CN112081744B - 分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，属于水环式真空泵技术领域。其特征为：衬套分为多个单段衬套，单段衬套沿轴向长100‑300mm，外壁呈圆筒状，单段衬套横截面一半的内壁壁厚相同，另一半壁厚经逐渐变厚、变薄和再变厚之后，与内壁壁厚相同的一半衬套圆滑连接。分段式衬套安装于泵体中，形成泵体的异形内壁体型线；分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵包括前泵盖总成、前分配板、叶轮、分段衬套、泵体、后分配板、后泵盖总成、拉紧螺栓、气水分离器总成和供水管路等。叶片周圈分布于叶轮轮毂上，叶片设有多道环形板以保证强度；叶轮于泵体内部为偏心布置；与传统的水环真空泵相比，本发明极限负压与等温压缩效率显著提高。

Description

分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵
技术领域
本发明属于水环式真空泵技术领域，特别涉及分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵。
背景技术
水环真空泵内部装有固定叶片且偏心布置的叶轮，叶轮通过旋转将机械能转化为水的动能形成旋转的水环，不可压缩的旋转水环与偏心布置的叶轮形成容积变化的气室，产生压力的变化达到抽吸真空的目的。由于水环真空泵因其所具有的气体等温压缩优点，作为一种输送气体的流体机械，被广泛的应用于煤矿瓦斯抽采系统中。
随着煤层开采的深度不断加深、煤层瓦斯含量增加、瓦斯抽采管网的长度不断加长以及复杂管网造成的负压损失等问题的产生，传统的单台小型水环真空泵或者并联多台小型水环真空泵抽采方式已经不能满足抽采达标需求，亟待研制能够提供大抽气量、高负压、低能耗的特大型水环真空泵。
传统的水环真空泵泵体的内壁为圆形，很难在内壁为圆形的基础上提高水环真空泵的负压。通过自由曲面变形方法和气液两相流场重构的水环真空泵泵体型线响应面优化算法，建立了水环真空泵泵体型线、叶片型线与进气口真空度之间的响应关系，找到了进气口真空度最优的复杂样条异形泵体型线。与传统的水环真空泵相比，拥有异形泵体型线的特大型水环真空泵极限负压与等温压缩效率显著提高。
发明内容
针对传统的水环真空泵泵体内壁为圆形、负压难以提高的技术难题，发明人发明了带有分段式衬套的异形内壁特大型高压水环真空泵。该分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵抽气量为800m3/min~3000m3/min。为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：
分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，其特征在于：分段式衬套由多个单段衬套组成，以一个单段衬套为例，单段衬套沿轴向长100-300mm，外壁呈圆筒状，单段衬套横截面一半的内壁壁厚相同，另一半壁厚经逐渐变厚、变薄和再变厚之后，与内壁壁厚相同的一半衬套圆滑连接，一半壁厚逐渐变厚、变薄和再变厚的壁厚特征是根据变形方法和气液两相流场重构的水环真空泵泵体型线响应面优化算法，建立水环真空泵泵体型线、叶片型线与进气口真空度之间的响应关系，得到进气口真空度最优的复杂样条异形泵体型线。多个单段衬套同轴线依次无缝对接，相邻对接端面均布有配合对接的凸台或凹槽，构成同一轴向位置厚度相同的衬套。单段衬套端面设有3-5个配合对接的凸台或凹槽。凸台高50mm，凹槽深50mm，凸台、凹槽侧面的延长面相交于轴线，两延长面交角为7-9度，分段式衬套通过热装法装配于泵体中。
所述的衬套内壁壁厚相同的一半位于出气口一侧，衬套最薄处位于入气口一侧泵体右下方。
所述的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵包括前泵盖总成、前分配板、叶轮、分段式衬套、泵体、气水分离器总成、拉紧螺栓、后分配板、后泵盖总成、供水管路和连接件。前泵盖总成与泵体之间安装有前分配板，后泵盖总成与泵体之间安装有后分配板。叶轮和泵轴横向安装于泵体中，泵轴通过轴承和轴承座安装于前后泵盖轴承座支架上。泵体内壁安装有分段式衬套。气水分离器总成与前后泵盖连接。供水管路与前泵盖总成的放水法兰和后泵盖总成的后盖放水法兰连接。
所述的泵体内壁安装有分段式衬套，安装方法为热装法。分段式衬套有单段衬套前段、单段衬套中段和单段衬套后段三种类型，安装时将单段衬套逐个安装于泵体中，后一单段衬套的凸台嵌入前一单段衬套的凹槽中。安装完毕后，对凸出泵体的单段衬套部分通过立式车床车掉。
所述的连接件为用于将前泵盖总成、前分配板、叶轮、分段式衬套、泵体、气水分离器总成、拉紧螺栓、后分配板、后泵盖总成和供水管路连接固定的法兰、定位销和螺栓。前分配板和后分配板分别通过螺栓与前泵盖总成、后泵盖总成固定连接，拉紧螺栓穿过泵体上的连接孔连接前后泵盖。
所述的叶轮包括泵轴、叶轮轮毂和叶片，特征为薄壁复杂样条型线变厚度的叶片周圈分布于叶轮轮毂上，叶片设有加强筋。泵轴和叶轮轮毂连接方式为过盈配合。
所述的分段式衬套内壁为异形薄壁特征，将分段式衬套安装于泵体中。
所述的气水分离器总成包括气水分离器、防尘网罩和吸气连通管，气水分离器和吸气连通管安装于前后泵盖上。
所述的前泵盖总成包括前泵盖泵底脚板、前泵盖、左右盖板、前轴承座、水平法兰垫、前轴承压盖、放水法兰和水平法兰。前泵盖泵底脚板为支承结构。左右盖板和前轴承压盖分别通过螺栓连接固定于前泵盖上。
所述的后泵盖总成包括后泵盖泵底脚板、后泵盖、后泵盖左右盖板、后轴承压盖、后泵盖水平法兰垫、后轴承座、后泵盖水平法兰和后盖放水法兰。后泵盖泵底脚板为支承结构。后泵盖左右盖板和后轴承压盖通过螺栓连接固定于后泵盖上。后轴承座起支承轴承作用。后泵盖水平法兰垫起气水分离器总成与后泵盖总成连接时的密封作用。
所述的泵体的抽气量为800m3/min~3000m3/min。
本发明的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，具有以下优点和效果：
1）本发明的分段式衬套内壁为异形薄壁特征，有单段衬套前段、单段衬套中段和单段衬套后段三种类型，将分段式衬套安装于泵体中后，泵体内壁具有异形薄壁体型线特征，拥有异形泵体型线的特大型水环真空泵极限负压与等温压缩效率显著提高。
2)本发明的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵抽气量为800m3/min~3000m3/min。
附图说明
图1为本发明的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵结构示意图；
图2为本发明的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵结构示意图；
图3为本发明的前泵盖总成结构示意图；
图4为本发明的叶轮结构示意图；
图5为本发明的分段式衬套结构示意图；
图6为本发明分段式衬套的正视结构示意图；
图7为本发明分段式衬套的装配示意图；
图8为本发明气水分离器总成的结构示意图；
图9为本发明后泵盖总成的结构示意图。
其中：1-前泵盖总成，101-1、101-2-前泵盖泵底脚板，102-前泵盖，103-1、103-2-左右盖板，104-前轴承座，105-1、105-2-水平法兰垫，106-前轴承压盖，107-放水法兰，108-水平法兰，2-前分配板，3-叶轮，301-泵轴，302-叶轮轮毂，303-叶片，4-分段式衬套，401-单段衬套前段，402-单段衬套中段，403-单段衬套后段，5-泵体，6-气水分离器总成，601-气水分离器，602-1、602-2-防尘网罩，603-吸气连通管，7-拉紧螺栓，8-后分配板，9-后泵盖总成，901-1、901-2-后泵盖泵底脚板，902-后泵盖，903-1、903-2-后泵盖左右盖板，904-后轴承压盖，905-1、905-2-后泵盖水平法兰垫，906-后轴承座，907-后泵盖水平法兰，908-放水法兰，10-供水管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1~2所示，所述的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵是由前泵盖总成1、前分配板2、叶轮3、分段式衬套4、泵体5、气水分离器总成6、拉紧螺栓7、后分配板8、后泵盖总成9、供水管路10和连接件。前泵盖总成1与泵体5之间安装有前分配板2，后泵盖总成9与泵体5之间安装有后分配板8；叶轮3和泵轴301横向安装于泵体5中，泵轴301通过轴承和轴承座安装在泵盖轴承座支架上。泵体5内壁安装有分段式衬套4；气水分离器总成6与前后泵盖连接。供水管路10与前泵盖总成1的放水法兰107和后泵盖总成9的后盖放水法兰908连接。
所述的连接件用于将前泵盖总成1、前分配板2、叶轮3、分段式衬套4、泵体5、气水分离器总成6、拉紧螺栓7、后分配板8、后泵盖总成9和供水管路10连接固定的法兰、定位销和螺栓。前分配板2和后分配板8分别通过螺栓与前泵盖总成1、后泵盖总成9固定连接，拉紧螺栓7穿过泵体5上的连接孔连接前后泵盖。
如图3所示，所述的前泵盖总成1包括前泵盖泵底脚板101-1、101-2、前泵盖102、左右盖板103-1、103-2、前轴承座104、水平法兰垫105-1、105-2、前轴承压盖106、放水法兰107和水平法兰108。前泵盖泵底脚板101-1、101-2为支承结构；左右盖板103-1、103-2和前轴承压盖106通过螺栓连接固定于前泵盖102上；前轴承座104起支承轴承作用；水平法兰垫105-1、105-2起气水分离器总成6与前泵盖总成1连接时的密封作用。
如图4所示，所述的叶轮3是由泵轴301、叶轮轮毂302和叶片303组成，叶轮轮毂302与泵轴301过盈配合连接；叶片303周圈均布焊接于叶轮轮毂302上并通过焊接多道环形板进行加固。
如图5~6所示，所述的分段式衬套4内壁为异形薄壁特征，有单段衬套前段401、单段衬套中段402和单段衬套后段403三种类型，单段衬套前段401、单段衬套中段402具有凹槽，单段衬套中段402和单段衬套后段403具有凸台，安装时后一分段衬套的凸台嵌入前一分段衬套的凹槽中。
如图7所示，所述的分段式衬套4通过热装法安装于泵体5中，将泵体5加热，使泵体5胀大，后安装分段式衬套4；泵体5上焊接有衬套定位凸台，首先将单段衬套前段401的凹槽嵌入泵体5的衬套定位凸台中，后将单段单段衬套中段402逐个安装于泵体中5，安装时将后一单段衬套的凸台嵌入前一衬套的凹槽中，最后安装单段单段衬套后段403，安装完毕后，对凸出泵体的单段衬套部分通过立式车床车掉。
如图8所示，所述的气水分离器总成6包括气水分离器601、防尘网罩602-1、602-2和吸气连通管603；防尘网罩602-1、602-2安装于气水分离器601和吸气连通管603的排气进气口中；气水分离器601和吸气连通管603安装于前后泵盖上。
如图9所示，所述的所述的后泵盖总成9包括后泵盖泵底脚板901-1、901-2、后泵盖902、后泵盖左右盖板903-1、903-2、后轴承压盖904、后泵盖水平法兰垫905-1、905-2、后轴承座906、后泵盖水平法兰907和放水法兰908。后泵盖泵底脚板901-1、901-2为支承结构；后泵盖左右盖板903-1、903-2和后轴承压盖904通过螺栓连接固定于后泵盖902上；后轴承座906起支承轴承作用；后泵盖水平法兰垫905-1、905-2起气水分离器总成6与后泵盖总成9连接时的密封作用。
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加工工艺方法所作的任何简单的修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，其特征在于：分段式衬套(4)由多个单段衬套组成，以一个单段衬套为例，单段衬套沿轴向长100-300mm，外壁呈圆筒状，单段衬套横截面一半的内壁壁厚相同，另一半壁厚经逐渐变厚、变薄和再变厚之后，与内壁壁厚相同的一半衬套圆滑连接，一半壁厚逐渐变厚、变薄和再变厚的壁厚特征是根据变形方法和气液两相流场重构的水环真空泵泵体型线响应面优化算法，建立水环真空泵体型线、叶片型线与进气口真空度之间的响应关系，得到进气口真空度最优的复杂样条异形泵体型线；多个单段衬套同轴线依次无缝对接，相邻对接端面均布有配合对接的凸台或凹槽，构成同一轴向位置厚度相同的衬套；单段衬套端面设有3-5个配合对接的凸台或凹槽；凸台高50mm，凹槽深50mm，凸台、凹槽侧面的延长面相交于轴线，两延长面交角为7-9度，分段式衬套(4)通过热装法装配于泵体(5)中；泵体(5)内壁安装有分段式衬套(4)，安装方法为热装法；分段式衬套(4)有单段衬套前段(401)、单段衬套中段(402)和单段衬套后段(403)三种类型，安装时将单段衬套逐个安装于泵体中，后一单段衬套的凸台嵌入前一单段衬套的凹槽中；安装完毕后，对凸出泵体的单段衬套部分通过立式车床车掉。
2.根据权利要求1所述的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，其特征在于：衬套内壁壁厚相同的一半位于出气口一侧，衬套最薄处位于入气口一侧泵体右下方。
3.根据权利要求1所述的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，其特征在于：水环真空泵的抽气量为800m3/min~3000m3/min，包括前泵盖总成(1)、前分配板(2)、叶轮(3)、分段式衬套(4)、泵体(5)、气水分离器总成(6)、拉紧螺栓(7)、后分配板(8)、后泵盖总成(9)、供水管路(10)和连接件；前泵盖总成(1)与泵体(5)之间安装有前分配板(2)，后泵盖总成(9)与泵体(5)之间安装有后分配板(8)；叶轮(3)和泵轴(301)横向安装于泵体(5)中，泵轴(301)通过轴承和轴承座安装于前后泵盖轴承座支架上；泵体(5)内壁安装有分段式衬套(4)；气水分离器总成(6)与前后泵盖连接；供水管路(10)与前泵盖总成(1)的放水法兰(107)和后泵盖总成(9)的后盖放水法兰(908)连接。
4.根据权利要求1所述的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，其特征在于：连接件为用于将前泵盖总成(1)、前分配板(2)、叶轮(3)、分段式衬套(4)、泵体(5)、气水分离器总成(6)、拉紧螺栓(7)、后分配板(8)、后泵盖总成(9)和供水管路(10)连接固定的法兰、定位销和螺栓；前分配板(2)和后分配板(8)分别通过螺栓与前泵盖总成(1)、后泵盖总成(9)固定连接，拉紧螺栓(7)穿过泵体(5)上的连接孔连接前后泵盖。
5.根据权利要求1所述的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，其特征在于：叶轮(3)包括泵轴(301)、叶轮轮毂(302)和叶片(303)；特征为薄壁复杂样条型线变厚度的叶片(303)周圈分布于叶轮轮毂(302)上，叶片(303)设有加强筋；泵轴(301)和叶轮轮毂(302)连接方式为过盈配合。
6.根据权利要求1所述的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，其特征在于：分段式衬套(4)内壁为异形薄壁特征，将分段式衬套(4)安装于泵体(5)中。
7.根据权利要求1所述的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，其特征在于：气水分离器总成(6)包括气水分离器(601)、防尘网罩(602-1、602-2)和吸气连通管(603)；气水分离器(601)和吸气连通管(603)安装于前后泵盖上。
8.根据权利要求1所述的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，其特征在于：前泵盖总成(1)包括前泵盖泵底脚板(101-1、101-2)、前泵盖(102)、左右盖板(103-1、103-2)、前轴承座(104)、水平法兰垫(105-1、105-2)、前轴承压盖(106)、放水法兰(107)和水平法兰(108)；前泵盖泵底脚板(101-1、101-2)为支承结构；左右盖板(103-1、103-2)和前轴承压盖(106)通过螺栓连接固定于前泵盖(102)上。
9.根据权利要求1所述的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，其特征在于：后泵盖总成(9)包括后泵盖泵底脚板(901-1、901-2)、后泵盖(902)、后泵盖左右盖板(903-1、903-2)、后轴承压盖(904)、后泵盖水平法兰垫(905-1、905-2)、后轴承座(906)、后泵盖水平法兰(907)和后盖放水法兰(908)；后泵盖泵底脚板(901-1、901-2)为支承结构；后泵盖左右盖板(903-1、903-2)和后轴承压盖(904)通过螺栓连接固定于后泵盖(902)上；后轴承座(906)起支承轴承作用；后泵盖水平法兰垫(905-1、905-2)起气水分离器总成(6)与后泵盖总成(9)连接时的密封作用。
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