CN102979723B - 轴对称曲面旋转变容泵 - Google Patents

Abstract

本发明轴对称曲面旋转变容泵，相对于现有技术，由于通过将滑动挡板端面中部凸出接触点移至滑动挡板端面偏高压区一侧，从而消除或减小了滑动挡板端面高压区侧受力平面，最大限度降低了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流体反压而产生轴向压缩、及产生间隙性分离，克服了现有技术滑动挡板端面存在受力平面，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。

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，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需要的泵投入市场，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)，震动造成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。

此外，现有轴对称曲面旋转变容泵，泵进液口和出液口孔截面积设计相同，由于出液口流体压力高、流速快，例如在输送压力为0.8MPa时，流速可达每秒10~15米；而吸液口吸入负压较低，在前述输出压力下，吸入负压仅为-0.02MPa，流速只能达到4~6米。这样在同一时间内，通过进出液口的流量产生很大的差异，造成吸入口进液流量大大低于出液口输出流量，产生的后果同样将降低泵实际工作效率，并且还会因吸液口通径小，致使流体供不上，进而产生气蚀和气蚀性噪音。

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：发明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并固定于泵体的分隔盘，在泵壳周面相对于分隔盘位置对置有进液口和出液口，分隔盘两侧与泵腔周面转动配合且固定在转轴上，曲面相对并相错180度的轴对称曲面转盘，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、中间导块及弹簧组成，使滑动挡板依中间导块呈弹性可伸缩结构。其特征在于滑动挡板端面设置有与曲面转盘相接触的凸条，所述凸条位于滑动挡板端面高压区一侧、挡板厚度1/3区间，所述凸条与滑动挡板端面可为一体成型。

通过使滚柱高点至滑动挡板低点之间形成的斜度，大于曲面转盘斜面上的最大斜度，这样消除或减小挡板厚度端面受力平面。具体改进是将滑动挡板端面中部与转盘曲面接触的凸出滚轮或凸条，改为将凸条设置在滑动挡板端面高压区一侧1/3区间，使滑动挡板端面与转盘曲面接触点在高压区一侧，以此减小或消除滑动挡板端面高压区侧受力平面，从而克服现有技术的不足，实现本发明目的。

为确保滑动挡板在曲面转盘曲面任何位置，挡板端面低压区边侧不与曲面接触受力，避免高压腔流体进入滑动挡板端面，对滑动挡板产生轴向压缩，一种较好是使滑动挡板偏置凸条高点与挡板低压区侧边的斜度大于曲面转盘最大斜面。所述滑动挡板端面的凸条位于滑动挡板端面高压区边侧。滑动挡板端面凸条宽度与泵大小、使用压力呈正相关。

作为本发明进一步改进，凸条顶与滑动挡板端面低压侧高差大于曲面转盘曲面最大斜面，这样曲面转盘旋转时，滑动挡板端面低压区侧不会与曲面接触受力，造成顶开滑动挡板。

为提高滑动挡板端部凸条耐磨性，延长使用寿命，一种更好为挡板端面凸条位于滑动挡板端面高压区边侧的同时采用镶嵌耐磨嵌块结构，以此减轻滑动挡板和/或曲面转盘磨损，进一步延长使用寿命，并且适应含颗粒介质料浆的输送。镶嵌材料可以是：改性超高分子聚乙烯、改性聚四氟乙烯等耐磨塑料，碳化硅、氧化铝、氧化锆等耐磨陶瓷，微晶玻璃中一种。

滑动挡板端面的凸条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，挡板端部的镶嵌材料可选用耐磨塑料、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，挡板端部的镶嵌材料可选择陶瓷、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。

此外，为降低或消除进出液口流量差异造成泵效率的降低，一种较好是使进液口孔截面积大于出液口孔截面积10%~50%(输出压力越高进液口截面越大)，以平衡进液口和出液口实际流量，确保泵的理论效率(或使效率下降至最低)。

本发明的有益效果：本发明轴对称曲面旋转变容泵，相对于现有技术，由于通过将滑动挡板端面中部凸出接触点移至滑动挡板端面偏高压区一侧，从而消除或减小了滑动挡板端面高压区侧受力平面，最大限度降低了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流体反压而产生轴向压缩、及产生间隙性分离，克服了现有技术滑动挡板端面存在受力平面，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，使得挡板高压区一侧接触凸条，可以镶嵌一些经济性、加工性和耐磨性均好而脆性大的材料(例如碳化硅、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，浸渍石墨，微晶玻璃)，这样更能大幅度提高滑动挡板端部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。

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为图1中滑动挡板端部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为发明滑动挡板端面一种凸条与转盘曲面接触示意图。

图6为发明滑动挡板端面另一种凸条与转盘曲面接触示意图。

图7为发明的滑动挡板端面再一种凸条上设置滚轮与转盘曲面接触示意图。

图8为一种镶嵌耐磨凸条结构示意图。

图9为另一种镶嵌耐磨凸条结构示意图。

图10为再一种镶嵌耐磨凸条结构示意图。

图11为还一种镶嵌耐磨凸条结构示意图。

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。

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并固定于泵体的分隔盘5，在泵壳3周面分隔盘位置对置的进液口7和出液口6，分隔盘5两侧与泵腔周面转动配合且固定在转轴上，曲面相对并相错180度的轴对称曲面转盘4，分隔盘5进出液口（7、6）中间轴向滑槽，内插可轴向滑动的滑动挡板组件8。滑动挡板组件8由左右滑动挡板8.1和8.2、中间导块8.3及弹簧8.4组成，使滑动挡板（8.1、8.2）依中间导块呈弹性可伸缩结构。滑动挡板（8.1、8.2）端面设置有与曲面转盘4相接触的凸条12，所述凸条12位于滑动挡板端面高压区一侧、挡板厚度1/3区间。所述凸条12与滑动挡板（8.1、8.2）端面一体成型，所述滑动挡板（8.1、8.2）端面的凸条12位于滑动挡板（8.1、8.2）端面高压区边侧，优选所述滑动挡板（8.1、8.2）端面的凸条12为镶嵌耐磨材料，所述凸条12上可以设置有滚轮10，所述凸条12宽度与泵大小、使用压力呈正相关，所述凸条12顶与滑动挡板（8.1、8.2）端面低侧高差大于曲面转盘4曲面最大斜面，进液口7孔截面积优选设计为大于出液口6孔截面积10~50%，滑动挡板（8.1、8.2）端面凸条12与曲面转盘材质优选按软配硬或硬配软原则互配。

以上为本发明的基本实施方式，以下详细介绍本发明的具体实施例：

实施例1：参见图1、2、5，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，与泵腔轴线重合的转轴1，泵腔轴向中部固定分隔左右腔的分隔盘5，在泵壳分隔盘位置对置的进液口7和出液口6，分隔盘5进出液口（7、6）位置厚度面上对置的连通两侧的导液凹槽5.1和5.2，分隔盘5两侧与泵腔内周面转动配合且固定在转轴1上，曲面相对并相错180度的轴对称曲面转盘4，分隔盘5进出液口（7、6）中间位置开有轴向滑槽，内插可轴向滑动的滑动挡板组件8。其中滑动挡板组件8由左右滑动挡板8.1和8.2、中间导块8.3及弹簧8.4组成，使滑动挡板（8.1、8.2）依中间导块呈弹性可伸缩结构；泵壳滑动挡板位置有安装滑动挡板的贯通槽口9，滑动挡板组件8从此槽口中插入分隔盘轴向滑槽中。左右两块滑动挡板8.1和8.2外端面高压区边侧有三角斜面凸条12，凸条12顶与滑动挡板（8.1、8.2）端面低压侧高差大于曲面转盘曲面最大斜面，这样曲面转盘4旋转时，滑动挡板（8.1、8.2）端面低压区侧不会与曲面接触受力，造成顶开滑动挡板（8.1、8.2）。并且凸条12宽度与泵大小、使用压力呈正相关。

实施例2：参见图6，如实施例1，其中滑动挡板（8.1、8.2）端面凸条呈台阶结构13。

实施例3：参见图7，如实施例1，其中滑动挡板（8.1、8.2）端面凸条上设置有滚轮10。

实施例4：参见图:8~11，如前述，滑动挡板（8.1、8.2）端面凸条12为镶嵌耐磨材料14，镶嵌耐磨材料14可以是碳化硅、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，浸渍石墨，微晶玻璃等；镶嵌头部可以是圆弧形、三角、台阶结构等多种。

实施例5：如前述，将进液口7孔截面积设计为大于出液口6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，例如滑动挡板端面凸条形状的改变，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 (7)

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并固定于泵体的分隔盘，在泵壳周面相对于分隔盘的位置对置有进液口和出液口，位于分隔盘两侧与泵腔周面转动配合且固定在转轴上、曲面相对并相错180度的轴对称曲面转盘，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、中间导块及弹簧组成，使滑动挡板依中间导块呈弹性可伸缩结构，其特征在于滑动挡板端面设置有与曲面转盘相接触的凸条，所述凸条位于滑动挡板端面高压区一侧、挡板厚度1/3区间，凸条顶与滑动挡板端面低侧高差大于曲面转盘曲面最大斜面。

2.根据权利要求1所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于所述凸条与滑动挡板端面一体成型。

3.根据权利要求1所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于所述滑动挡板端面的凸条为镶嵌耐磨材料。

4.根据权利要求1~2之一所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于所述凸条上设置有滚轮。

5.根据权利要求1~2之一所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于凸条宽度与泵大小、使用压力呈正相关。

6.根据权利要求1~3之一所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于进液口孔截面积设计为大于出液口孔截面积10~50%。

7.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端面凸条与曲面转盘材质按软配硬或硬配软原则互配。