CN106050644A - 一种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵 - Google Patents

Abstract

一种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵，属于螺杆泵技术领域。其特征在于：所述的螺杆转子(2)分成入口螺纹段和啮合增压段，啮合增压段的两侧分别设有对称设置且偏心安装的两组密封盘(4)，所述密封盘(4)为边缘设有内圆凹口(402)的圆盘，密封盘(4)外圆边缘与啮合增压段的啮合凹槽(201)形成啮合副，密封盘(4)的内圆凹口(402)与啮合增压段的啮合凸棱(202)形成啮合副。本发明在密封盘上设有内圆凹口，改变啮合形式，密封盘的内圆凹口和外缘凸起能够分别与螺杆转子上的啮合凸棱和啮合凹槽实现完全啮合，从而形成自驱动力，实现自驱动回转，提高了机械效率，延长了使用寿命，提高其便携性。

Description

一种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵

技术领域

一种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵，属于螺杆泵技术领域。

背景技术

作为一种容积式泵，单螺杆泵是工业生产中常用的黏性流体泵送装置，其主要用途是依靠由螺杆与密封套组成的啮合副实现工作腔容积的周期性变化来输送流体。单螺杆泵具有结构简单、流量稳定、输送介质流速均匀，脉动小、自吸能力强、对介质的适应性强等一系列的优点，因此单螺杆泵被广泛应用与油气开采及高粘油品的输送等领域。但是，由于其工作过程中，密封衬套始终与螺杆转子处于摩擦状态，使得密封衬套磨损严重，成为制约单螺杆泵工作效率和使用寿命的关键问题，使其在含固体颗粒杂质较多的高粘度污油输送领域的应用受到了限制。因此，提出一种用于输送高黏度或含固体颗粒杂质的流体介质的单螺杆泵对于单螺杆泵应用领域的扩展及提高其运行的可靠性和寿命，实现节能降耗都具有重要意义。

为了满足含固体颗粒杂质较多的高粘度污油输送领域的应用要求，目前存在两种不同结构的圆盘密封单螺杆泵。现有文献(专利号：WO 82/03428)中提出了一种依靠两个带齿的密封盘与螺杆配合实现啮合的大排量单螺杆泵，其中两个带齿密封盘对称布置在螺杆转子的两侧，单螺杆泵工作过程中，密封盘上的齿与螺杆转子的螺槽实现啮合，并于机壳配合形成周期性变化的工作腔容积，实现高粘介质的输送。但这种带齿结构的密封圆盘限制了单螺杆泵的流量，同时导致密封盘齿与螺杆转子槽侧面的摩擦和磨损。为了提高流量降低磨损，现有文献(专利号：WO 91/14869，US005395225A，EP0523113B1)中又提出一种依靠偏心圆密封盘与螺杆进行啮合的单螺杆泵，其排量更大，而且密封盘与螺杆间形成均匀磨损，延长了使用寿命，并应用于污油输送。在此基础上，为了进一步提高螺杆泵的输送能力，现有文献(专利号：WO 00/05503，US006447275B1，EP1097305B1)对其进行了结构改进，缩短了入口段到压缩段之间的距离。但上述这两类采用偏心圆盘密封的螺杆泵，其两个密封盘之间均需要外加的辅助连接装置才能实现密封盘的周期运动，结构较为复杂，体积也较为庞大，笨重，辅助链接装置的存在使得螺杆泵运行的可靠性和效率大大降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种密封盘能够依靠螺杆转子自驱动实现回转，两个密封盘之间无需外接辅助连接装置，减轻泵体重量，节能降耗的用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵，包括螺杆转子和机壳，螺杆转子安装在机壳内，所述螺杆转子的两侧设有密封盘，其特征在于：所述的螺杆转子分成入口螺纹段和啮合增压段，入口螺纹段上设有连续的螺旋凹槽，啮合增压段上设有啮合凹槽和啮合凸棱，啮合增压段的两侧分别设有对称设置且偏心安装的两组密封盘，所述密封盘为边缘设有内圆凹口的圆盘，密封盘外圆边缘与啮合凹槽形成啮合副，密封盘的内圆凹口与啮合凸棱形成啮合副；入口螺纹段一侧为螺杆转子的物料入口端，其端部固定连接动力装置，啮合增压段一端为物料增压输出端，其端部一侧与机壳之间设有出口端盖。

改变密封盘的结构形式，在密封盘上设有内圆凹口，由此在密封盘上形成内凹和外缘凸起两种啮合部，改变啮合形式，内圆凹口和外缘凸起能够在增压区和回程区分别与螺杆转子上的啮合凸棱和啮合凹槽实现完全啮合，从而形成自驱动力，实现自驱动回转。依靠上述啮合驱动力，密封圆盘在不需要万向节、连杆等附属装置的情况下，仍然能够完全实现由螺杆转子自驱动的回转运动，避免了在两密封盘之间设置附属的机械传动机构卡死，引起螺杆泵停机的问题，又省去了复杂的辅助连接装置，而且能够实现密封盘的周期性回转，运动部件减少至只剩螺杆和两个密封盘，减轻了泵体重量，减小了泵体尺寸，同时提高了机械效率，延长了使用寿命，提高其便携性。

优选的，两个密封盘转动方向相反，相位相差180°，在螺杆转子的驱动下绕各自的轴线分别实现偏心旋转。

所述的内圆凹口的直径小于密封盘的外圆直径。内圆凹口与啮合凸棱啮合，实现整个密封盘与螺杆转子的完全啮合，从而实现密封盘的自回转，提高了密封盘的整体利用率，省去了其他回转部件，提高了工作效率，同时，内凹设置的啮合方式，节省了内部空间，又减轻了螺杆泵整体的重量。

所述的密封盘通过偏心轴固定在机壳内，偏心轴穿套在靠近所述内圆凹口处，偏心轴两侧分别通过密封盘轴承固定在机壳上，且两偏心轴对称设置在螺杆转子的两侧。密封盘轴承的支撑作用减少了密封盘在旋转过程中沿着轴向和径向的跳动，保证了工作过程的稳定性，降低了功耗。

所述的内圆凹口为圆形或椭圆形设置。可根据螺杆转子的啮合凸棱的深度及宽度灵活调整，以达到完全啮合的目的。

所述的机壳包括依次固定连接的连接段机壳、吸入段机壳和压缩段机壳，压缩段机壳包括压缩段上机壳和压缩段下机壳，压缩段上机壳和压缩段下机壳均为向外凸起的壳体，两壳体之间形成啮合副的工作腔。

所述的连接段机壳内通过入口端轴承安装所述的螺杆转子的入口螺纹段的端部，入口螺纹段的端部设有带有花键的内孔，通过内孔键连接动力装置输出端。

所述的密封盘上涂有橡胶涂层。优选的，在密封盘上设有多个用于加固橡胶涂层的通孔，通过多个通孔可将橡胶涂层稳定的涂覆在密封盘的表面，通过橡胶涂层来提高密封盘表面与物料之间的增压效果。

所述的动力装置为液压动力装置，包括马达和马达输出轴，马达一端固定连接所述的机壳，马达输出轴连接螺杆转子的入口螺纹段。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明改变了密封盘的结构形式，在密封盘上设有内圆凹口，由此在密封盘上形成内凹和外缘凸起两种啮合部，改变啮合形式，内圆凹口和外缘凸起能够在增压区和回程区分别与螺杆转子上的啮合凸棱和啮合凹槽实现完全啮合，从而形成自驱动力，实现自驱动回转。依靠上述啮合驱动力，密封圆盘在不需要万向节、连杆等附属装置的情况下，仍然能够完全实现由螺杆转子自驱动的回转运动，避免了在两密封盘之间设置附属的机械传动机构卡死，引起螺杆泵停机的问题，又省去了复杂的辅助连接装置，而且能够实现密封盘的周期性回转，运动部件减少至只剩螺杆和两个密封盘，减轻了泵体重量，减小了泵体尺寸，同时提高了机械效率，延长了使用寿命，提高其便携性。

附图说明

图1为本发明主视图半剖示意图。

图2为螺杆与密封盘啮合关系主视图示意图。

图3为图2的螺杆转子截面示意图。

图4为图2位置顺时针转过90度主视图示意图。

图5为图4的螺杆转子截面示意图。

图6为图4位置顺时针转过90度主视图示意图。

图7为图6的螺杆转子截面示意图。

图8为图2的I-I剖视示意图。

图9为图2位置时螺杆转子的端面左视图。

其中，1、马达 2、螺杆转子 201、啮合凹槽 202、啮合凸棱 203、螺纹凹槽 204、螺纹凸棱 3、机壳 301、连接段机壳 302、吸入段机壳 303、压缩段机壳 3031、压缩段下机壳3032、压缩段上机壳 4、密封盘 401、外圆凸面 402、内圆凹口 5、偏心轴 6、出口端盖 7、密封盘轴承 8、马达输出轴 9、出口端轴承 10、橡胶涂层 11、入口端轴承。

具体实施方式

图1～9是本发明的最佳实施例，下面结合附图1～9对本发明做进一步说明。

参照附图1：一种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵，包括螺杆转子2和机壳3，螺杆转子2安装在机壳3内，螺杆转子2的两侧设有密封盘4，螺杆转子2分成入口螺纹段和啮合增压段，啮合增压段上设有啮合凹槽201和啮合凸棱202，入口螺纹段上设有连续的螺旋凹槽，具体的，入口螺纹段的螺旋凹槽为螺纹凹槽203，螺纹凹槽203可采用变螺距设计，啮合增压段的两侧分别设有对称设置且偏心安装的两组密封盘4，密封盘4为边缘设有内圆凹口402的圆盘，密封盘4外圆边缘与啮合增压段的啮合凹槽201形成啮合副，密封盘4的内圆凹口402与啮合增压段的啮合凸棱202形成啮合副；入口螺纹段一侧为螺杆转子2的物料入口端，其端部固定连接动力装置，啮合增压段一端为物料增压输出端，其端部一侧与机壳3之间设有出口端盖6。具体的，密封盘4通过偏心轴5固定在机壳3内，偏心轴5穿套在靠近内圆凹口402处，偏心轴5两侧分别通过密封盘轴承7固定在机壳3上，且两偏心轴5对称设置在螺杆转子2的两侧。动力装置为液压动力装置，包括马达1和马达输出轴8，马达1一端固定连接机壳3，马达输出轴8连接螺杆转子8的入口螺纹段。内圆凹口402的直径小于密封盘4的外圆直径。内圆凹口402为圆形或椭圆形设置，也可为其他多边形设置。密封盘4上涂有橡胶涂层10。优选的，在密封盘4上设有多个用于加固橡胶涂层10的通孔，通过多个通孔可将橡胶涂层10稳定的涂覆在密封盘4的表面，通过橡胶涂层10来提高密封盘4表面与物料之间的增压效果。

为减小密封盘4与螺杆转子2之间的摩擦和磨损，内圆凹口402与外圆凸面401之间可设置过渡圆角；螺杆泵工作过程中，密封盘4的外圆凸面401和内圆凹口402与螺杆转子2的啮合凹槽201和啮合凸棱202实现啮合，在啮合点处密封盘4和螺杆转子2的相对速度与密封盘4圆柱面或螺杆转子2侧面的法线垂直，满足如下关系：

$\stackrel{\→}{v}\·\stackrel{\→}{n}=0$

式中：为啮合点处密封圆盘和螺杆的相对速度，m/s；为啮合点处密封盘4圆柱面或螺杆转子2侧面的法线。

机壳3包括依次固定连接的连接段机壳301、吸入段机壳302和压缩段机壳303，压缩段机壳303包括压缩段上机壳3031和压缩段下机壳3032，压缩段上机壳3031和压缩段下机壳3032均为向外凸起的壳体，两壳体之间形成啮合副的工作腔。连接段机壳301内通过入口端轴承11安装螺杆转子2的入口螺纹段的端部，入口螺纹段的端部设有带有花键的内孔，通过内孔键连接动力装置输出端，具体的，通过入口螺纹段的端部带有花键的内孔来连接马达输出轴8。

螺杆转子2的啮合凹槽201位于增压段的增压区，啮合凸棱202位于增压段的回程区，呈螺旋形；螺杆转子2在旋转过程中，螺杆转子2的啮合凹槽201和啮合凸棱202分别与密封盘4的外圆凸面401和内圆凹口402实现完全啮合，形成自驱动力，并依靠上述啮合驱动力，密封盘4在不需要万向节、连杆等附属装置的情况下，能够完全实现由螺杆转子2自驱动的回转运动。

整个泵体按功能分为：动力输入段、连接段、入口段和增压段。其中驱动用马达1安装在动力输入段，并通过马达输出轴8与螺杆转子2相连。螺杆转子2布置在增压段内，并与对称布置在其两侧的带有内圆凹口402的密封盘4形成啮合副。工作过程中，首先驱动马达1，通过连接段的马达输出轴8向螺杆转子2传递扭矩。在上述驱动扭矩的带动下，螺杆转子2在机壳3内绕螺杆转子2的中轴线转动，假设转动方向如图2所示，本发明的工作区域又分成3部分，即入口段、增压段和出口段，三部分前后衔接，流体介质从入口段进入螺纹凹槽203，经过增压段内部螺杆转子2及对称布置在其两侧的带有内圆凹口402的密封盘4形成啮合副的增压后，介质到达出口段，随后经出口端盖6排出泵体，实现了高粘度流体介质的连续输送。

为更加清楚地说明螺杆转子的结构及压缩段啮合副的工作过程，附图2～7分别单独展示了不同转角位置处螺杆转子2与带有内圆凹口402的密封盘4的啮合关系。现结合附图2～7更详细地加以说明，从图2和3所示位置可以清楚地看到，入口段内部螺杆转子2的螺纹凹槽203的变化情况，入口段的螺纹凹槽203由两段螺距不同的螺纹线组成，形成渐宽型的螺纹凸棱204，渐宽的螺纹凸棱204能有效防止螺杆转子2和机壳3间隙间的泄漏。

螺杆泵工作过程中，螺杆转子2在马达1的带动下绕轴线旋转，同时与之啮合的带有内圆凹口402的密封盘4在螺杆转子2的啮合驱动力的带动下也对应绕各自的偏心轴5沿图示方向转动，两个密封盘4转动方向相反，相位相差180°。啮合副运动过程中，螺纹凹槽203带动介质至入口段的末端，入口段的末端截面与增压段的增压区始端截面重合，重合位置如图4和5中所示上密封盘4的位置，同理，下部设置的密封盘4处于增压区末端和出口处的凹槽截面重合处，从图5中的左侧剖视图也能清楚地看到这一特殊位置。

随着螺杆转子2的旋转，上部设置的密封盘4啮入增压区，下部设置的密封盘4与啮合凸棱202啮合进入回程区，螺杆转子2、密封盘4及压缩段机壳303所围城的增压区腔室的工作腔容积逐渐减小，腔室里的介质被密封盘4挤压。当螺杆转子2转过90°时，密封盘4和螺杆转子2的啮合到达如图6和7所示的状态，此时，上部设置的密封盘4与啮合凹槽201的啮合达到最深处，下部设置的密封盘4与啮合凸棱202的啮合达到最大。螺杆转子2继续转动，则下部设置的密封盘4的啮合状态与图3和4中上部设置的密封盘4状态趋近，如此下去，在整个螺杆转子2的旋转过程中，两个密封盘4的内圆凹口402和外圆凸面401分别与啮合凸棱204和啮合凹槽203实现啮合，从而实现了由螺杆转子2自驱动的周期性回转运动，完成了高粘度流体介质的连续输送。

图8所示，两个带有内圆凹口402的密封盘4通过偏心轴5安装在机壳3内，机壳3可以上下拆分为压缩段上机壳3031和压缩段下机壳3032，密封盘4上有橡胶涂层10，偏心轴5通过上下分别设置的密封盘轴承7安装在机壳3间，偏心轴5两端轴承定位的结构可以减弱螺杆泵工作过程中偏心轴5的震动，从而减小含固体颗粒杂质较多的高粘度污油输送过程中，密封盘4与螺杆转子2之间的摩擦、磨损和振动，提高螺杆泵运行的稳定性和可靠性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵，包括螺杆转子(2)和机壳(3)，螺杆转子(2)安装在机壳(3)内，所述螺杆转子(2)的两侧设有密封盘(4)，其特征在于：所述的螺杆转子(2)分成入口螺纹段和啮合增压段，入口螺纹段上设有连续的螺旋凹槽，啮合增压段上设有啮合凹槽(201)和啮合凸棱(202)，啮合增压段的两侧分别设有对称设置且偏心安装的两组密封盘(4)，所述密封盘(4)为边缘设有内圆凹口(402)的圆盘，密封盘(4)外圆边缘与啮合凹槽(201)形成啮合副，密封盘(4)的内圆凹口(402)与啮合凸棱(202)形成啮合副；入口螺纹段一侧为螺杆转子(2)的物料入口端，其端部固定连接动力装置，啮合增压段一端为物料增压输出端，其端部一侧与机壳(3)之间设有出口端盖(6)。

2.根据权利要求1所述的一种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵，其特征在于：所述的内圆凹口(402)的直径小于密封盘(4)的外圆直径。

3.根据权利要求1所述的一种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵，其特征在于：所述的密封盘(4)通过偏心轴(5)固定在机壳(3)内，偏心轴(5)穿套在靠近所述内圆凹口(402)处，偏心轴(5)两侧分别通过密封盘轴承(7)固定在机壳(3)上，且两偏心轴(5)对称设置在螺杆转子(2)的两侧。

4.根据权利要求1所述的一种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵，其特征在于：所述的内圆凹口(402)为圆形或椭圆形设置。

5.根据权利要求1所述的一种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵，其特征在于：所述的机壳(3)包括依次固定连接的连接段机壳(301)、吸入段机壳(302)和压缩段机壳(303)，压缩段机壳(303)包括压缩段上机壳(3031)和压缩段下机壳(3032)，压缩段上机壳(3031)和压缩段下机壳(3032)均为向外凸起的壳体，两壳体之间形成啮合副的工作腔。

6.根据权利要求5所述的一种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵，其特征在于：所述的连接段机壳(301)内通过入口端轴承(11)安装所述的螺杆转子(2)的入口螺纹段的端部，入口螺纹段的端部设有带有花键的内孔，通过内孔键连接动力装置输出端。

7.根据权利要求1所述的一种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵，其特征在于：所述的密封盘(4)上涂有橡胶涂层(10)。

8.根据权利要求1所述的一种用于输送高粘度流体介质的自回转盘式密封螺杆泵，其特征在于：所述的动力装置为液压动力装置，包括马达(1)和马达输出轴(8)，马达(1)一端固定连接所述的机壳(3)，马达输出轴(8)连接螺杆转子(2)的入口螺纹段。