CN2779116Y - 多级旋喷泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及旋喷泵——国外也称毕托管泵，一种利用内置毕托管增压的高速离心泵。本实用新型的技术特点是采用多级毕托管，因而在高扬程的使用工况下，无需对电动机增速，取消了昂贵的增速齿轮箱，突破了单级泵已达到的扬程上限1100米，可以在电机的额定转速下实现2000米或更高的泵扬程。本实用新型中把已有泵的悬臂式转子支承方式改进为两端支承式，大大改善了筒形转子的动平衡条件，提高了运转的可靠性。

Description

多级旋喷泵

本实用新型涉及旋喷泵。二十世纪九十年代国外研制成功了一种适用于小流量Q＜100M³/H，高扬程H＜1100M，比转数ns＜30的单级离心式泵，与同样比转数的旋涡泵、高速离心泵比较，泵效率高5～10％。与容积式柱塞泵比较，没有直接接触的摩擦运动付、进出口单向阀。特别是高压一侧为零密封，大大提高了运行可靠性，成为免维修设备。泵原理独特，(详见参考文献[1]、[2])，简要介绍其结构和工作原理。参看附图1，上半图为泵剖视图，泵中与流体接触的水力学部件只有两个：转盘(5)和转鼓(6)组合而成的转子及其内部不动的扩压管(4)。转子悬臂式固定于轴(1)上。轴承(2)固定在泵体(3)左端形成的润滑轴承室内，泵体(3)右端成为保护转子的固定外腔，其下部有固定泵的地脚。泵的右侧为进出口室(8)，用螺钉固定在泵体(3)上。转子内部中央的扩压管(4)，联通引出管(9)，引出管(9)固定在进出口室(8)上，故扩压管(4)是不动的，且联通高压流体的出口，所以泵的高压出口无需动密封——即“零密封”，仅需进口安装动密封(7)。

该泵工作过程是这样的：流体经进出口室下端进口进入转盘(5)的多个槽道，在转子旋转的离心力作用下流到转鼓(6)的内腔，由于转鼓(6)内壁与流体的摩擦作用，流体也随转子作同向的旋转。在转鼓(6)内腔的外缘处流体的旋转速度最大，由于旋转流体正对着扩压管(4)的圆孔，固此便有一部分流体冲进去，撞在孔口的内壁上，其旋转方向的流速应变为零——即所谓“滞止”，流体的压力进一步升高。经中央水平的引出管(9)流出泵出口。

图1下部显示了扩压管(4)的侧向剖视图，它就是流体力学中用于总压测量的毕托管，所以这种泵国外专利文献中也称之为毕托泵(Pitot Pump)，它就是利用滞止原理，把流体动能转变为压力，得到流体总压的。这也是航空发动中冲压式发动机的工作原理，所以我们应确切地称这种泵为离心——冲压泵。因为转盘(5)实际就是一个离心泵叶轮，旋喷泵相当于一个离心泵再加一个滞止增压的冲压泵。所以在相同的半径尺寸和泵的旋转速度下，它比一般离心泵压力可提高近一倍。由于扩压管(4)的孔口可以做得很小，所以尤其适应于小流量的使用条件。众所周知，当比转数N_s＜30的情况下，由于泵流量Q极小，扬程又高，离心泵的叶轮出口及叶片式扩压叶栅的通道面积总是嫌大，因为若完全适应这样的小流量，流道太窄，边界层的流动摩擦损失不但大得可怕，有时甚至是制造工艺无法实现的，这也就是困惑离心泵流体力学多年的一大难题。旋喷泵把这个难题破解了。

但已有旋喷泵仍有其不足之处：

(1)在泵扬程很高的条件下，只能提高泵的转速。因为常用电动机的转速最高不超过3000rpm，要提高扬程一是：提高泵的外径尺寸，二是：提高泵的转速。前者不可能一味加大，过大不但结构笨重，而且泵的水力效率会大大的下降。已有旋喷泵中达到其目前最高扬程H＝1100M时，泵的转速达到n＝5600rpm。因而现有技术中旋喷泵和电机间必须加装增速机。增速机可用皮带轮或齿轮箱。皮带轮一是维护麻烦，要经常调正或更新皮带，影响生产，二是不能适用于高载荷的高速条件，现有旋喷泵中只在电机功率小于55KW时采用。使用高速齿轮箱，因为需要强制润滑，有时还要配置辅助油泵，不但额外消耗能量，而且增加了维护成本。高速齿轮箱的噪声还污染工作环境。最大的问题还在于大功率高转速齿轮箱制造技术极为复杂，其造价远远高于泵本身，这就使整机设备成本成倍增加。

(2)如图1中所式，悬臂式支承的转子安装方式，造成轴承极其不利的负载环境。一般单级离心泵多采用这种悬臂式结构，但那时转子就是一个轴向不宽的叶轮。而旋喷泵则为一个巨大的旋转筒体，如图1中的(5)与(6)合成的转子，不但轴向尺寸大、重量大，特别是内部充满了旋转的流体，可能造成整个转子的惯性中心的不稳定，即使在静态对转子作了精确的动平衡校正，可能依然不能完全解决问题，这就使轴承的工作条件进一步恶化，使泵的运行可靠性大为下降。

本实用新型就是为解决上述问题而提出的技术方案：

(1)采用多级串联形式，以实现在电机转速条件下的高扬程，彻底摆脱了增速机。

(2)将转子改为两端支承的形式。

由于采用了多级，可使泵的转速降低、径向尺寸减少，这也大大改善了轴承的负载状况，除降低造价外，也使运行可靠性和经济性得以提高。

下面就附图2，详细说明本实用新型的技术方案：

图中各处的箭头表示了流体在泵内的走向。进出口室(8)上部为泵的进口，与首级转子(12)之间装有进口密封(7)，首级转子(12)上装有前轴承(10)，进出口室(8)内腔成为前轴承座。(为安装方便也可以把前轴承座与进出口室分开，前轴承座与筒体(21)联接，进出口室(8)再固定在前轴承座上)。由于转子是转动的，而进出口室是固定的，其间的进口密封(7)是不可省略的，但它也是泵内唯一设置的动密封。

流体先经转子(12)的旋转槽道，离心增压后，在其内腔继续作旋转，少量流体(相当于泵的出口流量)冲进首级扩压管(11)，它外径处也具有毕托管的入口形状，但中心处则为反出流方向的环形通流管，通流管外环与次级转子(14)形成环形间隙配合——实质也是一个动密封，相当于多级离心泵中的级间密封，管内侧则以螺纹形式固定在末级后的引出管(9)上，螺纹转向应和转子相反，保证在流体的冲压下，扩压管是固紧而不是旋松方向，这在设计中必须予以注意。流体通过首级扩压管(11)滞止增压后反流至次级转子(14)，再次经离心增压后进入次级扩压管(13)。(13)中心部分也是用螺纹固定在首级扩压管(11)上的，其螺纹转向也必须是防松的。液体在泵内如箭头所示，反复经过次后级的转子、扩压管至末级扩压管(15)处。末级扩压管中央为封闭的，流体至此反向经引出管(9)和固定引出管的法兰套(22)内孔流出泵。

末级转子与轴头(16)用螺钉联接，轴头(16)中央一端为泵的传动轴，轴端经联轴器与驱动电机直联(图中未表示)，另一端则为一滑动轴承座，与末级扩压管中央的短轴配合，这是考虑到固定在进出口室一端的多级扩压管轴向长度较长，仅靠一端固定不可靠，在此端加内轴承扶正。若泵的级数少可不用。

后轴承座(17)中内装后轴承(18)，由于和电机直联，转速较低，轴承动负荷小，所以可采用较方便维护的脂润滑滚动轴承，与图1中的已有旋喷泵比又简单又便宜。轴承座盖(19)及内设的油封(20)是防止润滑脂外溢的。

作为卧式泵，筒体(21)带有固定支脚(图中未表示)，成为全泵的支承。它用螺钉与进出口室(8)、后轴承座(17)紧固成一体。

从图2可以看出，多级旋喷泵须从泵进口向后逐级装配，转子间由外缘处螺钉紧固在一起，扩压管则由内环螺纹固定在引出管上，每装好一级转子，再装扩压管，然后装下一级转子，再装下一级扩压管，直至装好轴头(16)。其装配或拆卸是十分方便的。

多级旋喷泵中单级泵扬程为H_T，轴功率为P_a，级数为Z，则泵的总扬程为ZH_T，轴功率为ZP_a，效率则与单级泵相同。

已有技术的旋喷泵，如图1所示，其扩压管嵌装在进出口室内，无专用工具无法拆卸，特别是由于扩压管拆下后悬在转鼓中央，一不小心会碰坏机械密封，这是用户常出现的问题。

本实用新型中，扩压管是通过法兰套(22)，从泵外用螺钉固定在进出口室(8)上的，拆泵时绝不会碰坏密封，也无需专用工具。把附图2中的扩压管(11)改为末级扩压管(15)，将轴头(16)与首级转子(12)联接，即成为两端支撑的单级旋喷泵，如上所述，它比已有技术中的旋喷泵，拆装方便且改善了转子的动平衡受力状态。

由于采用多级，泵的最高扬程可由已有旋喷泵的1100M，(泵转速须增速至5600rpm)，达到2000M，甚至更高，因而也可以取代转速达到25000rpm～35000rpm的高速离心泵——这种泵最高扬程达到2000米。从制造成本和运行的可靠性来看，本泵将有极显著的优势。

                        参考文献

[1]Erickson等，美国专利3,838,939，1974年10月1日

[2]Erickson等，美国专利4,073,596，1978年2月14日

                        图面说明

附图1上部为已有技术的旋喷泵结构图，下部为扩压管采用毕托管原理的增压示意图

上部视图中：1——轴        2——轴承        3——泵体

            4——扩压管    5——转盘        6——转鼓

            7——进口密封  8——进出口室    9——引出管

附图2是本实用新型的多级旋喷泵结构图

视图中：

10——前轴承         11——首级扩压管     12——首级转子

13——次(后)级扩压管 14——次(后)级转子

15——末级扩压管     16——轴头           17——后轴承座

18——后轴承         19——轴承座盖       20——油封

21——筒体           22——法兰套

Claims (3)

1.一种由多个扩压管和多个转子组合而成的旋喷泵，其特征是泵的静止增压由多个装于转子内部的扩压管完成，扩压管入口具有毕托管的形状，其中央用螺纹形式彼此联接并通过引出管、法兰套从外部固定泵体上，泵的离心增压由多个前部带叶片式槽道后部为筒形的转子完成，各级转子在外缘处由螺钉固定在一起，转子与电机直联，无需增速机构。

2.如权利要求1所述的旋喷泵，其特征是转子由其两端轴承支承，不用悬臂式支承。

3.如权利要求1所述的旋喷泵，其特征是末级内部中央装有滑动轴承，对悬臂式固定的多级扩压管起扶正作用。

Images