一种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副的制作方法
【专利摘要】一种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副，属于螺杆泵啮合副技术领域。其特征在于：所述的螺杆转子（8）包括啮合端和物料入口端，啮合端两侧与机壳（3）之间设有对称分布的两组椭圆形密封盘（5），两组椭圆形密封盘（5）分别通过旋转轴（4）转动安装在螺杆转子（8）两侧，螺杆转子（8）上设有与两组椭圆形密封盘（5）相啮合的啮合凹槽（804），所述的螺杆转子（8）的物料入口端上设有入口螺旋槽（803）。本发明依靠椭圆形密封盘与螺杆转子上的啮合凹槽完全啮合，形成自驱动力，实现由螺杆转子自驱动的回转运动，椭圆形密封盘形成两个周期性变化的工作腔容积，提高了密封盘和螺杆的容积利用率，保证了螺杆泵运行的可靠性和稳定性。
【专利说明】
一种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副
技术领域
[0001]—种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副，属于螺杆栗啮合副技术领域。
【背景技术】
[0002]近年来，随着陆地化石资源储量的不断降低，海洋油气资源的开采和运输得到了迅速的发展，但是海上油气田开发带来的海洋环境污染问题越来越突出，大规模溢油事故发生的概率也越来越大。对海上溢油进行快速、有效的回收处理，对于海洋生态环境保护和人类生存安全是至关重要的。另一方面，在石油化工生产过程中，大量的含油污泥废弃物不断产生并堆积，需要定期清理。但是由于这部分海上溢油及含油污泥中可能会夹杂着动物尸体、生活垃圾等固体杂质，使得传统的流体栗送装置由于其存在对介质黏度适应性差，易磨损等缺点，已不能很好的满足海上污油输送的要求。
[0003]为了实现含杂质较多的高粘度污油泥的栗送功能，目前提出了两种不同的螺杆栗用啮合副:带齿密封盘与螺杆转子配合的啮合副及偏心圆盘与螺杆转子配合的啮合副。其中现有文献(专利号:WO 82/03428)提出了一种带齿密封盘与螺杆转子配合的啮合副，其密封圆盘上带有多个密封齿，螺杆栗工作过程中，依靠圆盘上的密封齿与螺杆转子上开设的螺旋槽配合实现啮合运动，并与机壳配合形成周期性变化的工作腔容积，实现高粘介质的输送。但这种带齿结构的密封圆盘限制了单螺杆栗的流量，同时导致密封盘齿与螺杆转子槽侧面的摩擦和磨损。
[0004]为了提高流量并降低磨损，现有文献(专利号:WO 91/14869，US005395225A，EP0523113B1)提出了一种偏心密封圆盘与螺杆转子配合的啮合副，螺杆栗工作过程中，密封盘与螺杆转子间形成均匀磨损，延长了使用寿命。为了进一步提高螺杆栗的输送能力，现有文献(专利号:WO 00/05503，US006447275B1，EP1097305B1)中提出对偏心圆盘与螺杆转子配合的啮合副进行了结构改进，缩短了螺杆转子入口段到压缩段之间的距离。但是这种偏心圆盘与螺杆转子配合的啮合副在整个栗体工作过程中，只有部分密封盘与螺杆转子的啮合区域为栗送流体的工作区域，另外一部分啮合区域为回程区，导致螺杆转子的利用率较低。而且这种啮合特征使得两个密封盘不能由螺杆转子驱动旋转，为了满足周期运动关系，两密封盘之间需要外加的辅助连接装置，导致螺杆栗的结构复杂，体积庞大、笨重，对含多杂质介质的适应性较差，辅助连接装置的存在也使得螺杆栗运行的可靠性和效率大大降低。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种能够输送高粘、多杂质流体介质，排量大，结构简单的高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副，包括螺杆转子和机壳，螺杆转子安装在机壳内，其特征在于:所述的螺杆转子包括啮合端和物料入口端，啮合端两侧与机壳之间设有对称分布的两组椭圆形密封盘，两组椭圆形密封盘分别通过旋转轴转动安装在机壳内，螺杆转子上对称设有与两组椭圆形密封盘相啮合的啮合凹槽，所述的螺杆转子的物料入口端上设有入口螺旋槽，且物料入口端端部连接动力机构，啮合端通过出口端盖连接机壳。
[0007]改变现有的啮合结构，采用两侧对称啮合的结构，在该啮合副中螺杆转子的啮合端上开有啮合凹槽，同时在螺杆转子的两侧设置对称设置的椭圆密封盘，而且椭圆密封盘可绕其几何中心自由旋转。椭圆形密封盘对称布置在螺杆转子两侧，螺杆转子与椭圆形密封盘相互啮合组成啮合副，形成自驱动力，依靠上述啮合驱动力，密封盘实现由螺杆转子驱动的自回转运动。
[0008]椭圆形密封盘的两个长半轴侧面和短半轴侧面依次与螺杆转子上啮合端开设的啮合凹槽相配合，其中短半轴侧面与啮合凹槽的啮合区域为过渡区域，长半轴侧面与啮合凹槽的啮合区域为工作区域，接触点之间满足空间啮合理论，从而实现啮合运动。椭圆形密封盘与螺杆转子啮合凹槽啮合运动过程中，在机壳内壁面的配合下，各形成两个周期性变化的工作腔，在一个工作循环内能够实现四次排液过程，实现流体的连续性平稳的栗送作用，提高了螺杆栗单位时间内的栗送量和运行的平稳性。
[0009]由此，螺杆转子旋转过程中，啮合凹槽分别与两个椭圆形密封盘的长短半轴侧面依次实现完全的啮合，保证整个工作循环内在不需要附属驱动装置的情况下能够完全由螺杆转子驱动旋转。带有嗤合凹槽的螺杆转子旋转一周，两侧的椭圆形密封盘分别与嗤合凹槽配合进行两次啮合运动，形成双流体通道，提高了螺杆转子的利用率，共完成四次排液过程，从而提高了密封盘和螺杆的工作效率，排液量增大，螺杆空间利用率得到提高，同时减轻螺杆重量。
[0010]优选的，螺杆转子的物料入口端的入口螺旋槽采用变螺距设计，按照物料的流通方向，螺距逐渐增大形成介质入口流动通道，可有效的减少介质内部泄漏。
[0011 ] 所述的两组椭圆形密封盘之间的相位差为180度。两个椭圆形密封盘的长短半轴侧面分别与螺杆转子的啮合凹槽依次实现完全的啮合，相位相差180°，保证在整个工作循环内不需要附属驱动装置的情况下能够完全由螺杆转子驱动旋转。带有啮合凹槽的螺杆转子旋转一周，两侧的椭圆形密封盘分别与啮合凹槽和机壳内腔配合形成周期性变化的工作腔。
[0012]所述的旋转轴穿套在密封盘的几何中心处，旋转轴两侧分别通过密封盘轴承固定在机壳上。转轴两端轴承定位的结构可以减弱螺杆栗工作过程中转轴的震动，从而减小工作过程中密封盘与螺杆转子之间的摩擦、磨损和振动，提高螺杆栗运行的稳定性和可靠性。
[0013]所述的椭圆形密封盘上涂有橡胶涂层。优选的，在椭圆形密封盘上设置多个用于紧固橡胶涂层的通孔，通过多个通孔可将橡胶涂层牢固的涂覆在椭圆形密封盘上，并通过橡胶涂层增加椭圆形密封盘与物料之间的增压效果。
[0014]所述的机壳包括上机壳和下机壳，上机壳和下机壳均为向外凸起的壳体，两壳体之间形成啮合副的工作腔。
[0015]所述的机壳一端设有连接架，通过连接架连接动力机构，所述连接架包括固定大环、连接小环和连接筋，固定大环的直径大于连接小环，平行设置的固定大环和连接小环之间通过环形设置的多条连接筋同轴连接，固定大环与连接小环之间形成容纳所述螺杆转子物料入口端的空间。
[0016]连接架固定安装在螺杆栗的入口端，其端面上开有三个扇形窗口和一个中心孔。螺杆转子的螺杆端轴通过连接架的中心孔与驱动马达相连。螺杆栗工作过程中，旋转的螺杆转子的螺杆刃边与连接架的扇形窗口配合，能够实现破碎大块固体杂质的作用，从而防止了栗体流道堵塞。
[0017]所述的螺杆转子包括螺杆端轴和螺杆尾轴，螺杆端轴固定在螺杆转子的物料入口端端部，螺杆尾轴固定在螺杆转子的啮合端端部。
[0018]螺杆转子入口端的入口螺旋槽的螺杆刃边锋利，其与连接架形成剪切组合，起到破碎大块固体杂质的作用，可以防止栗体流道堵塞，保证了高粘多杂质流体介质输送用螺杆栗的可靠性;为防止内部泄漏，入口螺旋槽采用变螺距设计，形成介质入口流动通道;螺旋凹槽与椭圆形密封盘啮合，并在此处实现对介质的增压;螺杆尾轴通过轴承与出口端盖相连，起固定螺杆作用。
[0019]所述的动力机构为液压动力机构，包括液压马达和联轴器，液压马达的动力输出端通过联轴器连接螺杆转子的物料入口端。
[0020]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是:首先本发明所提出的螺旋椭圆密封啮合副，依靠椭圆形密封盘与螺杆转子上的啮合凹槽完全啮合，形成自驱动力，实现由螺杆转子自驱动的回转运动，避免了在两密封盘之间设置附属的机械传动机构卡死，引起螺杆栗停机的问题;其次，啮合副运动过程中，椭圆形密封盘的两个长短半轴侧面分别与螺杆转子上开设的螺旋槽及机壳内壁面配合，形成两个周期性变化的工作腔容积，实现流体介质的输送。双流道的设计提高了密封盘和螺杆的容积利用率，而且由于不再存在所谓的回程区(即密封盘不对介质做功)，密封盘寿命相对延长，螺杆栗的工作效率提高;而且螺旋形螺杆的刃边与连接架组合，能够破碎体积较大的固体杂物，防止栗体流道堵塞，从而保证了螺杆栗运行的可靠性和稳定性。
【附图说明】
[0021]图1为采用双螺旋椭圆密封啮合副螺杆栗半剖示意图。
[0022]图2为双螺旋椭圆密封啮合副主视图。
[0023]图3为图2位置转过90度结构示意图。
[0024]图4为图1中1-1位置的截面图示意图。
[0025]图5为连接架结构主视图示意图。
[0026]图6为连接架结构侧视图示意图。
[0027]其中，1、液压马达2、连接架201、固定大环202、连接小环203、连接筋3、机壳301、上机壳302、下机壳4、旋转轴5、椭圆形密封盘 6、密封盘轴承7、出口端盖8、螺杆转子801、螺杆端轴802、螺杆刃边803、入口螺旋槽804、啮合凹槽805、螺杆尾轴9、联轴器10、橡胶涂层11、端盖轴承。
【具体实施方式】
[0028]图1?6是本发明的最佳实施例，下面结合附图1?6对本发明做进一步说明。
[0029]参照附图1: 一种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副，包括螺杆转子8和机壳3，螺杆转子8安装在机壳3内，螺杆转子8包括嗤合端和物料入口端，螺杆转子8的啮合端两侧与机壳3之间设有对称分布的两组椭圆形密封盘5，两组椭圆形密封盘5分别通过旋转轴4转动安装在螺杆转子8两侧，螺杆转子8上对称设有与两组椭圆形密封盘5相啮合的啮合凹槽804，螺杆转子8的物料入口端连接动力机构，啮合端通过出口端盖7连接机壳3。两组椭圆形密封盘5之间的相位差为180度。
[0030]螺杆转子8包括螺杆端轴801、螺杆刃边802、入口螺旋槽803和螺杆尾轴805，螺杆端轴801固定在螺杆转子8的物料入口端，螺杆尾轴805固定在螺杆转子8的嗤合端，螺杆转子8的物料入口端上设有入口螺旋槽803，A 口螺旋槽803的边缘设有螺杆刃边802。
[0031]旋转轴4穿套在密封盘的几何中心处，旋转轴4两侧分别通过密封盘轴承6固定在机壳3上。椭圆形密封盘5上涂有橡胶涂层10。动力机构为液压动力机构，包括液压马达I和联轴器9，液压马达I 一端固定连接连接架2，液压马达I的动力输出端通过联轴器9连接螺杆转子8的物料入口端，具体的，液压马达I的输出轴通过联轴器9连接螺杆端轴801。旋转轴4两端轴承定位的结构可以减弱螺杆栗工作过程中转轴的震动，从而减小工作过程中椭圆形密封盘5与螺杆转子8之间的摩擦、磨损和振动，提高螺杆栗运行的稳定性和可靠性。
[0032]机壳3包括上机壳301和下机壳302，上机壳301和下机壳302均为向外凸起的壳体，两壳体之间形成啮合副的工作腔。
[0033]机壳3—端设有连接架2，通过连接架2连接动力机构，如图5和6所示，连接架2包括固定大环201、连接小环202和连接筋203，固定大环201的直径大于连接小环202，平行设置的固定大环201和连接小环202之间通过环形设置的多条连接筋203同轴连接，固定大环201与连接小环202之间形成容纳螺杆转子8物料入口端的空间。连接架2固定安装在螺杆转子8的入口端，其端面上开有三个扇形窗口和一个中心孔。螺杆转子8的螺杆端轴801通过连接架2的连接小环202的中心孔与驱动液压马达I相连，传递扭矩驱动螺杆转子8旋转。螺杆转子8旋转过程中，两个椭圆形密封盘5的长短半轴侧面依次与螺杆转子8的两个螺旋凹槽804配合，实现空间啮合运动。在啮合驱动力的作用下，两个椭圆形密封盘5在整个工作循环内能够实现由螺杆转子8驱动的自回转运动，省去了复杂的附属驱动装置，使得整个螺杆栗结构更简单，功耗更小。工作过程中，旋转的螺杆转子8的物料入口端的入口螺旋槽803的螺杆刃边802与连接架2的扇形窗口配合，能够实现破碎大块固体杂质的作用，从而防止了栗体流道堵塞。
[0034]整个螺杆栗按功能分为:动力输入段、入口段、增压段和出口段。其中驱动液压马达I安装在动力输入段，并通过联轴器9与螺杆端轴801相连。带有双啮合凹槽804的螺杆转子8安装在机壳3内，并与对称布置在其两侧的椭圆形密封盘5形成啮合副。螺杆栗工作过程中，液压马达I通过联轴器9向螺杆转子8传递扭矩，在驱动扭矩的带动下，带有啮合凹槽804的螺杆转子8在机壳3内绕其中轴线转动，输送介质从入口段进入螺杆转子8的两个入口螺旋槽803，经过增压段螺旋椭圆密封啮合副的增压后，介质到达出口段，随后经出口端盖7排出栗体，实现高黏度流体介质的连续输送。
[0035]螺旋椭圆密封啮合副啮合运动过程中，啮合副与机壳3内壁面配合形成周期性变化的工作腔容积，从而实现流体介质的输送功能。而两个椭圆形密封盘5与啮合凹槽804配合的这种独特结构，使得在螺杆转子8上形成双流体通道，在一个工作循环内能够实现四次排液过程，这样就增大了螺杆栗的容积效率和排液的平稳性。另外一方面，螺杆转子8入口端的入口螺旋槽803的螺杆刃边802比较锋利，螺杆刃边802与连接架2形成剪切组合，起到破碎大块固体杂质的作用，可以防止栗体流道堵塞;为防止内部泄漏，入口螺旋槽803采用变螺距设计，形成介质入口流动通道;啮合凹槽804与椭圆形密封盘5啮合，并在此处实现对介质的增压；随后，介质向外排出；螺杆尾轴805通过端盖轴承11与出口端盖7相连，起固定螺杆转子8的作用。图3为图2位置转过90度，螺杆转子8的形状几何对称。
[0036]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【主权项】
1.一种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副，包括螺杆转子(8)和机壳(3)，螺杆转子(8)安装在机壳(3)内，其特征在于:所述的螺杆转子(8)包括啮合端和物料入口端，啮合端两侧与机壳(3)之间设有对称分布的两组椭圆形密封盘(5)，两组椭圆形密封盘(5)分别通过旋转轴(4)转动安装在螺杆转子(8)两侧，螺杆转子(8)上设有与两组椭圆形密封盘(5)相啮合的啮合凹槽(804)，所述的螺杆转子(8)的物料入口端上设有入口螺旋槽(803)，且物料入口端端部连接动力机构，啮合端通过出口端盖(7)连接机壳(3)。2.根据权利要求1所述的一种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副，其特征在于:所述的两组椭圆形密封盘(5)之间的相位差为180度。3.根据权利要求1所述的一种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副，其特征在于:所述的旋转轴(4)穿套在椭圆形密封盘(5)的几何中心处，旋转轴(4)两端分别通过密封盘轴承(6)固定在机壳(3)上。4.根据权利要求1所述的一种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副，其特征在于:所述的椭圆形密封盘(5)上涂有橡胶涂层(10)。5.根据权利要求1所述的一种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副，其特征在于:所述的机壳(3)包括上机壳(301)和下机壳(302)，上机壳(301)和下机壳(302)均为向外凸起的壳体，两壳体之间形成啮合副的工作腔。6.根据权利要求1所述的一种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副，其特征在于:所述的机壳(3 ) 一端设有连接架(2 )，通过连接架(2 )连接动力机构，所述连接架(2)包括固定大环(201)、连接小环(202)和连接筋(203)，固定大环(201)的直径大于连接小环(202)，平行设置的固定大环(201)和连接小环(202)之间通过环形设置的多条连接筋(203)同轴连接，固定大环(201)与连接小环(202)之间形成容纳所述螺杆转子(8)物料入口端的空间。7.根据权利要求1所述的一种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副，其特征在于:所述的螺杆转子(8)包括螺杆端轴(801)和螺杆尾轴(805)，螺杆端轴(801)固定在螺杆转子(8)的物料入口端端部，螺杆尾轴(805)固定在螺杆转子(8)的啮合端端部。8.根据权利要求1所述的一种高粘多杂质流体介质输送用双螺旋椭圆密封啮合副，其特征在于:所述的动力机构为液压动力机构，包括液压马达(I)和联轴器(9)，液压马达(I)的动力输出端通过联轴器(9)连接螺杆转子(8)的物料入口端。
【文档编号】F04C2/16GK106089698SQ201610636204
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月5日 公开号201610636204.3, CN 106089698 A, CN 106089698A, CN 201610636204, CN-A-106089698, CN106089698 A, CN106089698A, CN201610636204, CN201610636204.3
【发明人】王增丽, 申迎峰, 王宗明, 王振波, 王君
【申请人】中国石油大学(华东)