一种轴对称曲面旋转变容泵的制作方法
【专利摘要】一种轴对称曲面旋转变容泵，涉及变容泵制作领域，包括泵体，泵体内的主轴、主轴中心的分隔盘、分隔盘两端的旋片，旋片曲面上镶嵌有一层金属硬质合金，分隔盘两端工作面上包衬一层可塑性非金属材料。有效防止旋片与分隔盘间隙增大，防止旋片气蚀以及颗粒磨损、刮伤旋片和分隔盘工作面。
【专利说明】一种轴对称曲面旋转变容泵
【技术领域】
[0001]发明是对轴对称曲面旋转变容泵的改进，尤其涉及一种可以防止旋片和分隔盘相向的表面受高压流体的冲刷、磨损，旋片使用寿命长，泵效率高，能气、水、油三相混输的轴对称曲面旋转变容泵。
【背景技术】
[0002]轴对称曲面旋转变容泵是一种新类型旋转容积泵，其工作效率很高，泵送效率高达70?80%，要比普通离心泵效率高出30?40%左右，尤其在小流量、高压力工况使用，效率会比离心泵高出40%左右。例如流量20?30m3 / h，扬程0.8MPa的离心泵，一般效率只有35?40%，而输送同样流量及扬程的轴对称曲面旋转变容泵，其效率高达75%左右。此外，此泵还因是容积渐变压缩实现泵送，泵内液体线速度较低，对泵冲刷性磨损较小，因而在输送高粘度液体、含固相物料浆体具有独到优势。例如使用在我国面广量大的石油原油输送，较现有原油输送多级离心泵功率可以节省35%以上,是一种较理想的原油输送泵。并且此泵可正/反向旋转工作。
[0003]中国专利200620116360.9公开了一种曲面旋转变容泵，基本结构如图1，包括内腔呈圆筒形的泵壳3及两端支承转轴的装配式泵盖2，泵腔轴向中部的固定分隔盘5将泵分隔为左右二腔，与泵腔轴线重合穿过分隔盘的转轴1，分隔盘两侧与泵腔周面转动配合、曲面相对并相错180度、固定在转轴上的轴对称曲面转盘4，分隔盘中间有轴向滑槽，内插可轴向往复滑动的挡板组件6。工作原理:分隔盘两侧曲面相向、曲面错位180度的轴对称曲面转盘同步旋转，在滑动挡板两侧分别产生容积减少(排出)和容积增加(吸入)，左右共有2个排出工作腔，2个吸入工作腔，通过分隔盘上导液凹槽对外排出和吸入流体，从而实现泵的排、吸连续输送。滑动挡板在分隔盘轴向滑槽中往复运动，由同步旋转对置相错180度的曲面转盘曲面推动。然而此结构只是提出了一种轴对称曲面旋转变容泵的设想，由于缺少工程运行考虑，使得按此设计制作的变容泵，在工程中缺乏实际应用价值，特别是使用寿命短，通常有效工作不超过20天，因而导致该变容泵实际发明多年，只是停留在理论阶段，至今未有达到满足实际工程运行需要的泵投入市场，所以市场没有该泵实际存在，泵工程手册上也未有报导，全国原油输送泵至今仍采用效率较低的多级离心泵。
[0004]虽然通过本发明人多次持续的改进，也公开了进一步改良的技术方案(专利:201220650411.1,201220650394.1,201220650414.5、 201220650412.6)，但尚存在着不足。例如:该泵在用于输送约50%气体、约50%液体(其中8?10%为原油、40%为水)及1%固体泥砂的混合物料时，当泵出口压力大于0.8MPa的情况下，泵出液口容腔内的高压气体，夹杂着水和泥砂，从旋片曲面的凸部与分隔盘的配合部位，返流到泵腔的吸入口部位，由于夹泥砂的气体，在高速返流的过程中，很容易冲刷磨损旋片和分隔盘的表面，进而使两者之间的间隙增大，使泵的容积效率下降。在油田采油队输送含气、水、原油时，该变容泵使用两个月后，即出现高压工作腔和低压工作腔窜气的现象，影响了泵的使用效果。因此，轴对称曲面旋转变容泵要在全国油田开采上成功应用，还需改进。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术的不足，提供了一种有效防止旋片与分隔盘间隙增大，防止旋片气蚀以及颗粒磨损、刮伤旋片和分隔盘工作面的轴对称曲面旋转变容泵。
[0006]为实现本发明目的，提供了以下技术方案:一种轴对称曲面旋转变容泵，包括泵体，泵体内的主轴、主轴中心的分隔盘、分隔盘两端的旋片，其特征在于旋片曲面上镶嵌有一层金属硬质合金，分隔盘两端工作面上包衬一层可塑性非金属材料。首先在旋片曲面上覆合一层金属硬质合金，增加旋片与液体接触部位的耐磨性能；再在分隔盘的两侧，与旋片配合面上，包覆一层耐磨性能好，但又要有一定可塑性的非金属材料。本发明中旋片曲面镶衬一层金属硬质合金，目的在于提升旋片曲面对带泥砂流体的抗磨性能，而分隔盘的两端工作面包覆一层有可塑性的非金属材料，其目的在于:一是提升分隔盘工作面的耐磨性能；二是克服当有细硬固体颗粒进入旋片曲面与分隔盘表面之间的隙缝时，可以陷入分隔盘上的可塑性非金属材料中，避免或减少嵌入隙缝中的细硬颗粒对运动的旋片的磨蚀或钢性刮伤。旋片和分隔盘上两种软硬性质不同，功能不同的材料配合，可以有效提升旋片和分隔盘的耐磨性和使用寿命。
[0007]其技术关键在于通过旋片与分隔盘上的可塑性非金属材料，实现软硬调和，在具有细硬颗粒时通过可塑性非金属材料的弹性和可变形性将细硬颗粒包裹入内，防止在旋片与分隔盘的间隙内来回摩擦造成旋片曲面磨蚀或钢性刮伤。
[0008]作为优选，金属硬质合金为鹤钴或镍钴合金。
[0009]作为优选，可塑性非金属材料为超高分子量聚乙烯或聚氨脂或改性聚四氟乙烯。
[0010]作为优选，金属硬质合金层与旋片曲面曲率一致，金属硬质合金层上焊接有固定螺栓或螺母，通过在旋片上设置对应的螺孔，两者螺栓紧固连接。
[0011]作为优选，金属硬质合金层与旋片曲面曲率一致，金属硬质合金层与旋片曲面焊接固定。
[0012]作为优选，旋片曲面上堆焊有金属硬质合金层，打磨加工使两者曲率一致。
[0013]作为优选，分隔盘两端工作面上设置有锚固可塑性非金属材料层的孔或槽。
[0014]作为优选，分隔盘两端工作面与非金属材料层，两者热压铸成型固结。
[0015]本发明的有益效果:可以使轴对称曲面旋转变容泵，能输送气、油、水、固体四相混合的复杂介质。而且在出口压力大于IMPa的情况下，旋片和分隔盘都能长期使用，保证了泵的容积效率，提升了容积泵复杂工况下的使用寿命，比原有技术相比，泵的使用寿命从2个月提高到12个月。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为现有技术的结构图。
[0017]图2为本发明的结构图。
[0018]图3为旋片工作面镶硬质合金的结构图。
[0019]图4为旋片工作面镶硬质合金另一形式的结构图。
[0020]图5为分隔盘两侧工作面包塑的结构图。
[0021]图6为实施例3的结构示意图。
[0022]图7为实施例3另一种结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]实施例1:一种轴对称曲面旋转变容泵，包括泵体3，泵体3内的主轴1、主轴I中心的分隔盘5、分隔盘5两端的旋片4，旋片4曲面上镶嵌有一层金属硬质合金4.2，分隔盘5两端工作面上包衬一层可塑性非金属材料5.2。金属硬质合金层4.2与旋片4曲面曲率一致，金属硬质合金层4.2上焊接有固定螺栓或螺母4.2.1，通过在旋片4上设置对应的螺孔4.1.1，两者螺栓4.3紧固连接。具体为在旋片4的一侧，先加工好旋片基体4.1所需要曲率的曲面，并打好螺孔4.1.1备用；另一方面制作金属硬质合金层4.2，首先开制用于冷压硬质合金粉末的金属模具，把配置好的硬质合金金属粉末，通过模具压制成坯体，再将坯体放入炉窑中烧结成型，成型烧结的工艺和温度，按一般的硬质合金成型及烧结的工艺实施，烧结成型金属硬质合金层4.2，要求曲率与旋片的曲率一致。然后在金属硬质合金层4.2的一侦牝用铜焊的焊接方法焊上紧固螺母4.2.1。再将金属硬质合金层4.2镶装到旋片基体4.1上，在两者之间的隙缝里涂上胶液，再紧固螺栓4.3。然后再通过打磨金属硬质合金层4.2表面，和磨削加工内外圆后，即得到有高耐磨性能的旋片4备用。镶衬在旋片4曲面上的硬质合金4.2的厚度以较为经济，又符合强度要求为度，较好的选择为厚度3_以上，12mm以内。旋片基体4.1与硬质合金4.2之间隙缝中加注的粘胶，可选用耐温及高强度、高粘合力的固性胶粘剂，因胶粘剂品种极多，不作限定。
[0024]实施例2:参照实施例1，金属硬质合金层4.2与旋片4曲面曲率一致，金属硬质合金层4.2与旋片4曲面焊接固定。
[0025]实施例3:参照实施例1，如图7所示，旋片4曲面上堆焊有金属硬质合金层4.2，打磨加工使两者曲率一致。如图6所示，具体为在两个轴对称旋片4的工作曲面上，用市售的钨钴硬质合金焊条堆焊一层硬质合金4.4后，再进行磨削加工的工艺，磨出符合要求的工作面，其它泵组件的加工及安装与实施例一相同，也可得到旋片耐磨性能好、能输送水、气、油、固四项混合的、油田原油的轴对称曲面旋转变容泵。为了使制作成本和使用效率达到较好统一，旋片上堆焊的硬质合金4.4厚度可以控制在2?8_之间。
[0026]实施例4:参照实施例1或2或3，分隔盘5两端工作面上设置有锚固可塑性非金属材料层5.2的孔或槽5.1.1。分隔盘5两端工作面与非金属材料层5.2，两者热压铸成型固结。具体步骤为，先加工分隔盘金属基体5.1，并在基体上打若干锚固塑料的孔5.1.1，孔径在8?16_之间均可，再把分隔盘基体5.1装入已开制的金属模压模具中，两侧均匀加入500万分子量的超高分子量聚乙烯，压实后放入电炉中加温，然后模压成型，切削加工后，SP得到两边包衬超高分子聚乙烯的分隔盘备用。
[0027]本发明中的硬质合金，可以选用钨钴或镍钴合金和其它材质的硬质合金。
[0028]旋片曲面上的金属硬质合金层4.2是采用粉末冶金一次成型的方法烧结而成，制作的具体方法为把按一比一配比的混合好的金属粉末装入钢制的定型模具中，压制成型，然后把型坯脱出模具，再把型坯放入指定的模具中，放入加温炉，经加温、恒温、降温、冷却等工序烧制而成，再经过焊接打磨机加等工艺制作而成。
[0029]本发明中所述硬质合金旋片镶体，也可将旋片整体制作为硬质合金，工艺与上述粉末冶金工艺相同，采用这种方案也有较好的使用效果，只是旋片制作成本增加了 51倍。
[0030]本发明中分隔盘上包衬的可塑性非金属材料，可选择50(Γ1000万分子量的超高分子量聚乙烯粉料作为模压原料，也可以对超高分子量聚乙烯用晶须、片状晶须、碳纤维等矿物材料进行填充改性，以增强可塑性非金属材料的耐磨性，可塑性非金属材料也可选用改性聚四氟乙烯、改性功能性耐磨塑料或橡胶等材料，均在本发明保护范围之内。
[0031]本实施例中分隔盘上可塑性非金属材料的厚度应根据泵型号的大小，分隔盘直径的大小而定，较好的厚度范围设定在6?12_之间。可塑性非金属材料薄了，可塑性降低，会影响旋片的耐磨性能；可塑性非金属材料厚了，会因热胀冷缩增大变形量，影响泵机的安装精度。
【权利要求】
1.一种轴对称曲面旋转变容泵，包括泵体，泵体内的主轴、主轴中心的分隔盘、分隔盘两端的旋片，其特征在于旋片曲面上镶嵌有一层金属硬质合金，分隔盘两端工作面上包衬一层可塑性非金属材料。
2.根据权利要求1所述的一种轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于金属硬质合金为钨钴或镍钴合金。
3.根据权利要求1所述的一种轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于可塑性非金属材料为超高分子量聚乙烯或聚氨脂或改性聚四氟乙烯。
4.根据权利要求1所述的一种轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于金属硬质合金层与旋片曲面曲率一致，金属硬质合金层上焊接有固定螺栓或螺母，通过在旋片上设置对应的螺孔，两者螺栓紧固连接。
5.根据权利要求1所述的一种轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于金属硬质合金层与旋片曲面曲率一致，金属硬质合金层与旋片曲面焊接固定。
6.根据权利要求1所述的一种轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于旋片曲面上堆焊有金属硬质合金层，打磨加工使两者曲率一致。
7.根据权利要求1所述的一种轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于分隔盘两端工作面上设置有锚固可塑性非金属材料层的孔或槽。
8.根据权利要求1所述的一种轴对称曲面旋转变容泵，其特征在于分隔盘两端工作面与非金属材料层，两者热压铸成型固结。
【文档编号】F04C15/00GK204175592SQ201420608378
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】蒋龙福, 王岳平 申请人:宜兴市宙斯泵业有限公司