CN106678081A - 一种能降低压力脉动的旋流泵 - Google Patents

Abstract

一种能降低压力脉动的旋流泵，包括泵体、叶轮、泵盖、悬架体、传动轴以及轴承端盖，所述泵体包括蜗壳扩散段、隔舌和蜗壳压水室段，所述蜗壳扩散段和蜗壳压水室段之间设置有隔舌，泵体内腔容纳叶轮，叶轮和隔舌之间预留有流体通道；泵体与所述泵盖密封固接，所述泵盖与置于泵体之外的悬架体同轴固接；传动轴的第一端贯穿泵盖后与泵体内的叶轮固接，第二端通过轴承与悬架体转动连接，第二端伸出悬架体的端部装有轴承端盖，隔舌的内壁设有至少一个用于减少压力脉动的沟槽，沟槽位于旋流泵的压水室处的隔舌内壁。本发明的有益效果是：隔舌处的沟槽能够有效地减少压力脉动的形成，而且较小的尺寸不会对旋流泵的实际参数有过多的影响。

Description

一种能降低压力脉动的旋流泵

技术领域

本发明涉及一种能降低压力脉动的旋流泵。

背景技术

旋流泵亦称无堵塞泵，因其内部流体存在旋转的旋涡运动而得名。与其他离心泵相比，旋流泵具有以下特点：无堵塞性能好，但是对输送的物料具有一定程度的破坏。其叶片为直叶片，结构简单，容易制造。叶轮和泵体之间的轴向间隙对泵性能的影响不大，因此无需进行间隙调整。

目前，人们越来越重视泵运行过程中的稳定性的问题。旋流泵是一类特殊的离心泵，因此离心泵的压力脉动的研究对于研究旋流泵的动静干涉会有一定的帮助。针对离心泵的叶轮和蜗室之间动静干涉的分析主要集中于压力脉动和径向力上。泵转动的叶轮与静止的压水室相互作用会造成流场周期性的波动，影响设备的正常运行。因此通过技术手段降低甚至消除旋流泵在运行过程中的压力脉动具有很重大意义。

由于旋流泵内流体和大气间存在着压力差，为了防止流体外泄，因此泵在运行时需设密封装置，称其为轴封。常用的轴封种类有：填料密封、机械密封、动力密封以及浮动密封等形式。从目前各行业用泵情况看，机械密封已经成为各行业通用的密封形式，并且该密封形式运行平稳，可靠，给各行业带来很大的经济效益。因此提高机械密封的密封性能提高旋流泵的运行效率。

旋流泵的工作原理是通过叶轮的旋转，带动液体进行旋转。因此，在旋流泵内存在着两种流动方式，分别是循环流和贯通流。贯通流的主要作用是带动液体从叶轮处经过压水室，并将液体排出旋流泵外。而循环流只是在叶轮与压水室的内部打转，并未对液体做功，因此造成很大的损耗，这是是旋流泵效率低的主要原因。

在旋流泵的叶轮与后盖板之间有一个空隙。在旋流泵工作的过程中，流体会从叶轮中被甩出，而有相当一部分的流体会从这个压水室中流入该空隙中，这会增加叶轮的水力损失，从而造成旋流泵的效率降低。因此，解决流体的泄漏对旋流泵的效率的增加有比较大的作用。

综述可知，采用必要的技术手段解决上述旋流泵存在的问题具有重要的理论意义及工程应用价值。

发明内容

为了解决旋流泵中存在的压力脉动过大的问题，本发明提出一种能降低压力脉动的旋流泵。

本发明所述的一种能降低压力脉动的旋流泵，包括泵体、叶轮、泵盖、悬架体、传动轴以及轴承端盖，所述泵体包括蜗壳扩散段、隔舌和蜗壳压水室段蜗壳压水室段，所述蜗壳扩散段和蜗壳压水室段之间设置有隔舌，泵体内腔容纳叶轮，叶轮和隔舌之间预留有流体通道；所述泵体与所述泵盖密封固接，所述泵盖与置于泵体之外的悬架体同轴固接；所述传动轴的第一端贯穿泵盖后与泵体内的叶轮固接，第二端通过轴承与所述悬架体转动连接，并且所述第二端伸出悬架体的端部装有轴承端盖，其特征在于：所述隔舌的内壁设有至少一个用于减少压力脉动的沟槽，且所述沟槽位于旋流泵的压水室处的隔舌内壁。

所述沟槽个数为1～3个，且所述沟槽个数大于1时，所述沟槽彼此平行。

所述沟槽的横截面为V形、U形、半圆形或者矩形，也可以是其他易加工的形状。

所述泵盖设有带台阶通孔的凸台，并且所述台阶通孔内配有机械密封件；所述泵盖通过机械密封件与所述传动轴密封转动连接；所述机械密封件包括轴套、静环、动环、推环、定位环以及密封端盖，所述轴套套在传动轴的第一端，二者过盈配合；所述密封端盖安装在所述凸台的外端面处，所述静环、动环、推环以及定位环从外向内套接在所述轴套外壁，且所述静环、动环、推环两两之间密封接触；所述静环通过定位销与所述密封端盖固接，所述定位环通过紧定螺钉与所述轴套固接，所述动环、所述推环分别与所述轴套之间过盈配合，所述静环与所述轴套间隙配合；所述推环与所述定位环之间夹有弹簧，弹簧的一端抵在所述定位环上，另一端抵在所述推环上。

所述静环的端面为非光滑表面，即所述静环的端面设有至少一条环形槽，且所述环形个数大于1时，所述环形槽为以静环端面中心为圆心的同心圆环。

所述环形槽的横截面为矩形、U形或V形。

所述密封端盖与所述静环之间、所述静环与所述动环之间、所述推环与所述动环之间均配有O型密封圈。

叶轮的背板设有多圈等距排列的外凸的筋条环，且所述筋条环同心布置，每条筋条环由多个等距排列的弧形筋条围成，且同一条筋条环上的弧形筋条位于同一基圆上，相应相邻筋条环上对应的弧形筋条之间相互错开。

所述叶轮的背板设有3圈等距排列的外凸的筋条环。

所述的沟槽距离隔舌位置不宜过远，且位于压水室内部并非扩散段上，远离隔舌处会减弱沟槽的作用。

所述的沟槽沿旋流泵的泵体的轴向布置，即沟槽与叶轮旋转轴平行；也可以与泵体轴向成一定的角度，即沟槽与叶轮旋转轴的夹角θ为锐角。

所述的沟槽的尺寸大小根据实际需求调整，但是不宜过大，防止产生过多的水力损失。

旋流泵的密封采用的是机械密封，为了提高该机械密封的密封性。在该机械密封的静环的密封端面上采用仿生非光滑表面结构，能够有效减小两者之间的阻力，具有绿色节能的特点。

所述的非光滑表面主要形式为凹槽或凹坑，其非光滑表面的分布为交错式和整齐排列式两种，所述的仿生非光滑表面沟槽可以是V形，U形或是矩形。

为了减小叶轮的后盖板与泵体之间的水力损失，在叶轮的背面加入圆弧结构，可以减少由此带来的流体的回流与泄漏。

所述圆弧结构可以为双层或者三层结构，并且相应圆弧结构之间相互错开，此举能有效减少回流。

本发明的有益效果是：隔舌处的沟槽能够有效地减少压力脉动的形成，而且较小的尺寸不会对旋流泵的实际参数有过多的影响。因此该结构是做到了在既不影响旋流泵性能的前提下，又大幅度减少了压力脉动。而机械密封中加入仿生非光滑表面使得两端面间的阻力减小，具有节能的特点。在叶轮的后盖板与泵体加入圆弧结构能够有效减少液体回流，从而达到节省能量的目的。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是本发明的侧视图。

图3是本发明的压水室的中截面图。

图4是图3的局部放大图(V形沟槽)。

图5是图3的局部放大图(U形沟槽)。

图6是图3的局部放大图(半圆形沟槽)。

图7是图3的局部放大图(矩形沟槽)。

图8是图6的为A-A视图(三条沟槽，且轴向设置)。

图9是图6的为A-A视图(两条沟槽，且轴向设置)。

图10是图6的为A-A视图(一条沟槽，且轴向设置)。

图11是图6的为A-A视图(三条沟槽，且沟槽与叶轮旋转轴夹角为θ)。

图12是本发明的机械密封件结构图。

图13是本发明的静环端面图。

图14是图13的B-B视图(环形槽为矩形)。

图15是图13的B-B视图(环形槽为U形)。

图16是图13的B-B视图(环形槽为V形)。

图17是本发明的叶轮结构图。

图18是图17的C-C剖视图。

图19是图18的D-D视图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的一种能降低压力脉动的旋流泵，包括泵体1、叶轮2、泵盖3、悬架体4、传动轴5以及轴承端盖6，所述泵体1包括蜗壳扩散段11、隔舌12和蜗壳压水室段13，所述蜗壳扩散段11和蜗壳压水室段13之间设置有隔舌12，泵体1内腔容纳叶轮2，叶轮2和隔舌12之间预留有流体通道；所述泵体1通过螺钉14与所述泵盖3密封固接，所述泵盖3与置于泵体1之外的悬架体4同轴固接；所述传动轴5的第一端贯穿泵盖3后通过轴端螺母52、连接键51与泵体1内的叶轮2固接，第二端通过轴承41与所述悬架体4转动连接，并且所述第二端伸出悬架体4的端部装有轴承端盖6，所述隔舌12的内壁设有至少一个用于减少压力脉动的沟槽121，且所述沟槽121位于旋流泵的压水室处的隔舌12内壁。

所述沟槽121个数为1～3个，且所述沟槽121个数大于1时，所述沟槽121彼此平行。

所述沟槽121的横截面为V形、U形、半圆形或者矩形，也可以是其他易加工的形状。

所述泵盖3设有带台阶通孔的凸台，并且所述台阶通孔内配有机械密封件7；所述泵盖3通过机械密封件7所述传动轴5密封转动连接；所述机械密封件7包括轴套71、静环72、推环73、动环74、定位环75以及密封端盖76，所述轴套71套在传动轴5的第一端，二者过盈配合；所述密封端盖76安装在所述凸台的外端面处，所述静环72、动环74、推环73以及定位环75从外向内套接在所述轴套71外壁，且所述静环72、动环74、推环73两两之间密封接触；所述静环72通过定位销721与所述密封端盖76固接，所述定位环75通过紧定螺钉751与所述轴套71固接，所述动环74、所述推环73分别与所述轴套71之间过盈配合，所述静环72与所述轴套71间隙配合；所述推环73与所述定位环75之间夹有弹簧78，弹簧78的一端抵在所述定位环75上，另一端抵在所述推环73上。

所述静环72的端面为非光滑表面，即所述静环72的端面设有至少一条环形槽721，且所述环形槽721个数大于1时，所述环形槽721为以静环端面中心为圆心的同心圆环。

所述环形槽721的横截面为矩形、U形或V形。

所述密封端盖76与所述静环72之间、所述静环72与所述动环74之间、所述推环73与所述动环74之间均配有O型密封圈77。

叶轮2的背板设有多圈等距排列的外凸的筋条环21，且所述筋条环21同心布置，每条筋条环21由多个等距排列的弧形筋条211围成，且同一条筋条环21上的弧形筋条211位于同一基圆上，相应相邻筋条环21上对应的弧形筋条211之间相互错开。

所述叶轮3的背板设有3圈等距排列的外凸的筋条环21。

图1中为旋流泵总装图，流体从泵体1的入口进入旋流泵内部后，会受到旋转的叶轮2的作用，从而会产生贯通流，循环流以及两者的合流。其中循环流会造成旋流泵的效率低下。旋流泵转动的叶轮2与静止的泵体1相互作用会造成流场周期性的波动，影响设备的正常运行。在旋流泵的运行过程中，内部压力脉动增大会造成旋流泵整体运行的不稳定性。因此，降低旋流泵内的压力脉动的大小显得至关重要。

根据许多文献描述，旋流泵的隔舌位置处的压力脉动是整个流动区域内最大的。因此，最关键的是降低隔舌位置处的压力脉动大小。采用仿生原理来降低旋流泵在工作过程中产生的脉动。仿生的原型为虾蛄，俗称皮皮虾，是一种在中国沿海常见的虾类。其身体的后半段部位由连续的腹节组成，因此可以将这种结构简化为沟槽结构，并将其添加到旋流泵的隔舌位置处，仿生结构的最大的特点就是能实现相似的功能，学习与借鉴生物的结构，能让人得到很多启发。这些为人类提供了优良设计的典范。

图3为旋流泵的中截面，在旋流泵的隔舌12位置处添加沟槽121结构。其位置位于隔舌12和扩散段11的左侧，距离隔舌12较近。且沟槽121数量最多也可以有3个，且相邻沟槽121之间的距离也比较小。若沟槽121的数量过多，会造成旋流泵的水力损失增加，性能下降等现象，这对提高旋流泵效率是不利，因此需要尽量在不影响旋流泵性能的前提下，降低旋流泵内部的压力脉动。

图3中的放大图显示的是沟槽的横截面。其中，图4中表示的是等边三角形的截面(对应的是V形沟槽)；图5表示的是U形截面(对应的是U形沟槽)；图6表示的是半圆形截面(对应的是半圆形沟槽)；图7表示的是矩形截面。与沟槽的数量类似，沟槽的横截面不能过大，而需要控制在一个合理的水平上，从而达到最佳的降低压力脉动的效果。

图8～11中表示的是A-A视图，在位于隔舌12位置处的沟槽121的数量：图8为3个；图9中为2个；图10为1个。至于沟槽的排布，图8～10中的沟槽排布均是沿着轴向排布，而图11中沟槽的排布是与轴向成一个角度θ。当有多个沟槽排布时，沟槽之间两两平行。不同数量的沟槽也可以有不同的排布，即以数量与角度为变量，从而可以制作出不同的排布方案。

图13是图12机械密封中的静环72的端面，在机械密封的静环72中加入非光滑表面的结构，有助于机械密封的静环72与动环74在旋转过程中形成液膜，增强机械密封的密封性。而静环72中的非光滑表面的横截面如图14～16所示，图14为矩形；图15为U形；图16为V形。且非光滑表面还具有减阻的作用，因此能起到节能的作用。

在旋流泵工作的过程中，动环74的右侧是处于低压的状态，而左侧的静环72所处的区域为高压环境，在旋流泵轴旋转过程中，两者之间会形成一层液膜，该液膜能够起到有效的密封作用。而当机械密封用久了之后，后面弹簧78会自动进行补偿。加入非光滑表面技术可以增加机械密封的密封，也可以减少摩擦，提高旋流泵的能源使用效率。

图18表示图17叶轮2中的背面，在叶轮2的背面位置处加入3圈筋条环21的结构。相邻的结构之间的间距相等，且每一圈的结构之间都有一定的错开角度。且每一圈由6块弧形筋条211构成，均布在圆周的周围上。

当旋流泵内部有流体流过时，在泵体上1区域会产生比较高压流体，而旋流泵的后背与泵体1之间留有较大空隙，这会使得高压从该空隙中回流到低压区域造成水力损失。通过在叶轮2的后背上筋板可以减缓高压流体进入低压区域，从而提高旋流泵的效率，起到节能的作用。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.一种能降低压力脉动的旋流泵，包括泵体、叶轮、泵盖、悬架体、传动轴以及轴承端盖，所述泵体包括蜗壳扩散段、隔舌和蜗壳压水室段，所述蜗壳扩散段和蜗壳压水室段之间设置有隔舌，泵体内腔容纳叶轮，叶轮和隔舌之间预留有流体通道；所述泵体与所述泵盖密封固接，所述泵盖与置于泵体之外的悬架体同轴固接；所述传动轴的第一端贯穿泵盖后与泵体内的叶轮固接，第二端通过轴承与所述悬架体转动连接，并且所述第二端伸出悬架体的端部装有轴承端盖，其特征在于：所述隔舌的内壁设有至少一个用于减少压力脉动的沟槽，且所述沟槽位于旋流泵的压水室处的隔舌内壁。

2.如权利要求1所述的一种能降低压力脉动的旋流泵，其特征在于：所述沟槽个数为1～3个，且所述沟槽个数大于1时，所述沟槽彼此平行。

3.如权利要求2所述的一种能降低压力脉动的旋流泵，其特征在于：所述沟槽的横截面为V形、U形、半圆形或者矩形。

4.如权利要求1所述的一种能降低压力脉动的旋流泵，其特征在于：所述泵盖设有带台阶通孔的凸台，并且所述台阶通孔内配有机械密封件；所述泵盖通过机械密封所述传动轴密封转动连接；所述机械密封件包括轴套、静环、动环、推环、定位环以及密封端盖，所述轴套套在传动轴的第一端，二者过盈配合；所述密封端盖安装在所述凸台的外端面处，所述静环、动环、推环以及定位环从外向内套接在所述轴套外壁，且所述静环、动环、推环两两之间密封接触；所述静环通过定位销与所述密封端盖固接，所述定位环通过紧定螺钉与所述轴套固接，所述动环、所述推环分别与所述轴套之间过盈配合，所述静环与所述轴套间隙配合；所述推环与所述定位环之间夹有弹簧，弹簧的一端抵在所述定位环上，另一端抵在所述推环上。

5.如权利要求4所述的一种能降低压力脉动的旋流泵，其特征在于：所述静环的端面设有至少一条环形槽，且所述环形个数大于1时，所述环形槽为以静环端面中心为圆心的同心圆环。

6.如权利要求5所述的一种能降低压力脉动的旋流泵，其特征在于：所述环形槽的横截面为矩形、U形或V形。

7.如权利要求6所述的一种能降低压力脉动的旋流泵，其特征在于：所述密封端盖与所述静环之间、所述静环与所述动环之间、所述推环与所述动环之间均配有O型密封圈。

8.如权利要求1所述的一种能降低压力脉动的旋流泵，其特征在于：叶轮的背板设有多圈等距排列的外凸的筋条环，切所述筋条环同心布置，每条筋条环由多个等距排列的弧形筋条围成，且同一条筋条环上的弧形筋条位于同一基圆上。

9.如权利要求8所述的一种能降低压力脉动的旋流泵，其特征在于：所述叶轮的背板设有3圈等距排列的外凸的筋条环。