專利名稱：高轉(zhuǎn)速渦旋式液體泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是液體輸送機械，屬容積型，回轉(zhuǎn)式泵。
據(jù)《渦旋壓縮機及其它渦旋機械》(西安交通大學(xué)顧兆林、郁永章、馮詩愚著)介紹。“關(guān)于渦旋機器的內(nèi)容最早見于1905年的美國專利，是法國人Leon Creux發(fā)明的，論述的內(nèi)容是關(guān)于可以逆轉(zhuǎn)的渦旋膨脹機”。
“L.Nordi提出了渦旋液泵的專利(U.K.patent Specificaion220，296January 8，1925)。渦旋圈數(shù)約為1.5周，動渦旋盤由兩個曲柄軸驅(qū)動，兩個軸用齒輪保持同步”。專利附圖中，兩靜渦旋成鏡像在兩端，中間有共用底盤的兩個動渦旋相嚙合，動渦旋底盤上的工作區(qū)設(shè)有小于壁頂寬度的通流孔。國內(nèi)ZL95245328.2專利中，主要結(jié)構(gòu)與其相似。
“渦旋式液泵的渦旋圈數(shù)必須限制在1.5圈以內(nèi)”?！皽u旋式液泵結(jié)構(gòu)簡單，效率高，有確定的排量，具有自吸性能，并具有較為理想的運行特性。對于采用圓漸開線的渦旋液泵，其外工作腔的最大容積在形成封閉容積前達到。因此，在封閉容積形成前要吐出部分液體；如果吐出液體不及時，由于液體的不可壓縮性，不采取一定措施，流道內(nèi)的壓力將要顯著上升。而且，在封閉容積和排口連通后的一定轉(zhuǎn)角內(nèi)，由于排出液體的通流面積緩慢增加，不能及時排出因內(nèi)工作腔減小需排出的液體量，這時也將導(dǎo)致工作腔內(nèi)的壓力顯著上升，這就是所謂的壓力脈動現(xiàn)象。由于壓力脈動，導(dǎo)致機器振動增加。所以，必須妥善解決渦旋式機械固有的容積特性及排出特性帶來的問題”。
“根據(jù)壓力脈動產(chǎn)生的原因，在動渦旋盤和靜渦旋盤的中心區(qū)域各加工一個似半圓的槽；所加工槽的弧線部分仍然是漸開線，并與同其相配對的渦盤的渦圈外側(cè)型線一致；所加工槽的直線段通過渦盤的中心”。
書中給出樣機性能實測結(jié)果如下排油量66.0m/h；排油壓力0.6Mpa；允許吸入真空度0.5m；泵主軸轉(zhuǎn)速480r/min；軸功率15.0kw；容積效率95.0％；泵效率73.8％；噪聲78.1dB(A)。
由于目前渦旋液泵轉(zhuǎn)速仍不高。所以書中認為“目前應(yīng)用較少。作為液體輸送機械，渦旋液泵的主軸轉(zhuǎn)速不能很高，這似乎失去了渦旋機械可高速運轉(zhuǎn)從而減小機器結(jié)構(gòu)尺寸的特點。”加工一個似半圓槽來消除壓力脈動的方法，國內(nèi)最早見于專利ZL93219318.X如

圖1。圖中，外凹槽(1)，內(nèi)凹槽(2)。
由于對壓力脈動產(chǎn)生機制的分析存在錯誤。所以樣機試驗并不理想。似乎已到了“山重水復(fù)疑無路”的地步。
除壓力脈動引起振動外，渦旋液泵的流量每周有一次突變，會出現(xiàn)液擊現(xiàn)象，造成的振動也不可忽視。
本發(fā)明的目的是提供流量穩(wěn)定，避免壓力脈動產(chǎn)生的高容積效率、高轉(zhuǎn)速的渦旋液泵的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計。
渦旋液泵在運轉(zhuǎn)過程中，出現(xiàn)以渦旋相切線(嚙合線)為界的內(nèi)區(qū)和外區(qū)。如圖2。圖中(③、④)為內(nèi)區(qū)，內(nèi)區(qū)又可分為中心腔(③)和內(nèi)工作腔(④)，外區(qū)(⑤、⑥)又分為外腔(⑤)和外工作腔(⑥)。當(dāng)出現(xiàn)封閉工作腔時稱封閉月牙形空間。內(nèi)、外工作腔和封閉工作腔，實質(zhì)上是一個工作腔的不同工作階段。
出液口在中心區(qū)的渦旋泵，稱為收縮型，反之稱為膨脹型。
動、靜渦旋合稱渦旋付，一對動靜渦旋互為伙伴。渦旋型線呈墻壁狀，稱渦旋壁。渦旋壁的長度以周或相應(yīng)漸開線角度為計量單位。
渦旋壁每周半徑增加距離按機械書上稱為導(dǎo)程。導(dǎo)程等于基圓周長。導(dǎo)程/360即為每度相當(dāng)寬度。渦旋壁寬度也可以用相當(dāng)度數(shù)表示。
渦旋上每個點都有相當(dāng)度數(shù)值。渦旋在轉(zhuǎn)動過程中，外部渦旋嚙合點度數(shù)＝內(nèi)部渦旋嚙合點度數(shù)+180-渦旋壁寬度的度數(shù)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征是A.由一組膨脹型渦旋付和一組收縮型渦旋付同步運行；其作用之一是雙方流量互補，輸出無波動。渦旋內(nèi)區(qū)的變化可以看作半徑按定速變化的圓柱體的體積。每周有一次突變。由于最小半徑不為零，所以流量變化曲線是一個鋸齒波。漲、縮型波形相反。同步運行時互補后得到平穩(wěn)的流量。作用之二是使同時產(chǎn)生正、負壓力脈動的空間同步。
B.以A為基礎(chǔ)，在兩組渦旋間產(chǎn)生壓力脈動的封閉空間之間，設(shè)通流孔組。其端口在渦旋主體的渦旋壁內(nèi)起點外側(cè)一周和外起點內(nèi)側(cè)一周內(nèi)，底盤上寬度等于伙伴渦旋頂寬的范圍內(nèi)及其相接的側(cè)壁上；一個通流孔的兩個端口應(yīng)能同時被各自的伙伴渦旋壁頂封閉，且封閉前處于出液方，封閉后處于進液方。見圖3。通流孔分兩組，每組占據(jù)180°，每組孔數(shù)可根據(jù)流量設(shè)數(shù)個。圖中靜渦旋(7)，通流孔(8)。
計算表明，壓力脈動的正、負主峰已相互抵消，剩余的壓力脈動已相當(dāng)弱。
C.各渦旋壁長度不再受限于1.5周，而可以小于或大于1.5周由于剩余壓力脈動仍在封閉前后，雖強度大減，卻仍存在。對于稠油泵，可采取渦旋壁小于1.5周的方法，但應(yīng)用條件苛刻。從制造難度和成本考慮，也不失為一種有市場的設(shè)計。
D.消除剩余壓力脈動的方法是渦旋壁向內(nèi)、外各延長一個角度(約為0-30度)，在此范圍內(nèi)的底盤上，分設(shè)內(nèi)、外泄荷槽。其特征是以標(biāo)準(zhǔn)封閉狀態(tài)為準(zhǔn)(不計延長部分)，內(nèi)(外)泄荷槽在向內(nèi)(外)旋轉(zhuǎn)半個交接角(約5度)時，底盤上，以伙伴渦旋內(nèi)(外)半圈的壁頂外(內(nèi))側(cè)接觸線為邊沿，向內(nèi)(外)開設(shè)寬度約為壁頂寬度二倍的泄荷槽渦旋壁延長部分除交接角(α)外，還提供泄荷槽的緩沖角(β)，見，圖4。
渦旋圈數(shù)等于1.5周時，泄荷槽的交接必須在瞬間完成，這對加工的要求極高，且交接前后，越接近交接瞬間，通流面積越小，壓差越大。所以要設(shè)交接角以利加工。緩沖角內(nèi)，不要求泄荷槽承擔(dān)消除剩余壓力脈動的主角色。緩沖區(qū)之外，泄荷槽足以消除剩余壓力脈動。
E.渦旋壁的剖面最佳為等腰梯形；雖加工時需錐度銑刀，但對機器的裝配、維修及后續(xù)的成型方法改進都有利，應(yīng)盡量應(yīng)用。
F.回轉(zhuǎn)機械中，由于有偏心旋轉(zhuǎn)，必須有平衡塊才能達到穩(wěn)定的高速運轉(zhuǎn)。在渦旋壓縮機中設(shè)有大、小平衡塊。渦旋液泵中也需相應(yīng)設(shè)置。本發(fā)明中的雙曲軸機型，脹型動渦旋可兼做大平衡塊，減短機器長度。泵由四對渦旋構(gòu)成，同外徑流量增加。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有特點是以泵類為背景，同流量泵，由于回轉(zhuǎn)半徑小，相對轉(zhuǎn)速高，產(chǎn)生氣蝕的轉(zhuǎn)速上限較高，相對體積小。
渦旋液泵與其它容積泵相比，有流量平穩(wěn)的優(yōu)點，這是本發(fā)明的特點。有此特性的還有螺桿泵。但螺桿泵成本高，而渦旋泵成本將大大低于螺桿泵。
渦旋液泵可以多級串接增加輸出壓力。單級可由二或四對渦旋構(gòu)成。在不增大直徑時可以有較大的流量從理論上講，渦旋嚙合僅是靠近而無接觸。磨損只發(fā)生在軸承中。所以壽命相當(dāng)長。
渦旋液泵可以高速轉(zhuǎn)動的問題解決后，使泵的適用轉(zhuǎn)速范圍加大。適合多種應(yīng)用環(huán)境。
實施本發(fā)明應(yīng)根據(jù)工質(zhì)性質(zhì)，盡量采取低成本方案。比如稠液泵可用低轉(zhuǎn)速，用本發(fā)明的雙渦旋、有通流孔、渦旋彼壁圈數(shù)小于1.5周。不需泄荷槽。
若需高輸出壓力，高效率，高轉(zhuǎn)速。則要用雙渦旋、通流孔、泄荷槽等技術(shù)設(shè)計?，F(xiàn)已最復(fù)雜的設(shè)計為例予以說明本實施例中，渦旋對數(shù)為四對，其中兩對在近電機方，形成脹型渦旋，以動渦旋居中的設(shè)置。收縮型與膨脹型同軸線。中間隔板上有兩組通流孔，并有導(dǎo)流孔把脹型渦旋的液流引向縮型渦旋中心區(qū)。脹型渦旋中動渦旋盤上有外封閉圈。動渦旋盤由兩曲軸帶動，作無自轉(zhuǎn)圓周運動。兩動渦旋盤相位差半周。脹型渦盤重于縮型渦盤可兼做大平衡塊，曲軸的一端另設(shè)小平衡塊，兩曲軸由齒輪系保持同步。
這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是1.兩種渦旋偏心差半周，近電機方動渦旋兼做大平衡塊，整機長度短。
2.四對渦旋同時工作，在直徑不增加的情況下，流量增大。
3.雙曲軸，不用十字環(huán)等有磨損部件，壽命長。
結(jié)構(gòu)示意圖如圖5。圖中(C--C)為漲型渦旋區(qū)，(D--D)為縮型渦旋區(qū)。中間隔板上有通流孔組(8)，漲型渦旋導(dǎo)流孔(9)，漲型渦旋外有外封閉圈(10)，渦旋底盤上有外泄荷槽(1)和內(nèi)泄荷槽(2)。
權(quán)利要求
1.渦旋液體泵以動渦旋、靜渦旋為主體，由動渦旋轉(zhuǎn)向或渦旋漸開方向不同，構(gòu)成膨脹型或收縮型渦旋付。本發(fā)明的特征在于由一組膨脹型渦旋付和一組收縮型渦旋付同步運行；在兩組渦旋間產(chǎn)生壓力脈動的封閉空間之間，設(shè)通流孔組；各渦旋壁長度不再受限于1.5周，而可以小于或大于1.5周。
2.設(shè)通流孔組后，壓力脈動的正、負主峰已相互抵消，尚有剩余的壓力脈動。為消除剩余的壓力脈動，本發(fā)明的特征還在于由一組膨脹型渦旋付和一組收縮型渦旋付同步運行；在兩組渦旋間產(chǎn)生壓力脈動的封閉空間之間，設(shè)通流孔組；各渦旋壁長度不再受限于1.5周，而可以等于或大于1.5周，渦旋壁向內(nèi)、外各延長一個角度(約為0-30度)，在此范圍內(nèi)的底盤上，分設(shè)內(nèi)、外泄荷槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通流孔組，其特征在于端口在渦旋主體(不計延長部分)的渦旋壁內(nèi)起點外側(cè)一周和外起點內(nèi)側(cè)一周內(nèi)，底盤上寬度等于伙伴渦旋頂寬的范圍內(nèi)及其相接的側(cè)壁上；一個通流孔的兩個端口應(yīng)能同時被各自的伙伴渦旋壁頂封閉，且封閉前處于出液方，封閉后處于進液方。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的，渦旋壁向內(nèi)、外各延長一個角度。其特征是渦旋壁延長部分提供泄荷槽的交接角和緩沖角。
5..根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的內(nèi)、外泄荷槽，其特征是以標(biāo)準(zhǔn)封閉狀態(tài)為準(zhǔn)(不計延長部分)，內(nèi)(外)泄荷槽在向內(nèi)(外)旋轉(zhuǎn)半個交接角(約5度)時，底盤上，以伙伴渦旋內(nèi)(外)半圈的壁頂外(內(nèi))側(cè)接觸線為邊沿，向內(nèi)(外)開設(shè)寬度約為壁寬二倍的泄荷槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦旋壁，其特征是渦旋壁的剖面最佳為等腰梯形。
7.回轉(zhuǎn)機械中，由于有偏心旋轉(zhuǎn)，必須有平衡塊才能達到穩(wěn)定的高速運轉(zhuǎn)。在渦旋壓縮機中設(shè)有大、小平衡塊。根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦旋泵。其特征在于本發(fā)明中膨脹型動渦旋和壓縮型動渦旋偏心曲軸相位差半周的機型，膨脹型動渦旋可兼做大平衡塊，減短機器長度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦旋泵，其特征在于膨脹型動渦旋付和收縮型渦旋付，各由2或4對構(gòu)成。同直徑流量較大。
全文摘要
本發(fā)明用互補和泄荷槽技術(shù)，解決了渦旋液泵運行時出現(xiàn)壓力脈動和液擊造成的機器振動，制約轉(zhuǎn)速提高的問題。填補了渦旋機械在液體輸送領(lǐng)域的空白。泵結(jié)構(gòu)簡單，效率高，有確定的排量且無波動，具備較為理想運行特性。泵轉(zhuǎn)速范圍寬，低至手搖，高速大于3000r/min?？稍诔硪罕?、油泵、液壓泵、液壓馬達、水泵等方面應(yīng)用。該發(fā)明論證了國內(nèi)專家對壓力脈動認識的錯誤。屬國內(nèi)外領(lǐng)先，開發(fā)前景廣闊。
文檔編號F04C2/04GK1641219SQ20041000056
公開日2005年7月20日 申請日期2004年1月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月1日
發(fā)明者齊運生 申請人:齊運生