CN111997904A - 一种新型非连续多级复合叶片圆盘泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型非连续多级复合叶片圆盘泵，它包括多级叶轮、蜗壳。多级叶轮由主动圆盘、一级从动圆盘、二级从动圆盘或两级以上从动圆盘构成。主动圆盘设计有主叶片和副叶片，盖板间为支撑轴连接。多级叶轮的注入流道包括直筒型注入流道、渐缩型流注入流道和渐扩型注入流道；多级叶轮的叶轮流道包括等间距型流道、递增间距型流道和递减间距型流道。每级流道内设计有上叶片和下叶片构成的非连续的叶片，包括矩形类叶片、弯曲类叶片、锯齿类叶片和梯形类叶片等，以及以上任意组合的复合型。圆盘包括平面型圆盘和半弯曲平面型圆盘。本发明新型非连续多级复合叶片设计，稳定可靠，能够适用于不同流量需求的多相流难泵介质输送环境。

Description

一种新型非连续多级复合叶片圆盘泵

技术领域

本发明涉及大排量含固相颗粒的高粘难泵多相介质领域，是一种新型非连续多级复合叶片圆盘泵。

背景技术

目前，随着采矿、油气开发、医药化工、造纸和食品等行业的高速发展，对高粘含固相颗粒多相举升泵的需求越来越大。特别是大颗粒矿产水力输送、高粘钻井泥浆和含颗粒浆液举升、重油和油气输送、纤维液浆等非常规难泵介质举升和输送，对多相泵要求越来越苛刻。新型多相泵需具备较强的磨蚀性能、能够适用于高粘高含气多相难泵介质举升等，同时能够保证在高粘固气液三相介质举升时具备较高的水力特性，并安全稳定的长时间运行。

为了解决以上难题，通常会对叶轮叶片结构和材质进行优化设计，主要措施包括改变叶片形状和数量、增加叶片厚度、采用磨蚀材料或覆盖耐磨蚀涂层等。然而传统叶片离心泵叶轮叶片扭矩度大、连续叶片间形成的流道狭长，颗粒碰撞很难避免，磨损大，抗磨损能力弱，容易发生叶片结构的破坏，甚至出现叶片变形和穿孔等严重现象，并在高粘介质输送过程中水力性能普遍较差，扬程和效率下降较为明显。同时采用高强度耐磨蚀材料，制造工艺复杂，成本高，维护不方便。因此急需一套既能够实现大排量高粘难泵多相流介质的高效举升，又具备抗磨蚀、抗气蚀、运行稳定、安全可靠、维修方便等优异性能的新型多相泵。

发明内容

本发明提供一种新型非连续多级复合叶片圆盘泵，具备抗磨蚀、抗气蚀、结构简单、运行稳定、安全可靠、维修方便等优异性能，能够实现大排量高粘难泵多相流介质的高效举升，同时满足对剪切力敏感介质举升具有较强的适用性。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种新型非连续多级复合叶片圆盘泵，它包括多级叶轮和蜗壳。蜗壳采用螺旋线型压水室、半螺旋型压水室、环形压水室或半环形压水室。多级叶轮包括主动圆盘、一级从动圆盘、二级从动圆盘或两级以上从动圆盘、主叶片和副叶片；主动圆盘、一级从动圆盘、二级从动圆盘之间通过支撑轴连接固定，进行运动的传递。多级叶轮的从动圆盘包括平面型圆盘和半弯曲平面型圆盘。

蜗壳和主动圆盘之间存在装配间隙偏大，蜗壳和最后一级从动圆盘间隙偏小。一端间隙小一端间隙偏大的设计能够便于加工和安装，保证变工况非稳定状态下的震动和温变引起的偏移余量，有利于泵运行的安全稳定。主动圆盘设置有副叶片，在该间隙形成副叶片旋转流域，以便能够将间隙内流动介质及时排出，避免颗粒堵塞，保证圆盘泵叶轮高效运转。

多级叶轮的注入流道包括直筒型注入流道、渐缩型注入流道和渐扩型注入流道。直筒型注入流道，叶轮的每一级从动圆盘的中心入口大小一致；渐缩型注入流道，从最后一级从动圆盘到第一级从动圆盘，叶轮的每一级从动圆盘的中心入口大小依次减小；渐扩型注入流道，从最后一级从动圆盘到第一级从动圆盘，叶轮的每一级从动圆盘的中心入口大小依次增大。

多级叶轮流道包括等盘间距型流道、递增盘间距型流道和递减盘间距型流道。等盘间距型流道，叶轮的任意两圆盘的盘间距均相等；递增盘间距型流道，从最后一级从动圆盘到第一级从动圆盘，叶轮的盘间距依次增大；递减盘间距型流道，从最后一级从动圆盘到第一级从动圆盘，叶轮的盘间距依次减小。

多级叶轮的主叶片横向视图类型包括矩形类叶片、弯曲类叶片和锯齿类叶片等类型，以及以上任意组合的复合型。弯曲类叶片包括纯弯曲型、S型、前直型+后弯曲型、前弯曲型+后直型。主叶片纵向视图类型包括矩形、梯形或其他弯曲型。

叶轮的无叶区叶轮流道包括等流面直型无叶区流道、等流面斜型无叶区流道、渐扩型无叶区流道、渐缩型无叶区流道。等流面直型无叶区流道，圆盘间上下叶片的每一个叶片从流道入口到出口高度一致，上下叶片轴对称；等流面斜型无叶区流道，圆盘间上叶片的每一个叶片从流道入口到出口高度依次增加，圆盘间下叶片的每一个叶片从流道入口到出口高度依次减小，或上叶片高度依次减小，下叶片高度依次增减趋势相反，上下叶片中心对称；渐扩型无叶区流道，圆盘间上下叶片的每一个叶片从流道入口到出口高度依次减小，上下叶片轴对称；渐缩型无叶区流道，圆盘间上下叶片的每一个叶片从流道入口到出口高度依次增加，上下叶片轴对称。

多级叶轮的半弯曲平面型圆盘包括全非连续主叶片和半非连续叶片。非连续主叶片，整个叶轮流道上下叶片不连续，存在无叶区；半非连续叶片，半弯曲平面型圆盘的弯曲部分为连续叶片，平面型圆盘部分为非连续叶片。

主动圆盘和从动圆盘外侧分别设置有三角形分离叶片或类叶片斜凹槽，凸起的三角形分离叶片底部高度为叶轮圆盘外侧间隙高度的1/4至3/4，数量为圆盘内侧叶片的1/3至1/2，该结构设计能够适应叶轮圆盘外侧小尺寸间隙的流体驱动；类叶片斜凹槽在叶轮旋转方向设置过渡斜槽，斜槽棱面结构强度高，抗磨损能力强，驱动间隙流体运动效果明显。

所述的主动圆盘和从动圆盘的支撑轴设置在上下叶片位置，保证一体化设计，避免占用过多流道，同时能够保证叶片和支撑轴的强度。

所述的各类型叶片，两圆盘间的上下叶片对齐或成任意角度错开，叶片和圆盘连接位置小角度过渡，过渡直径不大于副叶片高度的1/2。

本发明具有以下优点：螺旋线型压水室、半螺旋型压水室、环形压水室和半环形压水室能够很好的适用于不同颗粒大小和不同颗粒浓度的多相介质。非连续叶片设计，大颗粒通过性强，耐磨损，强度高，并在高粘介质输送过程中，性能优异。多级叶片能够提高圆盘泵的排量，满足大排量要求。副叶片的设计，便于安装匹配间隙的控制，又能保证间隙流动的通畅。不同类型叶片、不同类型的注入流道和叶轮流道，能够满足各类工况下的圆盘泵选型，为难泵介质提供最优的泵型选择。本发明新型非连续多级复合叶片圆盘泵整体结构简单，性能优异，稳定可靠，维修方便，适用性强。

附图说明

图1为本发明的结构剖面示意图；

图2为多级叶轮结构剖面示意图；

图3为渐缩型注入流道的结构剖面示意图；

图4为渐扩型注入流道的结构剖面示意图；

图5为递增盘间距型流道的结构剖面示意图；

图6为递减盘间距型流道的结构剖面示意图；

图7为矩形类叶片的结构示意图；

图8为弯曲类叶片的结构示意图；

图9为锯齿类叶片的结构示意图；

图10为S型叶片的结构示意图；

图11为前直型+后弯曲型叶片的结构示意图；

图12为前弯曲型+后直型叶片的结构示意图；

图13为等流面斜型无叶区流道的结构示意图；

图14为渐扩型无叶区流道的结构示意图；

图15为渐缩型无叶区流道的结构示意图；

图16为全非连续主叶片的半弯曲平面型圆盘结构示意图；

图17为半非连续叶片的半弯曲平面型圆盘结构示意图。

图中，1-蜗壳，2-多级叶轮，3-主动圆盘，4-一级从动圆盘，5-二级从动圆盘，6-主叶片，7-副叶片，8-支撑轴，9-直筒型注入流道，10-等盘间距型流道，11-渐缩型注入流道，12-渐扩型注入流道，13-递增盘间距型流道，14-递减盘间距型流道，15-矩形类叶片，16-弯曲类叶片，17-锯齿类叶片，18-S型，19-前直型+后弯曲型，20-前弯曲型+后直型，21-等流面斜型无叶区流道，22-渐扩型无叶区流道，23-渐缩型无叶区流道，24-半弯曲平面型圆盘，25-全非连续主叶片，26-半非连续叶片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1所示，一种新型非连续多级复合叶片圆盘泵，它包括蜗壳1、多级叶轮2，蜗壳采用螺旋线型压水室、半螺旋型压水室、环形压水室或半环形压水室，环形压水室和半环形压水室中叶轮出口对应的内壁设置小弧度内凹，目的是适应叶轮高速出口环形运动流体收集，平顺的输送到蜗壳出口，减少冲击损失。

如图1、图2、图5所示，主动圆盘3、一级从动圆盘4、二级从动圆盘5之间通过支撑轴8连接固定。支撑轴设置在上下叶片位置，形成叶片、支撑轴和圆盘三者一体化设计，避免占用过多流道，提高叶轮流道的通畅，同时能够增加叶片和支撑轴的强度，并进行运动能量的稳定传递。

如图1、图2、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，多级叶轮2包括主叶片6和副叶片7，副叶片7的设计便于安装匹配间隙的控制，又能保证间隙流动的通畅。主叶片6横向视图类型包括矩形类叶片15、弯曲类叶片16和锯齿类叶片17等类型，以及以上任意组合的复合型。弯曲类叶片16包括纯弯曲型16、S型18、前直型+后弯曲型19、前弯曲型+后直型20。主叶片6纵向视图类型包括矩形、梯形或其他弯曲型。多级叶轮2的从动圆盘包括平面型圆盘4、5和半弯曲平面型圆盘24。不同类型的叶片和圆盘类型组合的多变新型多级叶轮结构，适用于不同多相流介质工况，包括不同粘度、不同颗粒含量、不同颗粒尺寸和不同含气量等。

如图3、图4、图5、图6、图13、图14和图15所示，渐缩型注入流道11的最小圆盘入口不小于叶轮初始进口直径的1/2；渐扩型注入流道12的最大圆盘入口不大于叶轮初始进口直径的1/2；递增盘间距型流道13和递减盘间距型流道14的最小盘间距不小于最大盘间距的1/3。

主动圆盘和从动圆盘上的多类型叶片结构，在两圆盘间构成上下有叶区和中间无叶区。叶片旋转，上下有叶区动流域流体带动中间无叶区静流域流体周向运动，中间无叶区能够通过较大的固体颗粒，减少与叶轮各部件的摩擦，提高大颗粒混合液体的通过能力，并能够保证设备的稳定运行。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种新型非连续多级复合叶片圆盘泵，它包括蜗壳(1)、多级叶轮(2)。

2.根据权利要求1所述的一种新型非连续多级复合叶片圆盘泵，其特征在于：蜗壳(1)为螺旋线型压水室、半螺旋型压水室、环形压水室或半环形压水室。多级叶轮(2)包括主动圆盘(3)、一级从动圆盘(4)、二级从动圆盘(5)或两级以上从动圆盘、主叶片(6)和副叶片(7)；主动圆盘(3)、一级从动圆盘(4)、二级从动圆盘(5)之间通过支撑轴(8)连接固定，进行运动的传递。多级叶轮(2)的从动圆盘包括平面型圆盘(4)(5)和半弯曲平面型圆盘(24)。

3.根据权利要求2所述的一种新型非连续多级复合叶片圆盘泵，其特征在于：多级叶轮(2)的注入流道包括直筒型注入流道(9)、渐缩型注入流道(11)和渐扩型注入流道(12)；叶轮(2)的多级叶轮流道包括等盘间距型流道(10)、递增盘间距型流道(13)和递减盘间距型流道(14)。

4.根据权利要求3所述的一种新型非连续多级复合叶片圆盘泵，其特征在于：多级叶轮(2)的主叶片(6)横向视图类型包括矩形类叶片(15)、弯曲类叶片(16)和锯齿类叶片(17)等类型，以及以上任意组合的复合型。弯曲类叶片(16)包括纯弯曲型(16)、S型(18)、前直形+后弯曲型(19)、前弯曲形+后直型(20)。主叶片(6)纵向视图类型包括矩形、梯形或其他弯曲型。

5.根据权利要求4所述的一一种新型非连续多级复合叶片圆盘泵，其特征在于：叶轮(2)的无叶区叶轮流道包括等流面直型无叶区流道(10)、等流面斜型无叶区流道(21)、渐扩型无叶区流道(22)、渐缩型无叶区流道(23)。

6.根据权利要求5所述的一种新型非连续多级复合叶片圆盘泵，其特征在于：多级叶轮(2)的半弯曲平面型圆盘(24)包括全非连续主叶片(25)和半非连续叶片(26)。

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