CN102979721A - 轴对称曲面旋转变容泵 - Google Patents

Abstract

本发明的轴对称曲面旋转变容泵，相对于现有技术，由于通过采取加大滑动挡板端部滚轮直径，或将挡板端受力平面切角成斜面或圆弧成弧面，从而大大减少或消除了滑动挡板端受力平面，同时滑动挡板在运行至曲面转盘低点向高点过渡斜面时，挡板端宽部一侧不会与转盘曲面接触受力，由于消除了滑动挡板高频率脉冲式撞击，使得端部滚轮材料选择范围扩大，一些经济性、加工性和耐磨性均好而硬度大的材料(例如碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆等耐磨陶瓷，改性超高分子聚乙烯、改性聚四氟乙烯等耐磨塑料，浸渍石墨，微晶玻璃)可以被采用，这样更能大幅度提高滑动挡板端部滚轮，以及曲面转盘使用寿命，并扩大了泵适用范围，例如可以用于含颗粒介质的输送。

Description

轴对称曲面旋转变容泵

技术领域

本发明是对轴对称曲面旋转变容泵的改进，尤其涉及一种可以确保旋转变容泵效率高、噪音低、震动小，滑动挡板和曲面转盘使用寿命长的轴对称曲面旋转变容泵。

背景技术

轴对称曲面旋转变容泵是一种新类型旋转容积泵，其工作效率很高，泵送效率高达70～80%，要比普通离心泵效率高出30～40%左右，尤其在小流量、高压力工况使用，效率会比离心泵高出40%左右.例如流量20～30m³/h，扬程0.8MPa的离心泵，一般效率只有35～40%，而输送同样流量及扬程的轴对称曲面旋转变容泵，其效率高达75%左右。此外，此泵还因是容积渐变压缩实现泵送，泵内液体线速度较低，对泵冲刷性磨损较小，因而在输送高粘度液体、含固相物料浆体具有独到优势。例如使用在我国面广量大的石油原油输送，较现有原油输送多级离心泵功率可以节省35%以上，是一种较理想的原油输送泵。并且此泵可正/反向旋转工作。

中国专利200620116360.9公开了一种曲面旋转变容泵，基本结构如图1、2，包括内腔呈圆筒形的泵壳3及两端支承转轴的装配式泵盖2.1和2.2，泵腔轴向中部的固定分隔盘5将泵分隔为左右二腔，与泵腔轴线重合穿过分隔盘的转轴1，泵壳分隔盘位置对置的进液口7和出液口6，分隔盘进出液口位置厚度面上连通两侧的导液凹槽5.1和5.2，分隔盘两侧与泵腔周面转动配合、曲面相对并相错180度、固定在转轴上的轴对称曲面转盘4.1和4.2，分隔盘进出液口中间有轴向滑槽，内插可轴向往复滑动的挡板组件8。其中挡板组件由左右挡板8.1和8.2、中间导向块8.3及弹簧8.4组成，使左右挡板呈弹性可伸缩结构。工作原理：分隔盘两侧曲面相向、曲面错位180度的轴对称曲面转盘同步旋转，在滑动挡板两侧分别产生容积减少(排出)和容积增加(吸入)，左右共有2个排出工作腔，2个吸入工作腔，通过分隔盘上导液凹槽对外排出和吸入流体，从而实现泵的排、吸连续输送。滑动挡板在分隔盘轴向滑槽中往复运动，由同步旋转对置相错180度的曲面转盘曲面推动。然而此结构只是提出了一种轴对称曲面旋转变容泵的设想，由于缺少工程运行考虑，使得按此设计制作的变容泵，在工程中缺乏实际应用价值，特别是使用寿命短，通常有效工作不超过20天，因而导致该变容泵实际发明多年，只是停留在理论阶段，至今未有达到满足实际工程运行泵投入市场，所以市场没有该泵实际存在，泵工程手册上也未有报导，全国原油输送泵至今仍采用效率较低的多级离心泵。

例如：与轴对称曲面转盘接触分隔高低压区的滑动挡板端部，长时间与曲面转盘曲面滑动摩擦，为减轻与曲面转盘接触摩损，采用在端部开设圆孔，放置圆形滚柱或滚轮(以下统称滚轮)，使滑动挡板端面中部滚轮外圆与曲面转盘呈接触面最小的线接触，以此降低滑动挡板端面与曲面转盘摩擦阻力和降低磨损，延长滑动挡板和/或曲面转盘使用寿命。然而由于仅是从减轻滑动摩擦考虑，设置在滑动挡板端面的滚轮10直径远小于挡板厚度(端面露出很少圆弧)，使滑动挡板端部滚轮两侧存在较大受力平面11(图3)。而此泵滑动挡板两侧高低压力差较大，通常高达1MPa以上，压缩形成的高压流体对该平面会产生轴向顶推压缩，尤其在运行至曲面高点段A时(图4)，端部滚轮两侧较大的平面，还会造成挡板端宽部滚轮低压区侧与曲面接触受力(图3)，造成挡板端部滚轮与曲面转盘瞬间分离，使滑动挡板端面与曲面转盘间隙增加，加大了端面与高压液体接触面积，进而增加了压力流体对滑动挡板的反压推力，造成滑动挡板端部与曲面转盘产生间歇性分离。滑动挡板端部与曲面转盘间歇性分离：一是造成高压流体向挡板另一侧低压吸入区窜流泄漏，降低泵实际输出量(降低泵工作效率)，且效率随出口压力增高而降低，理论效率值大幅度下降，最高降低效率15～20%；而且随着运行时间延长，滑动挡板中弹簧8.4因反复被大幅度压缩，产生疲劳性弹性下降，使挡板端面与曲面转盘接触面压力降低，进而进一步增加泄漏窜流，导致在实际运行10～20天后，泵流量及出口压力大幅度下降，两项指标一般要同时下降15～20%，在1MPa以上高压力输送，效率只有65～70%，尤其在输送含固相物料原油时，使用寿命一般难以超过10天。二是滑动挡板高频率间歇性分离(转速800转/分左右)，使得滑动挡板与曲面转盘面产生高频率撞击，不仅极易造成挡板端面滚轮撞击性磨损，缩短了挡板使用寿命，工程运行挡板实际使用寿命只有10～15天，同时还会造成曲面转盘表面因冲击产生局部损伤，表面毛糙化，滑动挡板与曲面摩擦阻增加，造成泵功耗增加；而且高频率脉冲式撞击，还增加了泵运行时的噪音及震动(运行时出口没有压力就没有噪音、振动，只要泵出口一有压力，噪音、振动就放大，而且压力越高，噪音、震动越大)，震动产生轴承及轴密封使用寿命明显缩短。虽然理论上可以通过增加滑动挡板内弹簧压力强度来应对高压流体反压力，但增加弹簧压力强度结果导致增加了挡板与曲面转盘间磨损，同样造成挡板和曲面转盘使用寿命缩短，同时弹簧压力强度增加还造成泵功耗增加，增加运行能耗。此外，滑动挡板如此高频率脉冲式撞击，也限制了滚轮材料的选择，通常只能采用金属作滚轮。而普通金属滚轮，其耐磨性较差，此也是造成实际使用寿命短的一个重要原因，并且金属滚轮也限制了其不能用于带有颗粒介质中应用。虽然工程中有一些经济性、耐磨性和加工性都好的非金属材料，例如碳化硅、氧化铝陶瓷、氧化锆、微晶玻璃等，由于其自身固有的脆性大的弱点，高频率脉冲式撞击很容易造成碎裂，因而无法用于挡板端部滚轮。使用短期(10～15天)内泄漏严重额定流量减少，效率下降，泵功率增加，噪音、震动大，挡板和曲面转盘使用寿命短五大缺点，难以克服，成为此泵投入工程运行不可逾越的障碍，长期未能解决。

上述不足仍有值得改进的地方。

发明内容

发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可以确保旋转变容泵效率高、噪音低、震动小，滑动挡板和曲面转盘使用寿命长的轴对称曲面旋转变容泵。

本发明为解决上述技术问题，提供了以下技术方案：轴对称曲面旋转变容泵，包括内腔呈圆筒形的泵壳，泵腔轴向中部分隔泵腔的分隔盘，泵壳周面分隔盘位置对置的进液口和出液口，分隔盘两侧与泵腔周面转动配合、曲面相对并相错180度、固定在转轴上的轴对称曲面转盘，分隔盘进出液口中间轴向滑槽，内置可轴向滑动的滑动挡板组件。滑动挡板组件由左右滑动挡板、中间导向块及弹簧组成，使左右滑动挡板呈弹性可伸缩结构。挡板端部的滚轮，其特征在于滑动挡板端部滚轮直径与滑动挡板厚度相近，所述滚轮材料为耐磨陶瓷或耐磨塑料或微晶玻璃或硬质合金或浸渍石墨。上述技术方案通过加大滑动挡板端部滚轮直径，使之接近滑动挡板厚度，或将滑动挡板滚轮两侧受力平面切角成斜面或圆弧成弧面，以此达到消除或减小挡板厚度端面滚轮两侧受力平面，这样挡板在运行至曲面转盘低点向高点过渡斜面时，挡板端宽部低压区一侧不与曲面转盘工作面接触，从而消除了泵内高压流体对滑动挡板端面的反压力，以及滑动挡板端部与曲面转盘间歇性分离，克服了现有技术存在问题。所说挡板端部接近挡板厚度大直径轮，在嵌放允许条件下，滚轮可尽可能大，这样挡板端部安装滚轮后，滚轮两侧基本无受力平面，其作用是减小高压流体对滑动挡板端部反压力，以及使挡板在运行至曲面转盘低点向高点过渡斜面时，挡板端宽部低压区一侧不与曲面转盘工作面接触。为进一步提高滑动挡板端部滚轮的耐磨性，延长使用寿命，以及适应含有固相颗粒介质物料输送，滚轮可以采用碳化硅、氧化铝、氧化锆等耐磨陶瓷，改性超高分子聚乙烯、改性聚四氟乙烯等耐磨塑料，石墨，微晶玻璃等材料制作，并且较好采用滚柱结构(减化制作)。由于滚轮选材的扩大，滚轮与曲面转盘材质互配，一种较好是按软配硬或硬配软原则互配，即按材质硬度差异互配，例如曲面转盘为金属钢性材料，滚轮可选用耐磨塑料、浸渍石墨等软性材料，或硬度更高的硬质合金、碳化硅；如果曲面转盘采用工程塑料、橡胶等软性材料，滚轮可选择陶瓷、金属、微晶玻璃等硬性材料，这样软硬互配，能大幅度降低磨擦面磨损，有利于提高滑动挡板与曲面转盘的使用寿命，从而有效提升泵的使用寿命。

作为本发明的进一步改进，所述滚轮中心开有圆孔，内设置有销轴定位，作为对所述销轴的改进，销轴上端有防转凸部。

本发明的滚轮可设置为单个圆柱形滚柱或者设置为至少二个圆柱形滚柱叠合。

作为本发明的进一步改进，本发明的有益效果：本发明的轴对称曲面旋转变容泵，相对于现有技术，由于通过采取加大滑动挡板端部滚轮直径，或将挡板端受力平面切角成斜面或圆弧成弧面，从而大大减少或消除了滑动挡板端受力平面，同时滑动挡板在运行至曲面转盘低点向高点过渡斜面时，挡板端宽部一侧不会与转盘曲面接触受力，最大限度降低或消除了泵内高压流体对滑动挡板端面反压力，确保滑动挡板不会被高压液体压缩、及产生间隙性分离，克服了现有技术滑动挡板端部存在受力平面，造成挡板与转盘曲面瞬间分离带来的缺点，特别是实际使用寿命短的致命缺陷，可以确保旋转变容泵效率长期运行不降低，进液口截面大于出液口截面设计，还可进一步降低泵实际工作效率的下降，运行功耗不增加，消除了间隙性撞击产生的噪音和震动，也延长了滑动挡板、曲面转盘和泵的使用寿命，因而使旋转变容泵具有实际工程运行价值。其次，由于消除了滑动挡板高频率脉冲式撞击，使得端部滚轮材料选择范围扩大，一些经济性、加工性和耐磨性均好而硬度大的材料(例如碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆等耐磨陶瓷，改性超高分子聚乙烯、改性聚四氟乙烯等耐磨塑料，浸渍石墨，微晶玻璃)可以被采用，这样更能大幅度提高滑动挡板端部滚轮，以及曲面转盘使用寿命，并扩大了泵适用范围，例如可以用于含颗粒介质的输送。

以下结合若干个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解发明实质，但实施例具体细节仅是为了说明发明，并不代表发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对发明总的技术方案限定。一些在技术人员看来，不偏离发明构思的非实质性增加和/或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属发明保护范围。

附图说明

图1为现有技术轴对称曲面旋转变容泵结构示意图。

图2为图1的A-A剖示图。

图3为图1中滑动挡板端部一侧与曲面转盘在高点时受力接触示意图。

图4为图1轴对称曲面转盘平展示意图。

图5为本发明的结构示意图。

图6为图5的A-A剖示图。

图7为本发明滑动挡板一种端部结构示意图。

图8为图5中滚轮销轴安装示意图。

图9为叠合轴承代替滚轮示意图。

图10为变容泵另一种进、出液口示意图。

图11为变容泵又一种进、出液口示意图。

具体实施方式

实施例1：参见图5、6、7，本发明轴对称曲面旋转变容泵，包括内腔呈圆筒形的泵壳003及两端支承转轴的装配式泵盖021和022，与泵腔轴线重合的转轴001，泵腔轴向中部分隔泵腔并固定于泵体的分隔盘005，泵壳003分隔盘005位置对置的进液口007和出液口006，分隔盘005进出液口（007、006）位置厚度面上对置的连通两侧的导液凹槽051和052，分隔盘005两侧与泵腔内周面转动配合、曲面相对并相错180度、固定在转轴001上的轴对称曲面转盘004，分隔盘005进出液口（007、006）中间位置开有轴向滑槽，内插可轴向滑动的滑动挡板组件008。其中滑动挡板组件008由左右滑动挡板081和082、中间导块083及弹簧084组成，使左右滑动挡板（081、082）依中间导块083呈弹性可伸缩结构；泵壳003在滑动挡板组件008位置有用于安装滑动挡板组件008的贯通槽口009，滑动挡板组件008从贯通槽口009中插入分隔盘005轴向滑槽中。左右滑动挡板081和082外端开有向外豁口的圆盲孔，滚轮设置为单个圆柱形滚柱012，其直径与左右滑动挡板（081、082）厚度相近(滚轮也可以设置为至少二个圆柱形滚柱012叠合)，滚轮通过此向外豁口的圆盲孔插入左右滑动挡板（081、082）端部，单个或至少二个圆柱形滚柱012通过豁口凸出所述左右滑动挡板（081、082）端面，构成滚动配合(滚轮无柱销定位)，上述挡板端部设置的大直径滚柱基本消除了端面滚轮两侧受力平面，而且即使上述滑动挡板（081、082）在运行至曲面转盘041低点向高点过渡斜面A时，上述滑动挡板（081、082）端宽部低压区一侧也不与曲面转盘041接触。

实施例2：参见图8，如实施例1，其中滚柱中心有贯通孔，孔中插有定位柱销013，定位柱销013上端有防转凸部014，端部滚轮通过柱销013定位。此结构也可用于多个圆柱形滚柱012叠合代替单个圆柱形滚柱012。

实施例3：参见图9，如实施例2，其中大直径圆柱形滚柱012可以采用至少一个等直径叠装轴承015代替，用于输送油类介质。

实施例4：参见图10，如实施例1，其中分隔盘05进出液口（007、006）位置厚度面上无连通两侧的导液凹槽，进液口007和出液口006向外延伸，形成071、072、061、062与曲面转盘腔导通。

实施例5：参见图11，如实施例1和实施例7，其中泵壳003上进、出液口（007、006）为前两者结合，进液口007有中间通道073和两侧通道071和072，出液口006有中间通道063和两侧通道061和062。

实施例6：如实施例1，大直径圆柱形滚柱012或至少二个圆柱形滚柱012叠合，可根据实际使用工况选择不同材料，例如输送温度在60℃以上，输送压力在1MPa以上，可以采用锰钢、铜、硬质合金等；输送温度在60℃以内，输送压力在1MPa以内，可以采用采用改性超高分子量聚乙烯、改性聚四氟乙烯等耐磨塑料、橡胶；输送磨蚀性料浆介质，可以采用碳化硅、氮化硅、氧化铝陶瓷、氧化锆、微晶玻璃等耐磨性好但脆性大的材料。

实施例7：如前述，将进液口007孔截面积设计为大于出液口006孔截面积10%～50%。

对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征的等效变化或修饰，特征间的相互不同组合，例如滚柱定位还可以是销轴、轴承复合安装结构，等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专利描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。

Claims (8)

1.轴对称曲面旋转变容泵，包括内腔呈圆筒形的泵壳，泵腔轴向中部分隔泵腔的分隔盘，泵壳周面分隔盘位置对置的进液口和出液口，分隔盘两侧与泵腔周面转动配合、曲面相对并相错180度、固定在转轴上的轴对称曲面转盘，分隔盘进出液口中间轴向滑槽，内置可轴向滑动的滑动挡板组件，滑动挡板组件由左右滑动挡板、中间导向块及弹簧组成，使左右滑动挡板呈弹性可伸缩结构,滑动挡板端部的滚轮，其特征在于滑动挡板端部滚轮直径与滑动挡板厚度相近，所述滚轮材料为耐磨陶瓷或耐磨塑料或微晶玻璃或硬质合金或浸渍石墨。

2.根据权利要求1所述的轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于耐磨陶瓷为碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硅。

3.根据权利要求1所述的轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于耐磨塑料为改性超高分子聚乙烯、改性聚四氟乙烯。

4.根据权利要求1所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于所述滚轮中心开有圆孔，内设置有销轴定位。

5.根据权利要求4所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于所述销轴上端有防转凸部。

6.根据权利要求4所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于所述滚轮设置为单个圆柱形滚柱。

7.根据权利要求4所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于所述滚轮设置为至少二个圆柱形滚柱叠合。

8.根据权利要求1所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于所述滚轮设置为至少一个轴承，轴承孔内设置销轴定位。

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