CN216518651U - 一种泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，属于离心泵技术领域。针对现有皮托管泵存在的三项缺陷：悬臂式转子重量大，高速旋转故障率高；大多采用单皮托管，泵工作压力高时，振动大，内泄漏；具有部分流泵特性，一种系列泵按最大规格流量设计，中小规格泵部分液体在转鼓内循环费功，降低泵效率。提出了泵壳静止，很轻的双皮托管用变频电机驱动高速旋转的技术方案；泵壳承受泵的进口低压，用机封密封泵轴穿过泵壳处，两处机封密封泵的出口高压；泵壳保护双皮托管，取消了现有皮托管泵转鼓和转鼓盖外围的保护壳和保护盖。双皮托管采用两端支撑结构；与双皮托管与转鼓逆转的美中专利需两台电动机相比，本实用新型泵只需一台变频电机。

Description

一种泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵

技术领域

本实用新型涉及离心泵技术领域，具体涉及一种泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵。

背景技术

上世纪五十年代，由于理论研究和制造技术的突破，出现了结构已定型的皮托管泵(Pitot tubePump)，我国称为旋喷泵、旋壳泵。其技术均来源于威尔特种泵公司WeirSpecialty Pumps，其结构见本说明书附图1，关键件是转鼓、皮托管、转鼓盖(叶轮)。威尔特种泵公司工程研发总监T.L.Angle，在2005年第22届国际泵用户研讨会上发表题为“ANEWUNIQUEHIGH-PRESSUREPUMPSYSTEM”(一种新颖独特的高压泵系统)论文，此文的附录A-皮托管泵的水力学原理(P.10～11)提出的公式(A-1)是叶轮由离心力提供的扬程Hc和速度头Hv，两者近似相等；转鼓仅收集叶轮排出的液体，不产生扬程；部分液体进入皮托管，将速度头Hv转化为扬程Hv。

现有皮托管泵使用中存在的缺陷之一：悬臂式转子部件重量大，高速旋转故障率高。

我们从www.weirsp.com威尔特种泵公司网站查出，转鼓内径406.4mm的ROH系列皮托管泵7种规格，仅皮托管的进口直径不同，转子部件完全相同，转鼓和转鼓盖的壁厚按最高转速6321rpm，最高扬程1585m设计制造，泵总重均为544kg。转鼓和转鼓盖充满水后总重115.3kg。因转鼓和转鼓盖是悬臂支撑，高转速运转故障率高。

现有皮托管泵产品缺陷之二：大多数是采用单皮托管，泵工作压力高时，振动大，内泄漏。

单皮托管受到转鼓中液体的径向力不对称，悬臂端下垂与转鼓盖内孔相撞，引起振动和内泄漏，降低泵效率。

为克服以上缺陷，US4,281,962《高压离心泵》的独立权利要求提出，用于在较高压力下泵送液体的离心泵，集流管(皮托管)被支撑在所述转鼓中，绕所述轴线旋转，从所述转鼓内收集液体。用于当所述转子组件和所述集流管沿相反方向旋转时，以相对较高的压力排出液体。权利要求9，在大约3500RPM转速时，出口压力为165.5bar；按该专利说明书后面的叙述，是从进口压力41.38bar提高到165.5bar，即压差为124.12bar，对比重1的水，扬程为1266m。该专利的结构见本说明书附图2，转鼓和转鼓盖改进为两端支撑。皮托管水平段是静止的，插入联接头轴心线处的孔中，与现有皮托管泵产品相同。双皮托管轴线出口处与皮托管水平段对接处用机封密封泵出口压力，结构不可靠，两件机封用于密封泵进口压力和防止液体进入后端轴承，并用机封防止液体进入前端深沟球轴承。该专利转鼓和皮托管的的转速相同，驱动转鼓和皮托管的皮带轮直径和宽度相同，可认为转鼓正转和皮托管逆转提供的扬程近似相等。

CN 110985402 B实用新型专利《小流量超高扬程皮托管泵》的特征是：双皮托管的旋转方向与转鼓的旋转方向相反，双皮托管的水平段采用两端支撑结构，前端用节流衬套内径与轴套外径之间的液膜支撑，后端用一对角接触球轴承支撑。双皮托管用变频电机驱动，转鼓用常规2950rpm电机直接驱动。该专利根据威尔特种泵公司皮托管泵的水力学理论认为，皮托管泵通过离心力场产生的压头和速度头产生的压头之组合，即为该泵的总压头，这两个压头的数值相近。据此，可根据皮托管泵定型产品性能测试得出的性能曲线图，能比较准确地得出在不同转速、不同流量时，皮托管将速度头转化的扬程值。

此专利实施例3：皮托管泵属于离心泵，符合扬程与转速的二次方成正比、流量与转速的一次方成正比的规律。因为皮托管很轻，反时针方向旋转的转速提高到7280rpm，在流量19.5m³/h时提供的扬程为泵总扬程之半1048m。再加上用2980rpm转速电机驱动转鼓盖顺时针方向旋转，在流量19.5m³/h时由离心力场产生扬程和由皮托管将速度头转化的扬程，总共是345m。因此，转鼓正转和皮托管逆转提供的总扬程为345m和1048m之和，即1393m。转鼓正转提供的扬程占24.8％，皮托管逆转提供的扬程占75.2％，与美国专利两种扬程各占一半相比，转鼓低速、皮托管高速的技术进步很明显。

现有皮托管泵产品的缺陷之三：威尓皮托管泵具有部分流泵特性，全系列泵按最大规格流量设计，中小规格泵大部分液体在转鼓内循环，浪费功率，降低泵效率。

威尔特种泵公司网站2009年版RO-ROH系列皮托管泵样本，全系列七种规格，按最大规格流量设计，泵外形尺寸图和泵总重544kg均相同，为减少中小规格泵大部分液体在转鼓内循环造成的能量浪费，转鼓内腔端壁上加工出液体内循环所需的两处大圆弧。作为威尔公司新改进的2200型皮托泵基础之一的非平面转鼓盖专利US 6,431,828，转鼓和转鼓盖内腔壁型线更有利液体内循环。转鼓内腔壁精加工后抛光，降低液体在转鼓内循环的能耗。以上转鼓正转和双皮托管逆转的两项专利均未提出现有皮托管泵产品的缺陷之三。

实用新型内容

皮托管泵是依据本说明书附图4“静止的皮托管测量水流速度的原理示意图”诞生的，以上双皮托管与转鼓逆转的美中专利，液体流速转化为压头的原理与现有皮托管泵是一样的。上述中国专利转鼓旋转提供的扬程仅占24.8％，完全可以让转鼓(泵壳)不转，仅由很轻的双皮托管高速旋转来实现超高扬程。

本实用新型的发明目的是：针对现有皮托管泵存在的上述三项技术缺陷，提供一种泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，泵壳仅承担贮存液体和保护高转速双皮托管的作用，很轻的双皮托管高速旋转实现超高扬程，并提高皮托管泵运行的可靠性。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，主要包括泵壳、皮托管，泵盖，其特征在于：所述泵壳静止，所述皮托管为双皮托管，所述双皮托管连接在变频电机的轴伸上。

本实用新型所述的泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，其运转时，所述双皮托管在泵壳内转动，而泵壳相对于双皮托管保持不动，所述泵壳用于承担贮存液体并保护转动的双皮托管。

本实用新型所述的泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，其在所述泵壳外周不再设置保护机构。

本实用新型所述的泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，其所述双皮托管采用两端支撑，前端用节流衬套与节流轴套之间的液膜对双皮托管支撑，后端用一对角接触球轴承支撑。

本实用新型所述的泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，其用第一机封和第二机封密封泵的出口高压，用第三机封密封泵的进口低压。

本实用新型所述的泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，其所述双皮托管的中空水平段管壁上设置多条轴向布置的出液长孔，多条出液长孔的过流总面积大于双皮托管水平中空段流道的横截面积，略小于泵出口接管内孔的横截面积。

本实用新型与现有技术相比，带来的有益效果是：

1、本实用新型的泵壳是静止的，双皮托管两端支撑，又很轻，克服了现有皮托管泵同一系列转鼓的壁厚均按最高转速设计制造，转鼓和转鼓盖充满水后总重很重又是悬臂支撑，高转速运转故障率高的缺陷，可靠性大幅度提高。

2、本实用新型的泵壳保护高转速双皮托管，从而取消了现有皮托管泵转鼓和转鼓盖外围的保护壳和保护盖。

3、本实用新型克服了现有皮托管泵按最大规格流量设计，中小规格泵大部分液体在转鼓内循环，浪费功率的缺陷。

4、本实用新型泵壳承受泵的进口低压，而现有皮托管泵的转鼓承受泵出口高压的约一半，与双皮托管与转鼓逆转的美中专利需两台电动机相比，本实用新型泵只需一台变频电机。

5、本实用新型改变双皮托管的转速和双皮托管的进口内径，就可得到不同的流量和扬程。

附图说明

图1.为现有技术皮托管泵的剖面图。

图1的标记：1.转鼓、2.皮托管、3.转鼓盖(叶轮)、4.出口接管、5.O形圈、6.螺钉固定皮托管、7.进口接管、8.联接头、9.泵轴、10.轴承座、11.保护外壳。

图2.US4,281,962《高压离心泵》剖面图。

图2的主要标记：24.转鼓、20.联接头、44.双皮托管、34.转鼓盖(叶轮)、12.保护壳、58.双皮托管水平段、50.两件机封密封泵进口压力、62.高压机封密封泵出口压力、14.轴承座、32.驱动转鼓的皮带轮、40.驱动双皮托管的皮带轮。

图3.CN 110,985,402 B实用新型专利《小流量超高扬程皮托管泵》的剖面图。

图3的标记：1.转鼓、2.双皮托管、3.转鼓盖(叶轮)、4.节流衬套和节流轴套、5.第一机封、6.泵出口接管、7.第二机封、8.第三机封、9.一对角接触球轴承、10变频电机驱动双皮托管、11.公用底座、12.轴承盒、13联接机架、14.泵进口接管、15.保护外盖、16.保护外壳、17.两极电机驱动转鼓。

图4.静止的皮托管测量水流速度的原理示意图。

图4的标记：1.水管、2.皮托管、3.U型测压管。

图5.泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵机组剖面图。

图5的标记：1.泵壳、2.双皮托管、3.泵盖、4.节流衬套、5.节流轴套、6.第一机封、7.泵出口接管、8.出液长孔、9.第二机封、10.轴承盒、11.角接触球轴承、12.双皮托管水平段实心轴、13.双头螺栓及螺母、14.泵支座、15.泵进口接管、16.排液接管及阀门、17.泵及电机公用底座、18.变频电机、19.第三机封、20.排液接管及阀门。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如附图1.现有技术皮托管泵的剖面图所示，转鼓1和转鼓盖3充满水后很重，转鼓和转鼓盖的壁厚按最高转速和最高扬程来设计制造，对转鼓内径406.4mm的ROH系列皮托管泵，转鼓1和转鼓盖3充满水后总重115.3kg。又因为转鼓和转鼓盖是悬臂支撑，高转速运转故障率高。

如附图2.美国US 4,281,962高压离心泵的剖面图所示，对现有技术皮托管泵有重大改进，将图1静止的皮托管2改成双皮托管44，与转鼓24逆向施转，由转鼓盖34正转和双皮托管44逆转提供泵的总扬程。在3500RPM转速时，对比重为1的水，扬程为1266m，两者提供的扬程近似相等。

如附图3.实用新型专利CN 110,985,402 B《小流量超高扬程皮托管泵》的剖面图所示，双皮托管2的转向与转鼓1的转向相反，双皮托管2的水平段采用两端支撑结构，前端用节流衬套和节流轴套4之间的液膜支撑，后端用一对角接触球轴承9支撑。双皮托管2用变频电机10驱动，转鼓1用常规2950rpm电机直接驱动。该专利根据威尔特种泵公司皮托管泵的水力学理论认为，皮托管泵通过离心力场产生的压头和速度头产生的压头之组合，即为该泵的总压头，这两个压头的数值相近。据此，可根据皮托管泵定型产品性能测试得出的性能曲线图，能比较准确地得出在不同转速、不同流量时，皮托管将速度头转化的扬程值。此专利实施例3，转鼓正转和皮托管逆转提供的总扬程为345m和1048m之和，即1393m。转鼓正转提供的扬程占24.8％，皮托管逆转提供的扬程占75.2％。

如附图4.静止的皮托管测量水流速度的原理示意图，是图1、图2、图3皮托管泵是由液体速度头转化为扬程的相同原理。既然上述中国专利转鼓旋转提供的扬程仅占24.8％，完全可以让转鼓(泵壳)不转，仅由很轻的双皮托管高速旋转来实现超高扬程。

具体实施例1：按美国威尔特种泵公司上述国际泵会议论文图3皮托管泵性能曲线图，充满水的转鼓和转鼓盖最高转速是5443rpm，此转速的最高效率点参数(流量99.9m³/h、扬程1097m、效率66％)。

采用本实用新型的结构设计，因双皮托管很轻，又是双支撑，本实用新型将双皮托管的转速升到8000rpm可靠性高，而泵壳保持静止，按关醒凡著“现代泵理论与设计”手册第4章泵的相似理论，流量与转速的1次方成正比，扬程与转速的平方成正比，并用公式(4-23)估算升速后的效率，得出8000rpm转速的最高效率点参数(流量146.8m³/h、扬程2370m、效率67.5％)。

具体实施例2：从www.weirsp.com威尔特种泵公司网站查出ROH-D266皮托管泵性能曲线图，转鼓内径406.4mm，双皮托管进口内径6.76mm，最高转速6321rpm的最高效率点参数(流量27m³/h、扬程1480m、效率54％)。

采用本实用新型的结构设计，将双皮托管的转速升到9000rpm，而泵壳保持静止，泵性能变化也按关醒凡泵手册的相似理论计算得出，最高效率点参数(流量38.44m³/h、扬程3000.4m、效率55.5％)。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，主要包括泵壳(1)、皮托管、泵盖(3)，其特征在于：所述泵壳(1)静止，所述皮托管为双皮托管(2)，所述双皮托管(2)连接在变频电机(18)的轴伸上。

2.根据权利要求1所述的泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，其特征在于：运转时，所述双皮托管(2)在泵壳(1)内转动，而泵壳(1)相对于双皮托管(2)保持不动，所述泵壳(1)用于承担贮存液体并保护转动的双皮托管(2)。

3.根据权利要求2所述的泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，其特征在于：在所述泵壳(1)外周不再设置保护壳和保护盖。

4.根据权利要求1所述的泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，其特征在于：所述双皮托管(2)采用两端支撑，前端用节流衬套(4)与节流轴套(5)之间的液膜对双皮托管(2)支撑，后端用一对角接触球轴承(11)支撑。

5.根据权利要求1所述的泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，其特征在于：用第一机封(6)和第二机封(9)密封泵的出口高压，用第三机封(19)密封泵的进口低压。

6.根据权利要求1所述的泵壳静止双皮托管旋转的超高扬程皮托管泵，其特征在于：所述双皮托管(2)的中空水平段管壁上设置多条轴向布置的出液长孔(8)，多条出液长孔(8)的过流总面积大于双皮托管(2)水平中空段流道的横截面积，略小于泵出口接管内孔的横截面积。

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