CN2779116Y - 多级旋喷泵 - Google Patents

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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Ns<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HT,轴功率为Pa,级数为Z,则泵的总扬程为ZHT,轴功率为ZPa,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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102852800A (zh) * 2011-10-14 2013-01-02 江苏海狮泵业制造有限公司 一种双级集液管的旋壳式核电上充泵
CN109026720A (zh) * 2018-08-19 2018-12-18 杭州大路装备有限公司 用于带有可旋转腔体的泵装置的支撑结构及泵
CN110966206A (zh) * 2019-12-10 2020-04-07 兰州理工大学 一种两级单吸旋喷泵

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