涡旋高压泵的制作方法

本实用新型涉及流体机械工程技术领域，尤其涉及一种新型结构的涡旋高压泵。

背景技术：
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泵行业主要产品包括各类离心泵、混流泵、轴流泵、旋涡泵、回转式容积泵、往复式容积泵和水环真空泵等。在这些泵类产品中，按台数计算，离心泵约占70%，回转式容积泵和往复式容积泵约占18%。

泵是应用非常广泛的通用机械，可以说凡有液体流动之处，几乎都有泵在工作。

在化工和石油部门的生产中，原料、半成品和成品大多是液体，而将原料制成半成品和成品，需要经过复杂的工艺过程，泵在这些过程中起到了输送液体和提供化学反应的压力流量的作用，此外，在很多装置中还用泵来调节温度。

在矿业和冶金工业中，泵也是使用最多的设备。矿井需要用泵排水，在选矿、冶炼和轧制过程中，需用泵来供水等。

在电力部门，核电站需要核主泵、二级泵、三级泵，热电厂需要大量的锅炉给水泵、冷凝水泵、循环水泵和灰渣泵等。

其它如城市的给排水、蒸汽机车的用水、机床中的润滑和冷却、纺织工业中输送漂液和染料、造纸工业中输送纸浆，以及食品工业中输送牛奶和糖类食品等，都需要有大量的泵。

在人类生活、生产过程中到处都有泵的身影，正是这样，所以把泵列为通用机械，它是机械工业中的一类主要产品。

目前市场上的高压泵有多级泵、容积泵、柱塞泵等，这些泵要么效率较低，要么结构复杂，加工、制造、维护成本较高。

技术实现要素：
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为克服上述问题，本实用新型提供一种全新工作模式的、高压力的涡旋高压泵将是有利的，其能够突破原有技术瓶颈即涡盘形线本身特点的限制，创造性实用新型出“穿轴”的结构模式，即开发出一种多级涡盘串联的新型涡旋高压泵。

为此，本实用新型提供一种涡旋高压泵，其包括驱动主轴、穿过该驱动主轴并串联安装于其上的多级涡盘结构，每一级涡盘结构都包括静涡盘和与该静涡盘啮合而形成封闭容积的动涡盘，相邻两级涡盘结构设置成静涡盘和静涡盘背靠背安装或动涡盘和动涡盘背靠背安装，每个动涡盘都通过偏心轴套安装于驱动主轴上并配备有防自转结构,其中，在该多级涡盘结构中的第一级涡盘结构的静涡盘上设置有低压流体进口，在该多级涡盘结构中的最后一级涡盘结构的静涡盘上设置有高压流体出口，该多级涡盘结构设置成动涡盘在驱动主轴的带动下旋转，从而使得经由低压流体进口进入涡旋高压泵的低压流体在经过多级涡盘结构后被加压成高压流体输送至高压流体出口。

在本实用新型中，由于多级涡盘结构以穿轴方式串联在驱动主轴上，并且只有一个与外部连通的低压流体进口和一个与外部连通的高压流体出口，使得流体在经过多级涡盘结构后能够获得泵送流体的高压力，而且可以通过涡盘结构级数的变化来获得实际应用中所需的压力大小；通过同种类型涡盘（即静涡盘和静涡盘，或动涡盘和动涡盘）背靠背安装，可以使得每两组动静涡盘产生的轴向力可以相互平衡；由于采用涡盘结构进行流体压缩，压缩腔内容积的变化是连续的，因而驱动力矩变化小，功率变化小，从而减小了运行振动，降低了噪音，提高了运行可靠性；而且，因为涡盘结构的涡旋齿都是采用特殊工艺及特制铣刀加工，能够保证运转间隙小、泄漏小，从而保证较高的压缩比；防自转结构的设置使得能够防止动涡盘自转。

进一步，在背靠背安装的静涡盘和静涡盘之间装设有配流盘，在背靠背安装的动涡盘和动涡盘之间装设有十字环座，防自转结构为十字环，该十字环两侧分别与十字环座和动涡盘滑动连接。

由于静涡盘采用背靠背布置，而且静涡盘上流道的开口通常不在同一位置，所以配流盘的设置可以用来改变流体流向，保证流体在相邻两级涡盘结构之间的顺畅流动。

再进一步，每个静涡盘上都设置有与相应的封闭容积的中心连通的中心流道和与封闭容积的外围连通的外围流道，相邻两级涡盘结构的前一级涡盘结构的静涡盘上设置有与该静涡盘的该外围流道连通的低压流体进口，而后一级涡盘结构的静涡盘上设置有高压流体出口，并且第一级涡盘结构中的低压流体进口与外部低压流体连通，最后一级涡盘结构中的高压流体出口与外部连通；配流盘上设置有前级配流道和后级配流道，前级配流道分别与该前一级涡盘结构中的中心流道和该后一级涡盘结构中的外围流道连通，后级配流道分别与该后一级涡盘结构中的中心流道和该后一级涡盘结构的静涡盘上的高压流体出口连通；十字环座上设置有输送流道，该输送流道一端与该后一级涡盘结构的高压流体出口连通、另一端与下一个相邻两级涡盘结构的前一级涡盘结构中的低压流体进口连通。

通过上述结构设置，使得流体能够从前一级涡盘结构顺利进入后一级涡盘结构而得以不停加压。

进一步，上述涡旋高压泵还包括配重盘，该配重盘设置成与偏心轴套相反的偏心结构。

配重盘的设置可用来平衡偏心轴套产生的离心惯性力。

进一步，驱动主轴的两端由轴承座支撑，在轴承座和多级涡盘结构之间装设有端盖，第一级涡盘结构和最后一级涡盘结构中的动涡盘与该端盖相邻，在该动涡盘和该端盖之间装设有防自转结构。

端盖的设置一方面起到对多级涡盘结构的密封保护作用，另一方面起到安装用于动涡盘的防自转结构的作用。

再进一步，防自转结构为十字环，动涡盘和端盖上都设置有十字环滑槽,该十字环在其两侧分别滑动连接于动涡盘的十字环滑槽和端盖的十字环滑槽中。

通过上述结构设置，可以使得动涡盘只能沿着固定轨迹运行，不能自转。

进一步，多级涡盘结构的级数由涡旋高压泵所需要输出的流体压力大小决定。

由于涡旋高压泵属于容积式泵，运行压力取决于负载，但涡盘之间啮合的间隙要求和材料的强度以及机构的密封性要求都会限制泵的压力的上限，但可通过增加泵的级数来提高泵的压力上限。

具体地，多级涡盘结构为八级涡盘结构，从第一级涡盘结构到最后一级涡盘结构依次如下布置：动涡盘、静涡盘；配流盘；静涡盘、动涡盘；十字环座；动涡盘、静涡盘；配流盘；静涡盘、动涡盘；十字环座；依次类推。

通过上述结构设置，使得第一级涡盘结构为动涡盘、静涡盘；第一级涡盘结构和第二级涡盘结构之间设置配流盘；第二级涡盘结构为静涡盘、动涡盘；第二级涡盘结构和第三级涡盘结构之间设置十字环座；第三级涡盘结构为动涡盘、静涡盘；第三级涡盘结构和第四级涡盘结构之间设置配流盘；第四级涡盘结构为静涡盘、动涡盘；第四级涡盘结构和第五级涡盘结构之间设置十字环座；以此类推，使得动涡盘和动涡盘之间背靠背设置，静涡盘和静涡盘之间背靠背设置。

进一步，第一级涡盘结构的静涡盘上的低压流体进口处设置有过滤装置。

通过过滤装置的设置，可以有效防止较大颗粒杂质进入涡盘结构内而出现对涡盘的过度磨损。

通过参考下面所描述的实施例，本实用新型的上述这些方面和其他方面将会得到更清晰地阐述。

附图说明：

本实用新型的结构以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件：

图1示意性地示出了根据本实用新型一个具体实施方式的涡旋高压泵的内部结构剖视图；

图2为图1所示涡旋高压泵的相邻两级涡盘结构以及下一个相邻两级涡盘结构的前一级涡盘结构的示意图。

具体实施方式：

下面将结合附图描述本实用新型的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本实用新型的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本实用新型的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。

应当注意到，在本文中，用于解释所揭露实施方式的各个部分的结构和/或动作的方向表示，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等等，并不是绝对的，而是相对的。当所揭露实施方式的各个部分位于图中所示位置时，这些表示是合适的。如果所揭露实施方式的位置或参照系改变，这些表示也要根据所揭露实施方式的位置或参照系的改变而发生改变。

如图1所示，根据本实用新型的一个具体实施方式的涡旋高压泵包括下轴承座10、上轴承座12、静涡盘2、配流盘3、动涡盘4、十字环5、偏心轴套6、十字环座7、下端盖80、上端盖82、驱动主轴9。静涡盘2和动涡盘4成对出现，每一对静涡盘2和动涡盘4构成一级涡盘结构。在本实施方式中共有八级涡盘结构，这八级涡盘结构穿过该驱动主轴9并串联安装于该驱动主轴9上。其中，每一级涡盘结构中的静涡盘2的啮合齿和动涡盘4的啮合齿相互啮合而形成封闭容积24，用来压缩流体，并且，仅在该八级涡盘结构中的第一级涡盘结构的静涡盘2上设置有与外部的低压流体连通的低压流体进口20，以及在最后一级涡盘结构的静涡盘2上设置将加压后的高压流体输送出去的高压流体出口22。这八级涡盘结构设置成动涡盘4在驱动主轴9的带动下旋转，从而使得经由低压流体进口20进入涡旋高压泵的低压流体在经过多级涡盘结构后被加压成高压流体输送至最后一级涡盘结构的高压流体出口22。这种八级涡盘结构仅设置一个对外的低压流体进口20和一个对外高压流体出口22的涡盘“穿轴串联”结构能够实现流体的高压力产出。另外，在本实施方式中，涡旋高压泵还可根据需要包括配重盘（图未示），配重盘设置成与偏心轴套6相反的偏心结构，以起到平衡重量的作用。

在本实施方式的这八级涡盘结构中，如图1所示,相邻两级涡盘结构采用的要么是动涡盘4背靠背安装、要么是静涡盘2背靠背安装，这样设计相邻两个动涡盘的作用是：1）十字环5可以共用同一个十字环座7，这样大大缩小了体积，简化了结构，降低了成本；2）这样的背对背安装使得每两组动静涡盘产生的轴向力可以得以相互平衡。对于八级涡盘结构的两端动涡盘4，其所用的十字环5可以安装到下端盖80和上端盖82上。另外，由于本实施方式中静涡盘2采用背靠背布置，而两个背靠背设置的静涡盘2上的开口（即进口和出口）不在同一位置，所以需要配流盘3来改变水流流向。

如图2所示，并参考图1，每个静涡盘2上都设置有与封闭容积24的中心连通的中心流道21和与封闭容积24的外围连通的外围流道23，第一个相邻两级涡盘结构的前一级涡盘结构（即第一级涡盘结构）的静涡盘2上设置有与该静涡盘2的该外围流道23连通的低压流体进口20（仅第一级涡盘结构的低压流体进口20与外部的低压流体连通），而后一级涡盘结构（即第二级涡盘结构）的静涡盘2上设置有高压流体出口22（仅最后一级涡盘结构中的高压流体出口22与外部连通）；配流盘3上设置有前级配流道31和后级配流道33，前级配流道31分别与第一级涡盘结构中的中心流道21和第二级涡盘结构中的外围流道23连通，该配流盘3上的后级配流道33分别与第二级涡盘结构中的中心流道21和第二级涡盘结构的静涡盘2上的高压流体出口22连通；十字环座7上设置有输送流道70，该输送流道70一端与第二级涡盘结构的高压流体出口22连通、另一端与第二个相邻两级涡盘结构的前一级涡盘结构（即第三级涡盘结构）中的低压流体进口20连通。

如图2所示，并参考图1，流体以水为例，水从低压流体进口20进入涡旋高压泵的八级涡盘结构中，首先从第一级涡盘结构的静涡盘2的外围流道23进入,经过第一级涡盘结构后加压，然后从静涡盘2上的中心流道21射出；再经过配流盘3上的前级配流道31进入右侧的第二级涡盘结构,即通过第二级涡盘结构的静涡盘2上的外围流道23进入第二级涡盘结构；水经过第二级涡盘结构加压后，再经过该第二级涡盘结构的静涡盘2上的中心流道23射出进入配流盘3的后级配流道33,并通过第二级涡盘结构的静涡盘2上的高压流体出口22以及十字环座7上的流道70进入右侧的第三级涡盘结构的低压流体进口20；以此类推。应当理解的是，输送的水流能起到带走摩擦热量和润滑的作用。

需要说明的是, 如图1所示，驱动主轴9是由电机(图未示)驱动旋转。动涡盘4通过偏心轴套6安装于驱动主轴9上，通过偏心轴套6的作用，动涡盘4的涡旋齿在静涡盘2的涡旋齿中摆动，从而使得动涡盘4的涡旋齿与静涡盘2的涡旋齿之间所形成的封闭容积发生由大到小的周期性变化，实现流体的吸入、压缩和排放。在本实施方式中，驱动主轴9通过键（图未示）和偏心轴套6传动到动涡盘4，其结构简单可靠，体积小，适合深井等狭窄空间作业，适用范围广。本实用新型涡旋高压泵可以水平使用，也可以竖直使用。

如图1所示，十字环5在本实施方式中构成动涡盘4的防自转结构，其两端分别卡在动涡盘4的十字环槽（图未示）和十字环座7的十字环槽（图未示）中，起到限位的作用；通过动涡盘4和静涡盘2之间形成的封闭容积的变化从八级涡盘结构的低压流体进口20吸入水流，经过涡盘结构的加压后，再通过静涡盘2射出；射出后经过配流盘3进入下一级的涡盘结构，加压后再通过静涡盘2射出，再经由配流盘3进入十字环座7上的流道然后进入下一级涡盘结构，以此类推，最终通过最后一级涡盘结构即第八级涡盘结构的高压流体出口22排出高压水流。需要说明的是，在第一级涡盘结构的静涡盘2上的低压流体进口20处优选增加过滤装置（图未示），以防止较大颗粒过度磨损涡盘结构；还可以通过在静涡盘2上设置泄压口（图未示）并通过调节该泄压口，能较好的控制每一级涡盘结构运行的压力上限，安全可靠。

另外，尽管如图1所示，本实施方式中的八级涡盘结构从左往右看为：动涡盘4、静涡盘2；配流盘3；静涡盘2、动涡盘4；十字环座7；动涡盘4、静涡盘2；配流盘3；静涡盘2、动涡盘4；十字环座7；以此类推，但是，这八级涡盘结构也可以采用：静涡盘2、动涡盘4；十字环座7；动涡盘4、静涡盘2；配流盘3；静涡盘2、动涡盘4；十字环座7；动涡盘4、静涡盘2；配流盘3，以此类推。而且，涡盘结构的级数也可以进行随意变化，比如涡盘结构可以是两级、三级、也可以是九级、十级，而且级数无论单数还是双数皆可，只要根据泵所应用的场合所需泵送压力的大小来决定。

需要说明的是，本实用新型的涡旋高压泵属于容积式泵，运行压力取决于负载，但涡盘之间啮合的间隙要求和材料的强度以及机构的密封性要求往往会限制泵的压力的上限，而通过增加涡盘结构的级数来提高泵的压力上限是本实用新型提出的一个有效手段，类似本实用新型的通过“穿轴”方式增加或者减少涡盘结构级数的装置都应该属于本实用新型保护的范围内。

本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本实用新型的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，包括这里单独披露的或要求保护的技术特征的组合，以及明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本实用新型所涉及的技术领域内，并落入本实用新型权利要求的保护范围。