CN102979725B - 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

本发明是对轴对称曲面旋转变容泵的改进，尤其涉及一种不仅滑动挡板选材范围宽，使用范围广，而且可以承受较高流体压力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1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7，泵壳分隔盘位置对置的进液口9和出液口8，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3.1和3.2，分隔盘进出液口中间有轴向滑槽，内插可轴向往复滑动、呈弹性可伸缩的挡板组件6。所述挡板组件6由左右挡板、中间导向块及弹簧组成，使左右挡板呈弹性可伸缩结构，上方泵壳有挡板安装通槽及挡板盖板4。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：分隔高、低压的轴向滑动挡板宽度与曲面转盘工作半径相同，伸出分隔盘的滑动挡板完全由分隔盘滑槽单边线支撑。而滑动挡板两侧高低压力差较大，通常高达1MPa及以上，伸出分隔盘的滑动挡板单边支撑受力，对滑动挡板材料抗折强度要求很高，所以只能采用抗折强度高的金属，因而限制了一些耐腐性好、摩擦系数低的非金属材料，如改性超高分子量聚乙烯、改性聚四氟乙烯、聚苯硫醚等塑料作滑动挡板(因抗折强度低，单边受力易弯曲变形，尤其在输送有温度介质(60℃及以上)，0.8MPa就发生变形，进而影响正常滑动)，同时也限制了旋转变容泵不能用于输送腐蚀性介质，并且金属滑动挡板也只能承受不超过1.2MPa工作压力。其次，滑动挡板单边受力，挡板与分隔盘滑槽端面受力点集中于一纵线，造成挡板往复滑动时局部阻力增大，容易造成挡板卡死或损坏挡板，并且还会增加无用轴功率消耗。再就是，滑动挡板主要功能是分隔高低压区，从此功能在保证强度下厚度越薄泵的有效容积越大，但为抵抗单边承受较高压力不弯曲，必须增加挡板厚度，从而降低了泵的有效容积。此外，金属滑动挡板端部凸条或滚轮持续与金属曲面转盘曲面摩擦，两者同为硬质材料磨损严重，导致滑动挡板和曲面转盘使用寿命缩短。分隔盘功能仅是将筒形泵腔分隔成左右二腔，为尽可能减轻泵体积及重量，理论上分隔盘只需达到强度的最小厚度，然而这样又导致滑动挡板移动轴向滑槽较短，而过短的轴向滑槽又会影响挡板可靠滑移，为确保滑动挡板可靠往复移动，必须加厚分隔盘厚度，通常分隔盘厚达50~120mm，这样又增加了泵体积和重量。

上述不足仍有值得改进的地方。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种不仅滑动挡板移动灵活，而且可以承受较高流体压力，并且能增加选材应用，使用范围宽的轴对称曲面旋转变容泵。

本发明为了解决上述技术问题，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并固定于泵体的分隔盘，设置于泵壳周面上与分隔盘位置对置的进液口和出液口，分隔盘两侧设置有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，在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，所述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，所述滑动挡板组件对应进液口一侧为负压区，对应出液口一侧为高压区，滑动挡板组件上方泵壳有贯通槽，其特征在于泵壳贯通槽与分隔盘轴向滑槽的相对面设置有用于连通滑槽两端泵腔的轴向泄荷槽，和/或在插入分隔盘轴向滑槽的左右滑动挡板底端或侧面开设有用于连通滑槽两端泵腔的轴向泄荷槽。

左右滑动挡板滑动时端部与滑槽端可能会形成局部封闭容腔，在左右滑动挡板左右往复移动时，因两端存在容腔会产生交替正压荷载和负压荷载，从而增加了左右滑动挡板运行阻力，导致泵功率消耗增加。为避免此现象，一种优选是泵壳贯通槽与分隔盘轴向滑槽的相对面设置有用于连通滑槽两端泵腔的轴向泄荷槽，和/或插入分隔盘轴向滑槽的滑动挡板底端或侧面开设有用于连通滑槽两端泵腔的轴向泄荷槽即(顶面槽和/或侧面槽)，使分隔盘轴向滑槽两端液体通过泄荷槽导通，从而消除滑动挡板往复移动在两端产生的正压和负压荷载。泄荷槽截面形状不限，可以是三角形、方形、凹形、圆孔等，只要能连通分隔盘轴向滑槽两端导液，使高、低压力区互通均可。

作为本发明的进一步改进，曲面转盘曲面中心部有盲孔，分隔盘两侧中部有伸入曲面转盘盲孔的轴向延伸段，轴向延伸段上与分隔盘轴向滑槽同位设置有轴向滑槽，滑动挡板上下加宽，加宽上下端分别插入泵壳贯通槽和分隔盘延伸段轴向滑槽中。

上述改进通过在曲面转盘曲面中心部加工有盲孔，二是在分隔盘两侧中部设置有伸入曲面转轮盲孔的轴向延段，并在延伸段上与分隔盘轴向滑槽同位开有轴向滑槽，三是将滑动挡板上下加宽，加宽上部伸入泵壳插入贯通槽中，加宽下部伸入分隔盘轴向延段轴向滑槽中，使加宽的滑动挡板上中下三部位在滑槽中，大大提高了左右滑动挡板对高压流体抗压能力，降低了对滑动挡板抗折强度要求，同时也提高了左右滑动挡板移动灵活性。

如果左右滑动挡板端部设置滚轮，一种较好是使端面上下加宽部长度大于中间，使滑动挡板端部呈“工”字形(上下端伸出)，滚轮放置于工字内凹中。

为提高滑动挡板移动灵活性，还可以在滑动挡板与分隔盘或分隔盘延伸段轴向滑槽底面有垂直或斜交于挡板平面的若干滚柱或者滑动挡板与分隔盘及分隔盘延伸段轴向滑槽底面和/或顶面间有滚珠，使滑动挡板与上述滑槽底或顶面由摩擦阻力大的滑动摩擦，变为摩擦阻力小的滚动摩擦，使挡板往复移动更灵活，以进一步降低无用功耗。其中优选垂直或斜交于挡板平面的滚柱，长期运行不会划出沟槽。此外，滑动挡板与上述滑槽底面和/或顶面间设置滚珠或垂直于平面的滚柱，也可以起到导通滑槽两端，同样具有泄荷作用。

为减小滑动挡板在上述滑槽中单面受力摩擦阻力造成滑动不畅，还可以在分隔盘或分隔盘延伸段轴向滑槽和/或滑动挡板负压区侧(滑动受力面侧)开设轴向凹槽，和/或滑动挡板负压区侧与分隔盘或分隔盘延伸段轴向滑槽之间设置润滑性能好、磨擦系数低的耐磨衬层。通过液体润滑和低摩擦材料减少负压区侧面单面受力摩擦阻力，确保滑动挡板滑动更顺畅。

由于滑动挡板在滑槽受力性能的改变，由单面线受力变为增加上下端也受力的三部位受力，因而降低了滑动挡板抗折、抗弯要求，因而可以采用耐磨性能好，但强度低的改性塑料(例如改性超高分子量聚乙烯、改性聚四氟乙烯、聚苯硫醚)，以及陶瓷、微晶玻璃刚性大，韧性差，耐磨性却很好的材料作挡板。为进一步提升滑动挡板的耐温性、抗变形性和耐磨性，可以在改性塑料中添加二硫化钼、玻璃纤维、碳纤维、碳化硅等填充物，还可以再添加铜粉，进一步提高机械性能。还可以在改性塑料滑动挡板中埋设金属体增强。使得滑动挡板既扩大了应用范围和性能，又提高了耐磨性能，增加滑动挡板使用寿命。

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，由于采用加宽滑动挡板结构，并使加宽上下端伸入泵壳及分隔盘两侧轴向延伸段中，使得滑动挡板尤其是伸出分隔盘端面由原单侧单边局部受力，而成为上、中、下三部位同时受力(挡板三部位都在滑槽中)，从而消除了原滑动挡板单面受力易卡死、滑动摩擦阻力大的缺点，使得挡板往复移动滑动灵活，摩擦阻降低，且不易损坏，泵无用功耗减少。并且由于滑动挡板上下端分别在泵壳滑槽及分隔盘两侧轴向延伸段滑槽中，使得滑动挡板抗流体压力能力大幅度提升，不仅降低了对滑动挡板强度的要求，而且使滑动挡板选材范围增加，例如可以选用改性聚四氟乙烯、改性超高分子量聚乙烯、聚苯硫醚等刚度差的塑料，以及陶瓷、微晶玻璃刚性大，韧性差，耐磨性却很好的材料。相同厚度滑动挡板，显著提高了输送压力，例如60℃温度介质，塑料挡板输送压力可以提高到0.8~1.2MPa，金属挡板输送压力可以提高到2.5MPa。同时非金属滑动挡板应用，不仅使得挡板耐磨性能提升，延长了滑动挡板和曲面转盘使用寿命，而且为研发防腐型旋转变容泵提供了前提条件，进而扩大了旋转变容泵的应用范围，使旋转变容泵能适用于输送各类磨蚀性料浆。加宽滑动挡板上设置连通上下滑槽两端的泄荷槽，以及上下端面设置滚轮和/或分隔盘滑槽和/或滑动挡板负压区侧开设轴向凹槽，和/或滑动挡板负压区侧与滑槽之间设置润滑性能好、磨擦系数低的耐磨衬层，更是降低了无用功耗。滑动挡板实际宽度大于曲面转轮工作面宽度，构成本专利与现有技术主要区别特征。

以下结合若干具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明实质，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定。一些在技术人员看来，不偏离本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，均属本发明保护范围。

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1A-A剖结构示意图。

图3为滑动挡板上下轴向有连通滑槽两端泵腔的轴向泄荷槽结构示意图。

图4为本发明轴对称曲面旋转变容泵结构示意图。

图5为图4A-A剖结构示意图。

图6为图4分隔盘结构示意图。

图7为图6侧视结构示意图。

图8为滑动挡板低压侧有润滑槽结构示意图。

图9为滑动挡板低压侧有耐磨衬层结构示意图。

图10为滑动挡板与分隔盘滑槽底部间有滚珠结构示意图。

图11为滑动挡板与分隔盘滑槽底部间有滚柱结构示意图。

图12为图11的A-A剖视结构示意图。

具体实施方式

轴对称曲面旋转变容泵，包括内腔呈圆筒形的泵壳1，泵腔轴向中部分隔泵腔并固定于泵体的分隔盘5，设置于泵壳1周面上与分隔盘5位置对置的进液口9和出液口8，分隔盘5两侧设置有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3，分隔盘5进出液口（9、8）中间轴向滑槽5.3，内插可轴向滑动的滑动挡板组件6。所述滑动挡板组件6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。所述滑动挡板组件6对应进液口8一侧为负压区，对应出液口9一侧为高压区，左右滑动挡板上方泵壳有贯通槽，泵壳1贯通槽与分隔盘5轴向滑槽5.3的相对面设置有用于连通滑槽5.3两端泵腔的轴向泄荷槽10，和/或在插入分隔盘5轴向滑槽5.3的左右滑动挡板底端或侧面开设有用于连通滑槽5.3两端泵腔的轴向泄荷槽11。曲面转盘3曲面中心部有盲孔，分隔盘5两侧中部有伸入曲面转盘3盲孔的轴向延伸段（5.1、5.2），轴向延伸段（5.1、5.2）上与分隔盘5轴向滑槽同位设置有轴向滑槽5.3；左右滑动挡板上下加宽，加宽上下端分别插入泵壳贯通槽和分隔盘延伸段轴向滑槽中，优选滑动挡板端部呈“工”字形，所述分隔盘5两侧轴向延伸段（5.1、5.2）长于左右滑动挡板伸出分隔盘5行程。所述左右滑动挡板与分隔盘5及分隔盘延伸段（5.1、5.2）轴向滑槽5.3底面和/或顶面间有滚珠15；所述左右滑动挡板与分隔盘5及分隔盘延伸段（5.1、5.2）轴向滑槽5.3底面有垂直或斜交于挡板平面的若干滚柱16；所述分隔盘轴向滑槽5.3和/或左右滑动挡板负压区侧有轴向凹槽12，和/或左右滑动挡板负压区侧与分隔盘5及分隔盘延伸段（5.1、5.2）轴向滑槽5.3之间有耐磨衬层14；所述左右滑动挡板导向块负压侧有轴向凹槽13；所述滑动挡板组件6为改性塑料、耐磨陶瓷、微晶玻璃中一种；所述改性塑料中混合有二硫化钼、玻璃纤维、碳纤维、碳化硅、晶须、铜粉，和/或在改性塑料滑动挡板中埋设有金属体。

以上为本发明的基本实施方式，以下详细介绍本发明实施例：

实施例1：参见图3，本发明轴对称曲面旋转变容泵，包括内腔呈圆筒形的泵壳1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5的转轴7，泵壳1分隔盘5位置对置的进液口9和出液口8，分隔盘5两侧与泵腔周面转动配合、曲面相对并相错180度、固定在转轴上的轴对称曲面转盘3.1和3.2，分隔盘5进出液口（9、8）中间有轴向滑槽，内插可轴向往复滑动、呈弹性可伸缩的滑动挡板组件6。所述滑动挡板组件6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8一侧为负压区，对应出液口9一侧为高压区，上方泵壳1有挡板安装、移动通槽及挡板盖板4，通槽长度满足挡板往复行程，构成泵壳1贯通槽，泵壳1贯通槽与分隔盘轴向滑槽5.3的相对面设置有用于连通滑槽两端泵腔的轴向泄荷槽10，和插入分隔盘轴向滑槽5.3的滑动挡板底端开设有用于连通滑槽两端泵腔的轴向泄荷槽11，使分隔盘轴向滑槽5.3两端液体通过泄荷槽导通，从而消除挡板往复移动在两端产生的正压和负压荷载。

实施例2：参见图4、5、6、7，如上述所示，曲面转盘3.1和3.2曲面中心部开有盲孔，分隔盘5两侧中部有伸入曲面转盘盲孔的轴向延伸段5.1和5.2，轴向延伸段（5.1、5.2）长度长于滑动挡板伸出分隔盘5行程，轴向延伸段（5.1、5.2）上与分隔盘5轴向滑槽同位设置有轴向滑槽5.3，加宽上下端分别插入泵壳贯通槽和分隔盘延伸段轴向滑槽中5.3中。

实施例3：参见图8，如前述，其中左右滑动挡板及左右滑动挡板导向块负压侧，各有轴向凹槽12和13。

实施例4：参见图9，如前述，其中左右滑动挡板负压侧，有耐磨衬层14。

实施例5：参见图10，如前述，所述左右滑动挡板与分隔盘及分隔盘延伸段轴向滑槽底面有滚珠15。

实施例6：参见图11、12，如前述，左右滑动挡板底部有与滑动挡板平面垂直的4~6根凸出挡板底面的滚柱16。

实施例7：如前述，滑动挡板组件6材料选自耐磨性能好强度低的改性塑料(例如改性超高分子量聚乙烯、改性聚四氟乙烯、聚苯硫醚)，以及耐磨性好、脆性大的耐磨陶瓷(例如碳化硅、氧化铝、氧化锆等)、微晶玻璃中一种。还可以在改性塑料中添加二硫化钼、玻璃纤维、碳纤维、碳化硅、铜粉等填充物，和/或在改性塑料滑动挡板中埋设金属体增加强度。

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，例如加宽上下端长于或短于滑动挡板有效工作面，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 (9)

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，设置于泵壳周面上与分隔盘位置对置的进液口和出液口，分隔盘两侧设置有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，在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，所述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，所述滑动挡板组件对应进液口一侧为负压区，对应出液口一侧为高压区，滑动挡板组件上方泵壳有贯通槽，其特征在于泵壳贯通槽与分隔盘轴向滑槽的相对面设置有用于连通滑槽两端泵腔的轴向泄荷槽，和/或在插入分隔盘轴向滑槽的左右滑动挡板底端或侧面开设有用于连通滑槽两端泵腔的轴向泄荷槽，曲面转盘曲面中心部有盲孔，分隔盘两侧中部有伸入曲面转盘盲孔的轴向延伸段，轴向延伸段上与分隔盘轴向滑槽同位设置有轴向滑槽，左右滑动挡板上下加宽，加宽上下端分别插入泵壳贯通槽和分隔盘延伸段轴向滑槽中。

2.根据权利要求1所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于左右滑动挡板端部呈“工”字形。

3.根据权利要求1所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于分隔盘两侧轴向延伸段长于左右滑动挡板伸出分隔盘行程。

4.根据权利要求2所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于左右滑动挡板与分隔盘及分隔盘延伸段轴向滑槽底面和/或顶面间有滚珠。

5.根据权利要求2所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于左右滑动挡板与分隔盘及分隔盘延伸段轴向滑槽底面有垂直或斜交于挡板平面的若干滚柱。

6.根据权利要求1所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于分隔盘轴向滑槽和/或左右滑动挡板负压区侧有轴向凹槽，和/或左右滑动挡板负压区侧与分隔盘轴向滑槽之间有耐磨衬层。

7.根据权利要求1~2之一所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于左右滑动挡板导向块负压侧有轴向凹槽。

8.根据权利要求1~2之一所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于滑动挡板组件为改性塑料、耐磨陶瓷、微晶玻璃中一种。

9.根据权利要求8所述轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于改性塑料中混合有二硫化钼、玻璃纤维、碳纤维、碳化硅、晶须、铜粉，和/或在改性塑料滑动挡板中埋设有金属体。