CN105179242A - 一种双级双作用液环泵 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种双级双作用的液环式真空泵。在叶轮和泵体内设置隔板，构成两个独立泵体。叶轮由隔板隔开构成真空泵的双级叶轮，中心对称放置在泵体内；每级叶轮在转动一圈的过程中，都对液环以内的气体介质作用两次。在主体部件尺寸和转速相同时，理论抽气量是现有产品的两倍。本产品中双级叶轮均是中心对称布置，可以平衡径向力，减少振动和增加轴承寿命，与现有的三种类型液环泵相比，它兼有双作用泵的气体流量大，径向力平衡和两级泵的压缩比高的优点。

Description

一种双级双作用液环泵

技术领域

本发明是一种液环泵，具体涉及一种双级双作用液环泵。

技术背景

液环泵是一种利用高速旋转的液体形成的空间与叶片配合，从而达到压缩和输送气体的目的的流体机械。其作用原理可利用图6所示的典型液环泵的原理图予以说明。在圆形泵体中有一个带有叶片的叶轮。叶轮与泵体的中心有一个不大的距离(此距离称为偏心距)。泵体内部充有一定量的液体。当叶轮旋转时，带动液体旋转。由于离心力的作用，液体将紧贴泵体内壁流动，从而形成一个液环。由于泵体偏心距的存在，使得液环内表面与叶轮轮毂之间形成一个偏心的空腔。这样，两个叶片与液环内表面之间就形成了一个封闭的空间。在图示的旋转方向下，位于右边的封闭空间的容积逐渐增大，而左边的封闭空间的容积则逐渐缩小。如果将右边的空间与外界联通，则会从进气窗口吸入气体，左边的空间与外界相通，则可以压缩并通过排气窗口排出气体。这个工作过程与液压和气动工程中的滑片(叶片)泵类似。液环泵的液环就相当于滑片泵的泵体。但由于液环本身是非刚性的，其形状和大小将随着速度与压力的变化而变化，从而气体流量也会变化，这与滑片泵有很大的不同。在工程中，工作液体大部分是水，所以液环泵又称为水环泵。但实际上液体不限于水，例如在化学工程中输送氯气时，工作液体就是浓硫酸。

液环泵工作时，如果进口压力低于大气压力，出口压力等于大气压，则为真空泵。如果进口压力等于大气压力，出口压力高于大气压，则为压缩机。也有进口压力低于大气压而出口压力高于大气压的情况。此时的液环泵同时作为真空泵和压缩机工作。与其他输送气体的容积式机械相比。液环泵具有结构简单，维护方便的特点，同时，由于不需要润滑油，所以不会使输送的气体受到油的污染，这对于食品工业的应用是很重要的。由于这些特点，液环泵广泛地应用于真空度或压力不很高的工艺过程中，例如真空过滤(化学制品处理、选矿、造纸等)，真空蒸馏(食品、造纸)，真空消毒(医院、实验室等)，化工流程(输送易燃易爆、腐蚀性气体)和动力工程(汽轮机凝汽器的真空保持)等领域。

单作用和双作用泵。图6所示的液环泵的封闭空间，在叶轮旋转一周的过程中，吸排气一次，所以称为单作用泵。图7所示的为双作用泵，泵体的内表面不是一个圆，而是有一定距离的两个半圆，这样，液环内表面的形状也形成了两个半圆，与双作用滑片泵的定子内表面类似。叶片之间的封闭工作空间在叶轮旋转一周的过程中，有两次吸排气的过程，故称为双作用。与单作用泵比较，在尺寸基本相同的条件下，气量可增加一倍，使泵的结构更紧凑。同时，还使作用于叶轮的径向力得以平衡，减轻了轴承的负荷，提高了寿命。

轴向配气和径向配气。图6所示的结构中，气体从叶轮的端面沿轴向进出叶轮，称为轴向配气。图7的结构中，气体从叶轮中心沿径向进出叶轮，称为径向配气。虽然图6中轴向配气用于单作用泵，图7中径向配气用于双作用泵，但实际上配气方式与作用方式无关。

单级与双级泵。由于液环是非刚性的，所以使用的压力受到限制。为了提高真空度(对真空泵)和排出压力(对压缩机)，发展出双级液环泵，即将两个叶轮串联使用，以提高压力或真空度(总之是提高压缩比)。如图2所示，工程实践中，常常将两个叶轮制作成一个整体，中间带一个隔板将两级叶轮分开。

液环泵的设计方法。液环泵中液体和气体的流动过程非常复杂，目前还难以依靠CFD技术进行流动计算。所以设计计算仍需利用传统的计算方法并进行足够的试验改进。

现有液环泵，若要提高抽气量必须加大叶轮直径或者提高转速，加大叶轮直径需要消耗更多的钢才和加工成本，提高转速则效率会降低；同时叶轮偏心布置，存在不平衡的径向力，加大振动和噪声，轴承寿命也受到影响。

发明内容

为了使泵的结构更紧凑，同时使作用于叶轮的径向力得以平衡，减轻轴承的负荷，提高泵的使用寿命，本发明将双级和双作用这两个技术措施集成到一个泵体和一个叶轮之中，成为双级双作用液环泵。具体发明构思为：

一种双级双作用液环泵，包括叶轮，泵体，右侧盖、左侧盖、轴、轴承部件、密封部件和工作液质，其特征在于：所述叶轮包括多个叶片以及一体的轮毂体和叶轮隔板；多个叶片呈放射状均匀固连于轮毂体上，叶轮隔板位于轮毂体上，将各个叶片分隔为左叶片、右叶片；

所述泵体为空腔筒状体，其内腔设置有与叶轮隔板相对应的泵体隔板，叶轮隔板与泵体隔板共面，垂直于泵体中心轴，共同将泵体内腔在轴向方向分割成左右两部分；泵体隔板和叶轮隔板之间在半径方向间隙配合，使得叶轮可以在泵体内自由转动；所述泵体隔板、叶轮隔板、左叶片、右叶片、右侧盖、左侧盖形成了左、右两级独立的双作用液环泵；左、右两部分轴向长度的比值为K，所述K值由两级间压缩比的分配决定；

所述泵体的内腔注有工作液质，叶轮同轴安装在泵体内，轴穿入轮毂体并与其通过键槽或热压配合连接；轴两端分别通过轴承部件与左右侧盖旋转配合，并分别由密封部件密封；叶轮、泵体和轴三者中心轴重合；

所述右侧盖、左侧盖上均设有进气口、排气口；

工作中，通过外部管路，将右侧盖和左侧盖的进气口连通，右侧盖和左侧盖的排气口连通，使两级工作空间并联，形成一台单级双作用泵；或者将右侧盖的进气口作为泵的进口，右侧盖的排气口与左侧盖的进气口连通，左侧盖的出气口作为泵的出口，使液环泵两级工作空间串联，构成一台双级双作用泵。

进一步的，所述的双级双作用液环泵中，泵体内左端左叶片和密封部件之间装有左分配器，泵体内右端右叶片和密封部件之间装有右分配器。

进一步的，所述的双级双作用液环泵中，泵体的内腔表面，由上下两段圆柱面和左右两段圆柱面平滑连过渡而成；上下两段圆柱面半径为R、偏心距为e，左右两段圆柱面半径为r；上下两段圆柱面的圆心O₁和O₂与叶轮轴中心O在同一直线上，O₁和O₂相对于O等距对称；R、r和e可按现有的双作用泵的设计方法计算确定。

进一步的，在对所述的双级双作用液环泵结构描述中，左右关系是相对的，左右位置指代关系是可以互换的。

图2是叶轮的简图。两级叶轮制成一个整体零件，中间隔板将两级叶轮分开。图3为泵体的结构，实际上是将两个双作用的泵体合成为一个零件，中间仍然是用隔板将二者分开。与叶轮的隔板配合，就形成了两个双作用泵的工作空间，也就是两个独立的双作用液环泵。尽管由于叶轮是旋转的，泵体是静止的，所以泵体隔板和叶轮隔板之间在半径方向一定有间隙存在，但这个间隙足够小，从工程上来看，可以认为两个空间是独立的。这样，如果将两级叶轮中一级和另一级的进气口连通，一级和另一级的排气口连通，即将两级工作空间并联，则形成了一个单级双作用泵，如果将两级叶轮中的一级的排气口和另一级的进气口连通，则形成双级双作用泵。当然，两种连接方式下，分配器的配气窗口的角度是不同的。这两个双作用泵的几何尺寸都可以用现有的设计计算方法确定。至于分配器及配气方式，管路的连接方式，以及轴承、密封、传动等等构成一个完整产品必须的结构部件，均可采用现有的通用技术。

与现有单作用泵比较，本发明提出的双级双作用液环环式真空泵，在尺寸基本相同的条件下，气量可增加一倍，使泵的结构更紧凑。同时，还使作用于叶轮的径向力得以平衡，减轻了轴承的负荷，提高了寿命。

附图说明

图1是整泵剖视图；

图2是叶轮结构示意图；

图3是泵体结构示意图；

图4a、4b是叶轮与泵体剖视图；

图5是侧盖示意图；

图6是液环泵原理图；

图7是双作用液环泵原理图；

图8a、8b是径向进气的分配器结构示意图。

其中1-叶轮，2-泵体，3-侧盖，4-侧盖，5-右分配器，6-左分配器，7-轴，8-轴承部件，9-密封部件，10-左叶片，11-右叶片，12-叶轮隔板，13-叶轮轮毂体，14-泵体隔板，15-进气口，16-排气口，17-进气方向，18-排气方向，19-泵壳体，20-气体压缩区，21-工作液质，22-吸气区，23-叶片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

轴向进气和径向进气的主要不同点在于分配器的型式和叶轮轮毂的结构，这里以径向式进气为例说明具体实施方式。

如图4a、4b所示为一径向式进气方式的双级双作用的真空泵左叶片10、右叶片11和泵体2；叶轮1的半径为r，泵体内表面由4段圆弧形成的圆柱面连接形成，上下两段的圆弧半径为R，左右两段圆弧半径为r，r是叶轮的公称半径，实际上泵体上这两个小圆弧的半径稍稍大于叶轮的实际半径，形成泵体与叶轮之间的径向间隙。该间隙值由结构条件决定，可以参考现有液环泵间隙取值方法。

图4a中O为叶轮的旋转中心，也是泵的轴线。两个半径为R的圆弧圆心O₁和O₂与叶轮中心O的距离(偏心距)为e，两个圆弧的两端用半径为r的短弧线连接。泵体中间有一个隔板(参考图3中隔板14)，该隔板与叶轮上的隔板12对应，两个隔板共面，垂直于泵体中心轴，共同将泵体内腔在轴向方向分割成两部分，这两部分长度的比值为K。泵体尺寸r、R和e可按现有的双作用泵的设计方法计算确定，而K值则由两级间压缩比的分配决定。

叶轮的形状如图2所示，10、11为双级叶轮，12为隔板。叶轮在轴向用隔板12分成两部分，叶轮隔板的轴向位置与泵体隔板14的轴向位置相同，共同将整泵的工作空间分隔成两个独立的部分。叶轮各部分尺寸，可根据泵的设计参数，用现有的设计计算方法确定。所述叶片结构按现有通用液环泵叶片设计，所述泵体2的内腔注有工作液质，工作液质的选取按现有通用液环泵方法。

图1是按照这个发明设计的双级双作用液环泵的装配图。

如图3和图4a、4b所示，泵的核心部件是叶轮1和泵体2、右侧盖3、左侧盖4、右分配器5和左分配器6共同形成了气体进出的通道。同时，两个侧盖还是整台泵的支撑。其余的结构件，包括轴、轴承和密封等与常规产品相同。图5是侧盖示意图，其设有进、出气口。

图8a、8b是按照这个发明设计的双级双作用液环泵的径向进气方式的其中的一个分配器结构示意图。

工作中，通过外部管路，将两级叶轮中右侧盖3和左侧盖4的进气口连通，右侧盖3和左侧盖4的排气口连通，使两级工作空间并联，形成一台单级双作用泵；将两级叶轮中右侧盖3的进气口作为泵的进口，右侧盖3的排气口与左侧盖4的进气口连通，左侧盖4的出气口作为泵的出口，使液环泵两级工作空间串联，构成一台双级双作用泵。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双级双作用液环泵，包括叶轮(1)，泵体(2)，右侧盖(3)、左侧盖(4)、轴(7)、轴承部件(8)、密封部件(9)和工作液质，其特征在于：

所述叶轮(1)包括多个叶片以及一体的轮毂体(13)和叶轮隔板(12)；多个叶片呈放射状均匀固连于轮毂体(13)上，叶轮隔板(12)位于轮毂体(13)上，将各个叶片分隔为左叶片(10)、右叶片(11)；

所述泵体(2)为空腔筒状体，其内腔设置有与叶轮隔板(12)相对应的泵体隔板(14)，叶轮隔板(12)与泵体隔板(14)共面，垂直于泵体(2)中心轴，共同将泵体内腔在轴向方向分割成左右两部分；泵体隔板(14)和叶轮隔板(12)之间在半径方向间隙配合，使得叶轮(1)可以在泵体(2)内自由转动；所述泵体隔板(14)、叶轮隔板(12)、左叶片(10)、右叶片(11)、右侧盖(3)、左侧盖(4)形成了左、右两级独立的双作用液环泵；左、右两部分轴向长度的比值为K，所述K值由两级间压缩比的分配决定；

所述泵体(2)的内腔注有工作液质，叶轮(1)同轴安装在泵体(2)内，轴(7)穿入轮毂体(13)并与其通过键槽或热压配合连接；轴(7)两端分别通过轴承部件(8)与左右侧盖旋转配合，并分别由密封部件(9)密封；叶轮(1)、泵体(2)和轴(7)三者中心轴重合；

所述右侧盖(3)、左侧盖(4)上均设有进气口、排气口；

工作中，通过外部管路，将两级叶轮中右侧盖和左侧盖的进气口连通，右侧盖和左侧盖的排气口连通，使两级工作空间并联，形成一台单级双作用泵；或者将两级叶轮中右侧盖的进气口作为泵的进口，右侧盖的排气口与左侧盖的进气口连通，左侧盖的出气口作为泵的出口，使液环泵两级工作空间串联，构成一台双级双作用泵。

2.如权利要求1所述的双级双作用液环泵，其特征在于：

所述泵体(2)内左端左叶片(10)和左侧盖(4)之间装有左分配器(6)，泵体(2)内右端右叶片(11)和右侧盖(3)之间装有右分配器(5)。

3.如权利要求1所述的双级双作用液环泵，其特征在于：所述泵体(2)的内腔表面，由上下两段圆柱面和左右两段圆柱面平滑连过渡而成；上下两段圆柱面半径为R、偏心距为e，左右两段圆柱面半径为r；上下两段圆柱面的圆心O₁和O₂与叶轮轴中心O在同一直线上，O₁和O₂相对于O等距对称；R、r和e可按现有的双作用泵的设计方法计算确定。

4.如权利要求1或2所述的双级双作用液环泵，其特征在于，液环泵的各个左、右部件指代关系可以互换，左、右部件是可以互换的。