专利名称：以流膜控制改善泵性能的方法及流膜控制叶片泵的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及改善泵性能，特别涉及改善叶片泵性能及叶片泵的结构。
背景技术：
近年来叶片泵被广泛的用于化工、食品等领域，为此改善泵的性能，提高泵的效率已成为广大技术人员十分关注的问题。以往改善泵性能的措施基本是从改变泵的几何参数的角度考虑的，其效果不十分明显。
最近几年，有人为了解决内传动轴及其轴承的冷却和润滑问题，从泵压出室引入工质作为高压润滑液流，经轴承导水沟，完成冷却和润滑功能后，由叶轮后盖板外側腔室及叶轮螺母处泄出。在考虑泄出方式时，仅着眼于避免对主流流动造成冲击等不良影响即可。中国专利95204619公开了一种叶片泵，该泵的主要技术目的是为了解决泵的轴向力和减少泄漏流对泵的抗汽蚀性能的下降，提出了“在传动轴的前端开设有轴向平衡孔，并通过径向平衡孔及叶轮轮毂后端通槽与平衡腔相通。”这种方案由于对轴向力进行了平衡，所以在一定程度上改善了泵的性能，使泵的效率有所提高。但是，由于其设计没有考虑引出流与泵流的内在关系，为此泵效率实际提高幅度远不够理想。
根据有关资料的介绍，泵效率不高的主要原因是主流在叶轮内的液力损失比较大。流体在管道内速度的分布呈∏形，其管道中部的速率一般都比较高，而管壁处速率很低，为此形成主流在边界层附近的速度梯度，对于液体粘性切应力大的区域，易发生湍流，更为严峻情况，边界层分离而产生分离区旋涡，为此主流在叶轮内的液力损失非常大。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种以流膜控制改善泵性能的方法及流膜控制叶片泵。此种叶片泵基于自动控制及流体力学理论，以小流量的控制流改善主工作流的流动状态，提高泵的效率。
本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现一种以流膜控制改善泵性能的方法，其主要特点包括有在泵的出口处引出小流量的控制流引入泵腔室，经增压器增压后，引入传动轴的轴心引流孔，进入叶轮前端设有的流膜发生器中的内腔室，经环状狭缝e形成高速薄层流膜，沿轮毂壁流动，向液流边界层注入动能，加速边界层内流体的流速。
如上述方法所述的流膜控制叶片泵，包括有动力传动，泵体(1)与轴承体(6)固连，叶轮(2)固连于传动轴(24)的一端，其主要特点是还包括有在泵的出口处设有与泵出口腔连通的控制流路的反馈通道(5)，并与轴承体腔室(7)连通；传动轴(24)的轴心设有引流孔(19)，其轴另一端设有储液室(18)，在轴中部设有增压器(23)；在叶轮(2)的前端设有流膜发生器(25)；引流体(31)的外表面和叶轮(2)轮毂表面为光滑过渡。
所述的流膜控制叶片泵的流膜发生器(25)包括有园头螺帽(33)将园台形的流膜帽(27)紧固于引流体(31)，其间设有间隙调整垫片(28)；园头螺帽(33)、园台形的流膜帽(27)、引流体(31)、间隙调整垫片(28)的外形为流线型，尽量减少对主流体的阻力。在引流体(31)内设有连通腔(30)与内腔室(29)连通。引流体(31)的外表面和叶轮(2)轮毂表面为光滑过渡。考虑到流膜旋转对流膜帽(27)施加反向力，引流体(31)和传动轴(23)以及流膜帽(27)和引流之间均以左旋螺纹连接，而且流膜帽(27)和引流体(31)之间夹有间隙调整垫片(28)，该垫片厚度决定了流膜帽(27)内壁和引流体(31)外表面构成的环状狭缝e的大小。流膜帽(27)与引流体(31)之间形成环状狭缝e为0.1-5mm；流膜帽(27)内壁和引流体(31)外表面之间至少有8-15mm引流段，使过流截面逐渐缩小，减少局部压力损失，同时过流表面应光滑以减少沿程损失。
所述的增压器(23)包括有在传动轴(24)上设有螺旋线，其外侧设有滑动轴承(82)。螺旋线为锯齿形螺纹，可为单头或多头。增压器(23)的主要功能是增加反馈通道(5)中流体压力，且要求其和泵同步连续运行，保持流膜发生器正常工作时所必须的压力和流量。
反馈通道(5)还包括有过滤器(3)，可更换的流阻(4)。反馈通道(5)中设有的过滤器(3)，可防止泵的工作介质中混带有较大的颗粒杂质，从而影响控制流路其余各部件的正常工作。
所述的流膜控制叶片泵的动力传动为磁力传动，包括有外传动轴(16)连接于外磁转子(12)；隔套(11)固连于中联架(15)；内磁转子(13)固连于传动轴(24)。
本发明的传动轴(24)上设有两个反向安装的止推轴承(81、82)。在传动轴(24)轴心引流孔(19)设有可更换流阻(17)。储液室(18)是由承压盖(14)与内磁转子(13)构成的一个腔室，它汇集增压后的液体，并使之顺畅进入传动轴的轴心引流孔。这个腔室容积越大，泵启停时控制作用滞后越大。
反馈通道(5)从泵出口法兰引出高压流体，使之进入泵体背面的轴承体腔室(7)，此时腔室内的压强正比于泵出口压强。由轴承体腔室(7)分出两支液流，一支经轴承(81)导水沟，完成冷却和润滑后排入叶轮(2)后盖板外側的后泵腔，另一支液流为控制流，它穿过轴承(82)导水沟，进入增压器(23)，增压后集聚于储液室(18)，然后经内传动轴(24)的轴心引流孔(19)，到达流膜发生器(25)内腔室(29)。控制流进入流膜发生器(25)内腔室(29)后，因其压强比轮毂外表面附近区域主流的压强高，在此压差的作用下，高压液体由环状狭缝e均匀喷向轮毂的外表面，形成高速的薄层流膜，它和主流流向基本一致，并具有较高的轴向速度、一定的径向速度，还有相当大的圆周速度。
流膜是一股射流，其内侧紧贴壁面，外侧为泵进口来流，外侧压强迫使流膜沿壁面流动。但是流膜具有随轴转动所引起的圆周运动，流膜的流体质点受到离心力的作用而向外扩散至主流区，使主流内缘的流体获得能量而加速。由于流膜处于轮毂的位置，主流和流膜的混合流在极短的时间内就达到叶片的进口边。泵在工作中，在叶片进口边前，流膜覆盖在轮毂的表面，减少了这些部位表层粗糙度对主流的影响，降低了摩擦损失。主流进入叶片后，流速大增，由于轴向旋涡因素影响，叶片背面相对速度增加尤为显著。高速流膜是高能流体，它向叶轮的后盖板内壁、叶片的工作面和背面形成的液流边界层注入动能，使边界层内的流体加速，降低主流在边界层附近的速度梯度，从而降低粘性切应力，对于已发生湍流的区域，则根据普朗特混合长度理论，还可以进一步降低湍流粘性系数，对于更为严峻情况，可防止边界层分离而产生分离区旋涡，所有这些将大大减少主流在叶轮内的液力损失。
控制流路和泵本体压力成负反馈关系，保持了整个系统运行的稳定性。当泵运行工况受到随机干扰而发生变化时，如主流量受干扰减少，则泵出口压力增大，导致流膜发生器内腔压力增高，流膜作用增强，使主流量加大，泵出口压力减小，维持泵流量、压力相对稳定。控制的效果主要取决于流膜的速度和流量。
本实用新型的有益效果是，1.本发明将控制理论引入泵的设计，向叶轮的后盖板内壁、叶片的工作面和背面形成的液流边界层注入高速流膜，使边界层内的流体加速，降低主流在边界层附近的速度梯度，从而降低粘性切应力，大大减少主流在叶轮内的液力损失。提高泵效率6％以上。
2.本发明控制流路和泵本体压力成负反馈关系，提高泵工作的稳定性。
3.本发明采用控制流和冷却流合用同一股液流，因此，能够达到降低容积损失的效果。
4.本发明设计合理，结构简单、紧凑、加工方便。
图1为本发明实施例的主视剖视示意图；图2是流膜发生器结构剖视示意图。
具体实施例方式以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述见图1，以流膜控制改善泵性能的方法的流膜控制叶片泵，有动力传动，泵体1与轴承体6固连，叶轮2固连于传动轴24的一端，在泵的出口处设有与泵出口腔连通的控制流路的反馈通道5，并与轴承体腔室7连通；传动轴24的轴心设有引流孔19，其轴另一端设有储液室18，在轴中部设有增压器23；在叶轮2的前端设有流膜发生器25；引流体31的外表面和叶轮2轮毂表面为光滑过渡。增压器23在传动轴24上设有螺旋线，其外侧设有滑动轴承82。螺旋线为锯齿形螺纹，为单头。反馈通道5有过滤器3，可更换的流阻4。动力传动为磁力传动，有外传动轴16连接于外磁转子12；隔套11固连于中联架15；内磁转子13固连于传动轴24。在传动轴24上设有两个反向安装的止推轴承81、82。在传动轴24轴心引流孔19设有可更换流阻17；储液室18由承压盖14与内磁转子13构成的一个腔室。
见图2，本发明的流膜发生器25有园头螺帽33将园台形的流膜帽27紧固于引流体31，其间设有间隙调整垫片28，园头螺帽33、园台形的流膜帽27、引流体31、间隙调整垫片28的外形为流线型。在引流体31内设有连通腔30与内腔室29连通。流膜帽27与引流体31之间形成环状狭缝e为1mm。流膜发生器牢固地安装在传动轴前端，外型呈流线型，尽量减少对主流体的阻力。引流体31外表面和叶轮2轮毂表面为光滑过渡。考虑到流膜旋转对流膜帽27施加反向力，引流体31和传动轴24及流膜帽27和引流之间均以左旋螺纹连接，而且流膜帽27和引流体31之间夹有1.5cm厚的间隙整定垫片，该垫片厚度决定了流膜帽27内壁和引流体31外表面构成的环状狭缝e的大小。流膜帽27内壁和引流体31外表面之间至少有10mm引流段，使过流载面逐渐缩小，减少局部压力损失，同时过流表面应光滑以减少沿程损失。
权利要求
1.一种以流膜控制改善泵性能的方法，其特征包括有在泵的出口处引出小流量的控制流引入泵腔室，经增压器增压后，引入传动轴的轴心引流孔，进入叶轮前端设有的流膜发生器中的内腔室，经环状狭缝e形成高速薄层流膜，沿轮毂壁流动，向液流边界层注入动能，加速边界层内流体的流速。
2.如权利要求1所述以流膜控制改善泵性能的方法的流膜控制叶片泵，包括有动力传动，泵体(1)与轴承体(6)固连，叶轮(2)固连于传动轴(24)的一端，其特征是还包括有在泵的出口处设有与泵出口腔连通的控制流路的反馈通道(5)，并与轴承体腔室(7)连通；传动轴(24)的轴心设有引流孔(19)，其轴另一端设有储液室(18)，在轴中部设有增压器(23)；在叶轮(2)的前端设有流膜发生器(25)；引流体(31)的外表面和叶轮(2)轮毂表面为光滑过渡。
3.如权利要求2所述的流膜控制叶片泵，其特征在于流膜发生器(25)包括有园头螺帽(33)将园台形的流膜帽(27)紧固于引流体(31)，其间设有间隙调整垫片(28)；园头螺帽(33)、园台形的流膜帽(27)、引流体(31)、间隙调整垫片(28)的外形为流线型；在引流体(31)内设有连通腔(30)与内腔室(29)连通。
4.如权利要求2、3所述的流膜控制叶片泵，其特征在于流膜帽(27)与引流体(31)之间形成环状狭缝e为0.1-5mm；流膜帽(27)内壁和引流体(31)外表面之间至少有8-15mm引流段。
5.如权利要求4所述的流膜控制叶片泵，其特征在于增压器(23)包括有在传动轴(24)上设有螺旋线，其外侧设有滑动轴承(82)。
6.如权利要求5所述的流膜控制叶片泵，其特征在于所述的螺旋线为锯齿形螺纹，可为单头或多头。
7.如权利要求6所述的流膜控制叶片泵，其特征在于反馈通道(5)还包括有过滤器(3)，可更换的流阻(4)。
8.如权利要求7所述的流膜控制叶片泵，其特征在于所述的动力传动为磁力传动，包括有外传动轴(16)连接于外磁转子(12)；隔套(11)固连于中联架(15)；内磁转子(13)固连于传动轴(24)。
9.如权利要求8所述的流膜控制叶片泵，其特征在于所述的在传动轴(23)上设有两个反向安装的止推轴承(81、82)。
10.如权利要求9所述的流膜控制叶片泵，其特征在于所述的在传动轴(24)轴心引流孔(19)设有可更换流阻(17)；储液室(18)由承压盖(14)与内磁转子(13)构成的一个腔室。
全文摘要
本发明主要涉及改善泵性能，特别涉及改善叶片泵性能及叶片泵的结构。一种以流膜控制改善泵性能的方法，其主要特点包括有在泵的出口处引出小流量的控制流引入泵腔室，经增压器增压后，引入传动轴的轴心引流孔，进入叶轮前端设有的流膜发生器中的内腔室，经环状狭缝e形成高速薄层流膜，沿轮毂壁流动，向液流边界层注入动能，加速边界层内流体的流速。本发明将控制理论引入泵的设计，向叶轮的后盖板内壁、叶片的工作面和背面形成的液流边界层注入高速流膜，使边界层内的流体加速，降低主流在边界层附近的速度梯度，从而降低粘性切应力，大大减少主流在叶轮内的液力损失。提高泵效率6％以上。
文档编号F04D29/68GK1548778SQ0310807
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月10日 优先权日2003年5月10日
发明者刘希远, 刘明, 刘宇 申请人:刘希远, 刘明, 刘宇