CN102979722A - 轴对称曲面旋转变容泵 - Google Patents

Abstract

轴对称曲面旋转变容泵，滑动挡板负压区侧受力面包裹一层有润滑性能好、磨擦系数低的耐磨衬层，和/或滑动挡板与分隔盘滑槽受力面侧有若干轴向贯通凹槽。滑动挡板在单面受力下，增加了润滑，降低了滑动摩擦，不仅往复移动运行阻力小、负荷低，无效轴功率消耗小，而且降低了滑动挡板受力面磨损，使用寿命得到延长；此外，还可以提高泵输送压力，可以开发一些高压力旋转变容泵；并且由于增加了滑动挡板滑动润滑性，基本上不会产生摩擦发热，可以采用耐磨性好的塑料作挡板组件。

Description

轴对称曲面旋转变容泵

技术领域

发明是对轴对称曲面旋转变容泵的改进，尤其涉及一种滑动挡板滑动顺畅、无效轴功率小、挡板材质选择范围宽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3.1和出液口3.2，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，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6。其中挡板组件由左右挡板6.1和6.2、中间导向块6.3及弹簧6.4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：分隔容积泵高、低压区的轴向滑动挡板，一侧为吸液的负压区，另一侧为输出的高压区，两侧压差很大，一般都在1MPa以上。滑动挡板在分隔盘滑槽中轴向往复运动时，客观上由于受高低压力差影响，导致滑动挡板呈负压侧单面紧贴滑槽内壁摩擦往复滑动，在滑动挡板近负压的工作面上，每平方厘米要承受1～2MPa的压力，在这种压力的作用下，挡板与中隔盘之间摩擦阻力大幅度上升，由此使得滑动挡板在滑槽中运动阻力增大，泵的功率消耗也随之大幅度上升。经试验，在滑动挡板与滑槽接触面表面光洁度尚好，及输送压力低于0.6MPa的情况下，电机功率消耗约增加15%左右，如果滑动挡板表面，因输送液体中含固体颗粒物等原因引起磨损、拉毛等现象后，或输送压力超过0.8MPa的情况下，轴功率消耗会大幅度增加，一般电机功率消耗会上升30～50%，有时甚至会因卡死而停机。

为解决以上长期难解决的问题，发明人也采用改变滑动挡板的材料，来解决滑动挡板的摩擦阻力问题。例如采用了超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、改性聚四氟乙烯（PTFE）及聚苯硫醚(PPS)等材料，由于这些材料的自润滑性能好，摩擦系数低，试验表明：滑动挡板在中隔盘滑槽中的摩擦阻力大幅度降低，泵的功率消耗也随之大幅度降低，与金属材质的滑动挡板相比较，泵运行时电机功率下降15～20%。但是由于这些材料均是机械强度差、使用温度相对比较低的非金属材料，试验的结果表明在泵输送压力低于0.6MPa、使用温度低于60℃的工况中下才能正常使用，否则非金属材料的滑动挡板就会产生热变形或压力变形损坏，由此限制了容积泵的应用范围。

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，提供一种滑动挡板运动阻力小、无效轴功率小、使用压力高、使用温度高、挡板不易损坏、泵使用寿命长的轴对称曲面旋转变容泵。

为解决现有技术的不足，本发明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，内插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。所述滑动挡板对应进液口一侧为负压区，对应出液口一侧为高压区，其特征在于滑动挡板负压区一侧受力面包衬或和镶嵌有一层耐磨层。

作为进一步改进，在所述滑动挡板的负压区一侧受力面和\或与负压区一侧受力面相对的另一侧高压面以及上下侧面也包裹有耐磨层。为了进一步降低滑动挡板在滑槽中的运行阻力，可以在滑动挡板的上侧面、下侧面、正压区侧面和负压区的受力面上，均覆一层耐磨性能好、摩擦系数低的塑料层，也就是说在组合滑动挡板组合后的6个面中，其中上、下、负压侧（吸入口一侧）、正压侧（出液口一侧）四个面上均覆有塑料层。这样滑动挡板的运行摩擦阻力更小，泵的效率更高。

上述耐磨层为塑料层。

作为优选，塑料层为超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚苯硫醚。

润滑性能好、摩擦系数低的耐磨衬层，可以是现有技术中的低摩擦系数的塑性材料，例如：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)可在90℃以下温度条件下使用、改性聚四氟乙烯(PTFE) 可在120℃以下温度条件下使用、聚苯硫醚(PPS) 可在150℃以下温度条件下使用等，也可以是其它高耐磨的铸型材料，例如铸型尼龙、浇注型聚氨酯等，还可以是粘合在滑动挡板上的低摩擦系数材料，例如增韧氧化铝、陶瓷、增韧碳化硅、微晶玻璃等类似的材质。

对滑动挡板的进一步改进，所述滑动挡板设有使塑料层与滑动挡板粘结固定的孔或和凹槽。本发明中，滑动挡板上所包衬的耐磨层，是以热熔模压或浇注或粘合的制作方法，固定在金属滑动挡板上的。为了使覆合上去的塑料层粘合锚固在金属体上，防止滑动挡板带压运行时，覆合层变形、移位脱落，较好的方法是在挡板的金属体上加工孔、槽等，使塑料通过热模压注入孔、槽内，或凹凸互补镶嵌，起到锚固定位作用。

作为优选，上述耐磨层中可填充有矿物颗粒或和纤维，作为填充的矿物颗粒或和纤维的优选，填充的矿物颗粒或和纤维为碳酸钾晶须、碳纤维、玻纤二硫化钼、石墨、铜粉一种或组合。为了使覆合上去的耐磨层有更好的耐磨性和耐温性能，较好的方法是在塑料中填充碳纤维、碳酸钾晶须等能增强耐磨性能的耐磨材料，能较好地提高滑动挡板覆合层的耐温性能和耐磨性能，一般耐磨性能提升80%，使用耐温性能提高20～40℃的使用温度。 

作为本发明的进一步改进，上述滑动挡板负压区侧面的受力面与耐磨层包衬或和镶嵌的结构为镶嵌复合结构，所述的镶嵌复合结构优选为粘合结构或和凹凸互补偶合结构。

作为优选，镶衬在滑动挡板上的材料为铜合金、耐磨塑料、增韧的碳化硅、微晶玻璃。

作为优选，覆盖于滑动挡板的耐磨层厚度为3～15mm，最好为5～12mm。

作为本发明的进一步改进，滑动挡板内埋设有金属件。

作为本发明的进一步改进，耐磨层上开设有有轴向贯通的凹槽。

作为本发明的进一步改进，轴向滑槽内设有耐磨衬板。

通过上述方式在金属滑动挡板负压区一侧受力面上包衬一层润滑性能好、摩擦系数低的非金属材料作为耐磨过渡层，使滑动挡板不直接与中隔盘上滑槽的金属壁直接接触摩擦，滑槽壁只与润滑性能好的耐磨过渡层摩擦，以降低摩擦阻力；而滑动挡板中的金属体，承受输送流体所产生的压力的功能，通过改进后的滑动挡板，摩擦面上因为有润滑系数好的塑料与滑槽发生摩擦，这样不仅摩擦阻力大幅度减少，泵的功耗下降，而且，由于与滑槽壁摩擦的是塑料或软金属，是软对硬的摩擦，因此滑槽也不会产生磨损，有效延长了分隔盘的使用寿命；滑动挡板中的金属体，起到承受流体压力的作用，能使容积泵能在1MPa以上压力的工况中长期使用，从而克服了原有技术的不足，实现发明目的。

本发明的有益效果：发明的轴对称曲面旋转变容泵，相对于现有技术，由于采用在滑动挡板负压区侧受力面包裹一层润滑性能好、摩擦系数低的耐磨层，从而达到滑动在单面受力情况下往复运动时，增加了润滑，降低了滑动摩擦，减少了泵运行时的无效功耗，克服了现有技术的不足，不仅挡板滑动往复移动运行时阻力小、负荷低、无效轴功率消耗小，而且降低了滑动挡板滑槽的磨损，使用寿命得到延长。同时，还可以提高泵的输送压力，由原有技术的泵输送压力只有0.6～0.8MPa，提升到现能输送压力1.5～2MPa，使用温度范围也由原有的60℃提升到100℃，扩大了曲面旋转变容泵的应用范围。

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1A-A剖结构示意图。

图3为发明第一实施例改进后的轴对称曲面旋转变容泵结构示意图。

图4为图3A-A剖结构示意图，滑动挡板负压区侧包衬耐磨润滑层。

图5为图4中I局部放大结构示意图。

图6为图3、4、5中滑动挡板金属组件上设有孔、槽示意图。

图7为滑动挡板组合正视图。

图8为图7A-A剖视图，滑动挡板高压侧、负压侧和上、下面均包衬有耐磨润滑层，并在受力面设有沟槽示意图。

图9为图7B-B剖视图，滑动挡板高压面和负压面均包衬有耐磨润滑层示意图。

图10为滑动挡板组合正视剖面图，滑动挡板上、下面均包衬有耐磨润滑层示意图。

图11为图7B-B剖视图，塑料滑动挡板基体中设有金属件示意图。

图12为图7B-B剖视图，滑动挡板单侧设有金属板或条结构示意图。

图13为图7B-B剖视图，滑动挡板一侧组合镶嵌有耐磨衬板示意图。

图14为滑动挡板运行的滑槽内设有耐磨衬板示意图。

具体实施方式

以下结合若干具体实施例，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。

轴对称曲面旋转变容泵，包括内腔呈圆筒形的泵壳3，泵腔轴向中部分隔泵腔的分隔盘5，泵壳3周面分隔盘5位置对置的进液口3.1和出液口3.2，分隔盘5两侧与泵腔周面转动配合、曲面相对并相错180度、固定在转轴1上的轴对称曲面转盘4，分隔盘5进出液口（3.1、3.2）中间轴向滑槽，内插可轴向滑动的滑动挡板组件6。滑动挡板组件6由左右滑动挡板（6.1、6.2）、中间导向块6.3及弹簧6.4组成，使左右滑动挡板（6.1、6.2）呈弹性可伸缩结构。所述滑动挡板（6.1、6.2）对应进液口3.1一侧为负压区，对应出液口3.2一侧为高压区，所述滑动挡板（6.1、6.2）负压区一侧受力面包衬或和镶嵌有一层耐磨层6.7，也可以在滑动挡板（6.1、6.2）的负压区一侧受力面和\或与负压区一侧受力面相对的另一侧高压面以及上下侧面包裹有耐磨层6.7；所述的耐磨层6.7为塑料层，也可以为铜合金、耐磨塑料、增韧的碳化硅、微晶玻璃等材料，作为优选，塑料层可为超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚苯硫醚；当耐磨层6.7为塑料层时，所述滑动挡板（6.1、6.2）设有使塑料层与滑动挡板（6.1、6.2）粘结固定的孔或和凹槽6.11；耐磨层6.7为塑料层时填充有矿物颗粒或和纤维，作为优选，填充的矿物颗粒或和纤维为碳酸钾晶须、碳纤维、玻纤二硫化钼、石墨、铜粉一种或组合。上述滑动挡板（6.1、6.2）负压区一侧的受力面与耐磨层6.7包衬或和镶嵌的结构为镶嵌复合结构，所述镶嵌复合结构为粘合结构或和凹凸互补偶合结构，优选覆盖于滑动挡板的耐磨层厚度为3～15mm，最好为5～12mm；滑动挡板（6.1、6.2）内优选埋设有金属件6.9；耐磨层6.7上可开设有有轴向贯通的凹槽6.7.1；所述轴向滑槽内设有耐磨衬板8。

以上是本发明的基本实施方式，下面详细介绍本发明的具体实施例：

实施例1：参见图3、4、5、6，发明轴对称曲面旋转变容泵，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将泵腔分隔为左右二腔，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3.1和出液口3.2，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，分隔盘进出液口中间有轴向滑槽，内插可轴向往复滑动的滑动挡板组件6。滑动挡板组件6由左右滑动挡板6.1和6.2、中间导向块6.3及弹簧6.4组成，使左右滑动挡板（6.1、6.2）呈弹性可伸缩结构。滑动挡板（6.1、6.2）两端部设有滚柱6.5，滑动挡板（6.1、6.2）上方有盖板7。滑动挡板（6.1、6.2）在泵腔负压区（吸入口侧3.1）一侧包衬一层润滑性好、摩擦系数低的超高分子量聚乙烯的耐磨层6.7。当泵运行时，复合在滑动挡板（6.1、6.2）上的耐磨层6.7随挡板往复运动，耐磨层6.7与分隔盘5上的轴向滑槽内侧面滑动摩擦。由于超高分子量聚乙烯材料的耐磨层6.7有极好的自润性，因此滑动挡板（6.1、6.2）在滑动运行时摩擦阻很小，无效功耗也很少，分隔盘5一般为金属铸件，对分隔盘5上的金属轴向滑槽的磨损也很小。所以本技术能大幅度降低泵机的功率消耗的同时，又能大幅度延长泵机的使用寿命。

为了防止包衬在滑动挡板（6.1、6.2）上的耐磨层6.7在带压往复摩擦运行的过程中产生变形剥离脱落，需在滑动挡板（6.1、6.2）与超高分子量聚乙烯结合的金属面上，开设孔、槽6.11等锚固结构。在热压成型过程中，包衬的超高分子量聚乙烯注入孔或和凹槽6.11中，防止了耐磨层6.7的脱落变形。

实施例2：参见图7、8、9、10，如实施例1，滑动挡板（6.1、6.2）的负压区一侧受力面和\或与负压区一侧受力面相对的另一侧高压面以及上下侧面包裹有耐磨层6.7（即滑动挡板（6.1、6.2）的负压区一侧受力面或和上下侧面、高压区一侧表面上），同时用冷压定型后，再加温烧结的工艺覆合上聚四氟乙烯塑料耐磨层6.7，并在耐磨层6.7受压摩擦的侧面和上、下侧面上，加工若干条与轴向贯通的凹槽6.7.1。在滑动挡板（6.1、6.2）上下侧面覆合聚四氟乙烯塑料耐磨层6.7，能起到更好的润滑作用，以减少滑动挡板（6.1、6.2）运行时的阻力。在滑动挡板（6.1、6.2）的耐磨层6.7上加工轴向贯通凹槽6.7.1，目的在于引泵腔内的介质流入滑动挡板的受压摩擦工作面，起到润滑和冷却（挡板因摩擦产生的温度）的作用。

实施例3：参见图7、11、12，为了制作方便，当滑动挡板（6.1、6.2）为整体塑料时在受力部位或负压区一侧埋设金属件6.9，这样，滑动挡板（6.1、6.2）与轴向滑槽的接触面为摩擦系数低、润滑系数好的塑料面，滑动挡板（6.1、6.2）中埋设金属件6.9，以增加塑料滑动挡板的耐温耐压能力，这种局部埋设有金属增强件的滑动挡板，可以适用输送使用压力低于0.8MPa的，温度低于85℃的液体。滑动挡板（6.1、6.2）基体的材料可选超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯等耐磨性能好、摩擦系数低的塑料。滑动挡板（6.1、6.2）中埋设的金属件6.9可以是带孔的条块，也可以是带凹凸结构的金属件，金属件的长度接近于或小于挡板的宽度。

实施例4：参见图7、13，上述滑动挡板（6.1、6.2）负压区一侧的受力面与耐磨层6.7包衬或和镶嵌的结构为镶嵌复合结构，所述镶嵌复合结构为粘合结构或和凹凸互补偶合结构，选取耐磨性能好、润滑性能好、韧性好的铜合金材料镶衬板6.10，镶衬在滑动挡板（6.1、6.2）一侧，镶衬板6.10的外形同于或接近于挡板的形状，镶衬板6.10的厚度可以根据材料的强度，在3～15mm之间选取，镶衬板6.10与滑动挡板（6.1、6.2）之间可以用树脂粘合结构粘合定位，也可以用凹凸互补偶合结构6.10.1偶合定位。镶衬板6.10的材质有多种选择，例如：耐磨塑料、增韧的碳化硅、微晶玻璃、硬质金属合金。

实施例5：参见图14，在轴向滑槽内镶嵌耐磨性能高、润滑性能好的U形耐磨衬板8，使滑动挡板（6.1、6.2）在U形耐磨衬板8中滑动，也同样能减少滑动挡板（6.1、6.2）的阻力，延长滑动挡板（6.1、6.2）的寿命。耐磨衬板8可以是双侧镶嵌，也可以是单侧镶嵌。耐磨衬板8的形状可以是平板，也可以是L形，也可以是U形。耐磨衬板8的材料可以是耐磨性能好的金属材料，也可以是塑料等非金属材料。

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，不同包衬材料的不同成型工艺，例如实施例中特征相互组合，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 (15)

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，内插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,所述滑动挡板对应进液口一侧为负压区，对应出液口一侧为高压区，其特征在于滑动挡板负压区一侧受力面包衬或镶嵌有一层耐磨层。

2.根据权利要求1所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于滑动挡板的负压区一侧受力面和\或与负压区一侧受力面相对的另一侧高压面以及上下侧面包裹有耐磨层。

3.根据权利要求1或2所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于所述的耐磨层为塑料层。

4.根据权利要求3所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于塑料层为超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚苯硫醚。

5.根据权利要求4所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于所述滑动挡板设有使塑料层与滑动挡板粘结固定的孔或和凹槽。

6.根据权利要求3所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于耐磨层中填充有矿物颗粒或和纤维。

7.根据权利要求6所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于填充的矿物颗粒或和纤维为碳酸钾晶须、碳纤维、玻纤二硫化钼、石墨、铜粉一种或组合。

8.根据权利要求1所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于滑动挡板负压区侧面的受力面与耐磨层包衬或和镶嵌的结构为镶嵌复合结构。

9.根据权利要求8所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于镶嵌复合结构为粘合结构或和凹凸互补偶合结构。

10.根据权利要求9所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于镶衬在滑动挡板上的材料为铜合金、耐磨塑料、增韧的碳化硅、微晶玻璃。

11.根据权利要求1或2所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于覆盖于滑动挡板的耐磨层厚度为3～15mm。

12.根据权利要求11所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于覆盖于滑动挡板的耐磨层厚度为5～12mm。

13.根据权利要求3所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于滑动挡板内埋设有金属件。

14.根据权利要求1或2所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于耐磨层上开设有有轴向贯通的凹槽。

15.根据权利要求1或2所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于轴向滑槽内设有耐磨衬板。

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