装配有密封座，所述密封座内装配有大于等于2只J型骨架密封圈。
本发明的有益效果是：本发明透平涡轮式气动水泵气动马达采用速度型马达，直接利用压缩空气动能，经过喷嘴膨胀后产生高速气流冲击透平涡轮做功，完全可以满足涡轮轴动平衡的运转要求，转速可达9000-20000r/min，甚至更高转速，是一种节能高效、低噪安全、维修量小、经久耐用且无需注润滑油一步到位的新型排水机。
附图说明
图1是本发明透平涡轮式气动水泵一较佳实施例的结构示意图；
图2是图1所示平涡轮式气动水泵中底座的结构示意图；
图3是图1所示平涡轮式气动水泵中盖板的结构示意图；
附图中各部件的标记如下：1、进气口，2、排气装置，3、涡轮，4、涡轮轴，5、泵座、6、泵体，7、轴承座，8、吸水口，9、叶轮，10、出水口，11、底座，12、涡轮圈，13、盖板，14、消音装置，15、双密封垫结构，16、涡轮平键，17、叶轮平键，18、轴承，19、平衡圈，20、环形流道，21、排气口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1、图2和图3，本发明实施例包括：
一种透平涡轮式气动水泵，包括：气动马达、水泵。
所述气动马达包括进气口1、排气装置2、涡轮座，所述进气口1与排气装置2均与所述涡轮座连接，所述涡轮座内设有涡轮3、涡轮轴4，所述涡轮3固定设于所述涡轮轴4的一端，所述涡轮轴4的另一端与所述水泵传动连接。
所述水泵包括泵座5、泵体6，所述泵体6设于所述泵座5上，所述泵体6与所述涡轮座之间通过轴承座7固定连接，所述涡轮轴4装配于所述轴承座7内，所述泵座5上设有吸水口8，所述泵体6内设有叶轮9，所述叶轮9装配于所述涡轮轴4上，与所述泵体6连通设有出水口10。
所述进气口1与涡轮3之间通过一设于所述涡轮座底部的密封环形流道20连通，所述环形流道20上开设有大于等于2个喷嘴。
所述喷嘴为拉法尔喷嘴，所述喷嘴成对设置，所述环形流道20上设有大于等于1对喷嘴。本发明实施例优选一对喷嘴之间的设置角度为90°或180°。喷嘴的数量根据涡轮轴4的功率和水泵的功率匹配选定。
压缩空气从进气口1进入密封的环形流道20，在环形流道20的经过拉法尔喷嘴，使亚音速气流在收缩段加速至喉部截面处到达音速，而后开始膨胀在出口处产生超音速气流冲击透平涡轮，高速旋转带动水泵叶轮9作功排水使之透平涡轮达到具有更优良的空气动力特性，极大提高了气动效率。
参照透平涡轮的相似理论三定理改善了原涡轮设计参数，将涡轮座采用分体式结构，便于加工环形流道20。涡轮座包括底座11、涡轮圈12与盖板13装配而成，所述涡轮圈12位设于所述底座11上，所述涡轮圈12上方装配有所述盖板13，所述环形流道20设于所述底座11上，所述排气口21设于所述盖板13上。
在所述底座11内侧还特别设置了J型骨架密封圈一只，以防止涡轮座内气流从轴向窜气；底座11径向设置O型密封圈1只，达到涡轮圈12和底座11的密封要求。
所述涡轮座盖板13设有大于等于1个排气口21，通过所述排气口21与所述排气装置2连通。排气口21能够达到排气通畅，无有害功率损耗。
所述排气装置2上连接设有消音装置14，所述消音装置14包括气流导向板、二级消音结构、防震装置，所述二级消音结构的出口与所述排气装置2连通，所述气流导向板设于所述二级消音结构的进口处。消音装置14的结构降低了气动马达排气噪音≤75dB（A）达到了矿山井下静音工程的要求。
所述环形流道20两侧设有双密封垫结构15，所述双密封垫结构15采用平板与多面齿形密封件相结合。确保了大面积上密封效果，使进气密封腔无泄漏，降低了总的耗气量，达到节能目的。
为了令涡轮3与叶轮9更稳固的与涡轮轴4装配，所述涡轮3与涡轮轴4之间通过涡轮平键16固定连接。所述叶轮9与所述涡轮轴4之间通过叶轮平键17固定连接。
所述轴承座7内设有轴承18、平衡圈19，轴承座7与涡轮轴4之间通过所述轴承18装配连接，所述平衡圈19装配于所述涡轮轴4上。
本发明优选在轴承座7内的涡轮轴4上下均有轴承18支撑，两轴承18之间设有平衡圈19结构，可以适度的降低涡轮3特高转速，使涡轮气动马达运转平稳，性能优良，能确保在额定范围内高速运行，并可达到提增扭矩力从而更提高水泵扬程。
所述轴承座7下方装配有密封座，所述密封座内装配有大于等于2只J型骨架密封圈，能够利用水气压力使J型骨架密封圈内涨，增加密封效果。
本发明主要适用于矿山的井巷开拓、工作面开采、竖斜井井筒、地下硐室工程的排水施工及化工、油轮、油库等各种易燃易爆的恶劣工况现场，有压缩 作为动力源的排水作业施工。
经过实测，在0.2Mpa气压时即可启动排水，0.4MPa气压时可达6Kg水表压，0.5MPa气压时可达7Kg水表压，0.6MPa气压时可达8Kg水表压。
以下是同类产品与本发明产品相同流量时的扬程对比表：
| 流量 | 同类产品扬程 | 本发明产品扬程 | 递增倍数 |
| 8 m3/h | 35m | 65 m | 1.8倍 |
| 10 m3/h | 45 m | 60 m | 1.33倍 |
| 15 m3/h | 35 m | 50 m | 1.43倍 |
| 17 m3/h | 35 m | 47 m | 1.34倍 |
由此可见，在同类产品相等流量下的本发明产品的扬程提高了35%-60%，已达到相同或大于叶片气动马达水泵的轴功率。
本发明透平涡轮式气动水泵气动马达采用速度型马达，直接利用压缩空气动能，经过喷嘴膨胀后产生高速气流冲击透平涡轮做功，完全可以满足涡轮轴4动平衡的运转要求，转速可达9000-20000r/min，甚至更高转速，是一种节能高效、低噪安全、维修量小、经久耐用且无需注润滑油一步到位的新型排水机。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种透平涡轮式气动水泵，其特征在于，包括：气动马达、水泵，所述气动马达包括进气口、排气装置、涡轮座，所述进气口与排气装置均与所述涡轮座连接，所述涡轮座内设有涡轮、涡轮轴，所述涡轮固定设于所述涡轮轴的一端，所述涡轮轴的另一端与所述水泵传动连接，所述水泵包括泵座、泵体，所述泵体设于所述泵座上，所述泵体与所述涡轮座之间通过轴承座固定连接，所述涡轮轴装配于所述轴承座内，所述泵座上设有吸水口，所述泵体内设有叶轮，所述叶轮装配于所述涡轮轴上，与所述泵体连通设有出水口；
所述涡轮座为分体式结构，包括底座、涡轮圈与盖板装配而成，所述涡轮圈位设于所述底座上，所述涡轮圈上方装配有所述盖板，环形流道设于所述底座上；
所述进气口与涡轮之间通过设于所述涡轮座底部的密封环形流道连通，所述环形流道上开设有大于等于2个拉法尔喷嘴，所述涡轮座顶盖部设有大于等于1个排气口，通过所述排气口与所述排气装置连通，排气口能够达到排气通畅，无有害功率损耗；
压缩空气从进气口进入密封的环形流道，在环形流道经过拉法尔喷嘴，使亚音速气流在收缩段加速至喉部截面处到达音速，而后开始膨胀在出口处产生超音速气流冲击透平涡轮，高速旋转带动水泵叶轮作功排水使之透平涡轮达到具有更优良的空气动力特性，极大提高了气动效率；
所述排气装置上连接设有消音装置，所述消音装置包括气流导向板、二级消音结构、防震装置，所述二级消音结构的出口与所述排气装置连通，所述气流导向板设于所述二级消音结构的进口处。
2.根据权利要求1所述的透平涡轮式气动水泵，其特征在于，所述环形流道两侧设有双密封垫结构，所述双密封垫结构采用平板与多面齿形密封件相结合。
3.根据权利要求1所述的透平涡轮式气动水泵，其特征在于，所述涡轮与涡轮轴之间通过涡轮平键固定连接。
4.根据权利要求1所述的透平涡轮式气动水泵，其特征在于，所述叶轮与所述涡轮轴之间通过叶轮平键固定连接。
5.根据权利要求1所述的透平涡轮式气动水泵，其特征在于，所述轴承座内设有轴承、平衡圈，轴承座与涡轮轴之间通过所述轴承装配连接，所述平衡圈装配于所述涡轮轴上。
6.根据权利要求1所述的透平涡轮式气动水泵，其特征在于，所述轴承座下方装配有密封座，所述密封座内装配有大于等于2只J型骨架密封圈。
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