专利名称：高效流体离心泵的制作方法
技术领域：
本发明属于离心泵领域。
离心泵的种类很多，有气体的，液体的，糊状的；有开式的，半开式的，闭式的；有蜗流式的，混流式的；还有单级的，多级的和复级的等等之分。但是在五花八门的离心泵大家族之中却有三个常见的缺点其一，是机械效率较低；其二，是泵的密封难度较大；其三，是泵轴、电机以及轴承等等另部件容易损坏。
本发明的目的是除去离心泵的缺点，提高离心泵的功能，它的特征在于其一，是机械效率比现有技术的离心泵最少提高20％，最多可以提高50％；其二，密封的结构功能提高，使用寿命也可以延长2-3倍。由于密封的功能较好，它不会因漏水造成电机烧毁，滚动轴承毁坏，泵轴、叶轮等另部件的损坏等缺点。
为什么本发明有这么多的优越功能呢？这是因为本发明对离心泵进行了三大改革第一，是叶轮的改革现有技术离心泵的叶轮常见的有星芒式的、渐开线式的和加速式的三大类型。如
图1所示从图1的叶轮种类中可以看出其中a1、a2、a3属于星芒式的，b1、b2属于渐开线式的，c1、c2、属于加速式的。它们之间各有各的优点和缺点。
图1的a1、a2、a3是星芒式的叶轮，它的优点是当流体被吸入叶轮后立即产生高速旋转，当流体达到叶轮外径时，流体的旋转速度已达到与叶轮外径线速度相等，而离开叶轮外径，并按叶轮旋转的切线方向进入蜗壳。它的缺点是当流体被吸入叶轮时，立即被叶片突然冲击式地改变了运动方向，而产生高速旋转。根据运动力学分析，任何物体要改变它的运动方向都要向它施一个适当的力。也就是说要向它做一定的功，改变的时间越短，速度越快，所需要向它做的功也就越大，因此可以得出结论星芒式的叶轮所需要消耗功率是比较大的。
图1的b1、b2是属于渐开线式的，它的优点是当流体被吸入叶轮后，叶片给流体产生两个分力，如图1b1的向量图所示从该图可以清楚地看出，离心的矢量大于旋转的矢量。因此流体的运动方向改变较小，速度较缓，产生的离心力较大，消耗的功率较小。机械效率相对较高。它的缺点是当流体离开叶轮外径时线速度较小。
图1的c1、c2是属于加速式的。它的优点是当流体离开叶轮外径时，流体被叶轮抛出按叶轮旋转的切线方向高速进入蜗槽，而速度大于叶轮外径的线速度。它的缺点与星芒式叶轮相同。
本发明的叶轮是根据现有技术渐开线式的叶轮和加速式的叶轮两者的优点相接合，而设计出来的。如图2所示图2的a1、a2、a3属于高压小流量的叶轮设计类型；b1、b2、b3属于中压中流量的叶轮设计类型；c1、c2、c3属于低压大流量的叶轮设计类型。以上三种类型的设计方案都是大同小异的，关键在于长S曲线叶片的设计。该曲线下称离心加速曲线。设计的具体方案如图3所示；从图3b长S曲线，即离心加速曲线，可以清楚地看出当该曲线每转10°时，离心加速和旋转加速的量都是很小的。可以根据A、B、C、D四个向量图的矢量，而得出一个结论是该离心加速曲线的离心加速度，大于旋转加速度，而每转10°对流体的两个加速度都是非常小的，因此叶轮对流体作功的量也是非常小的，但是当流体离开叶轮外径时，速度已遂暂加速到比叶轮外径线速度还要大一些。这就是该离心加速曲线的优越性。该离心加速曲线的设计方法如下①以图3b的O为圆心，以dO为半径划一内圆作为S曲线的起点圆；②以O为圆心，以D为半径划一大圆，即叶轮外径，亦为S曲线的终点圆；③以O为圆心，分别以F1、F2、F3、F4为半径，分别划出4个法线圆；④以内径起点圆G1为起点，与外径圆90°处的G3为终点，划一直线型的法线F5，并在该法线与F2法线交点处设立一个点G2；⑤以内径起点圆G1为圆心，以do为半径划一园孤相交于法线F2与F5交点处G2为终点的S曲线R1；⑥以外径90°处G3为圆心，以G2起点为半径划一圆孤R2至外径D1为终点。也就是说R1是以do为起点相交于G2为终点；R2是以G2为起点相交于D1为终点，而完成S曲线的制作。
do、G2、D1的S曲线必须经过叶轮旋转117°才能将流体抛出叶轮外径，按大于外径D的线速度进入蜗槽。也就是说流体经过117°的加速才能得到大于叶轮外径的线速度。因为加速的角速度需要经过117°的时间，所以消耗的功率就相对的减少许多。因此叶轮的机械效率也就相对的提高许多。要比现有技术的叶轮提高10％～20％之间。
图3b的所有短加速曲线是与长S曲线R2孤度相同，加速曲线的背面曲线是以满足L1、L2、L3的三个长度相等为目的，L4就是两个加速曲线之间的距离。
第二，是蜗壳的改革现有技术的蜗壳是将叶轮离心出来的流体注入蜗壳的环型蜗槽内，如图4b的W槽内所示由于流体运动的惯性作用和流体不断地补充，挤压迫使在W槽内的流体不断地汇集到蜗壳出口P处排出。如图4b的P处所示。
流体在图4b的W蜗槽内挤压蜗流的过程中，难免有一部分流体从蜗槽边沿附壁溢出，回流到叶轮中心入口处重复循环消耗功率。如图4a的A和B间隙中通过而循环的现象。为了阻止回流现象，通常都在叶轮入口处设立一个密封圈，如图4a的M所示。如果该密封圈配合得非常精密，由于磨擦力的作用就要消耗许多功率，如果配合不精密，必然要产生一定的回流，也要损耗许多功率，因此这是一个很难解决的难题。
本发明的蜗壳，经过改革后，它的结构如图5所示从图5b的结构可以清楚地看出在蜗壳的环型蜗槽W的内径与叶轮外径之间设立一个旋风式多口通道环Xt，当流体被叶轮离心抛出后，按叶轮外径切线方向进入旋风式多口通道的入口X流过后再进入环型蜗槽W内汇集到D2处排出。由于增加了这个旋风式多口通道环，流体进入W蜗槽后就绝对不可能产生回流现象。因此可以提高机械效率15％以上。
由于增加了这个旋风式多口通道环以后，它除了能产生堵住回流现象以外，它还能产生另外一个效应，也就是在叶轮高速旋转时，在叶轮的两个侧面J1、J2的间隙中能产生低压效应。因此对泵的密封不是防止流体漏出而是防止空气漏进，这就成为意外地解决了密封的难度问题。同时在叶轮中间的入口处也不必设立密封机构了。关于旋风式多口通道环的设计方法如下①多口通道的数量不能与叶轮的叶片数相同，最好相差一或二个数量为佳。
②多口通道最小断面如图5b的H与图5a的h以及多口通道数量N的乘积应大于图3叶轮H3、L3、n总排量。它们之间的等式如下；S＝H·h·N＝H3·L3·n·k式中；S＝旋风式多口通道总断面的面积。
H＝图5b的多口通道的平面宽度。
h＝图5a的多口通道的侧面高度。
N＝图5多口通道的总共个数。
H3＝图3a的叶片的一段之间的高度。
L3＝图3b的叶片间距。
n＝图3b的叶片总数。
K＝附加函数＝〔1+(15～20％)〕③图5b的A、B、D与A、C、E的α°夹角必须符合上条②的要求。
④图5b的B点是下一糟的起点。与A点具有相同的作用。其余通道槽的划法，以此类推。
⑤蜗壳的吸入菅直径D1应大于蜗壳排出菅D2的直径。
第三，是泵轴密封的改革现有技术泵轴密封结构一般都采用填料合的结构，如图6a所示图6a的1.是铜套，2.填料，4.是压盖，5.是离心封闭圈。根据该图的结构分析泵轴被密封后，填料与轴是非常紧密地结合着，当轴高速旋转时，填料2与轴必然要产生很大的磨擦阻力。如图6a的3处紧密结合的状态，难免要消耗较大的功率。另外由于长期的摩擦填料与泵轴都很容易磨损，由于填料与泵轴的磨损，必然要引起渗漏，而影响轴承、电机等等的连锁损坏，这都是常见的弊病。
图6b是端面的密封结构，人们常称平面密封或动密封。这种密封结构是比较理想的密封方法。但是尚未得到全面推广应用。它最大优越性是泵轴不会磨损，摩擦阻力也比较小，而且弹簧的压力可以自动补偿磨损量。因此使用的寿命也比较长。
图6b的1.是泵体固定陶瓷密封环，2.是转动陶瓷密封环，3.是紧套在轴上带动陶瓷环旋转的橡皮套，4.是可以伸缩的金属保护外壳，5.是固定在轴上的保护外壳，6.是密封压力弹簧，7.是橡皮垫片。
本发明的泵轴密封结构如图7所示图7的结构原理是根据图6b的原理改进而成。图7a的1.是固定陶瓷密封圈，2.是旋转陶瓷密封圈，3.是紧压套管，4.是压力弹簧，5.是传动支持隔板，6.是橡皮隔膜，7.是金属外壳。
从图7a的结构原理可以看出，它与图6b很相似，不同之处是前后两个端面同时密封，前面是防止流体漏出，后面是防止流体漏入。另一个不同之处是当流体经A、B间隙流入C腔内，流体的压力膨胀后可以将旋转陶瓷密封圈2压向固定陶瓷密封圈1。流体的压力变化对陶瓷密封圈的压力亦相应变化，这样可以保证密封性能的提高。而达到密封相对的可靠程度。
图7b的1.是固定陶瓷密封圈，2.是旋转陶瓷密封圈，3.是紧压套管，4.是弹性橡皮，5.紧固铆钉，6.是传动支持隔板，7.是橡皮隔膜，8.是金属外壳。
从图7b的结构原理与图7a基本相同，不同之处是将图7a的弹簧4改成弹性橡皮。另外是C腔大小不一样。图7a适应低杨程使用。图7b适应高杨程使用。
以上是高效流体离心泵的三大改革。经过改革后高效流体离心泵的具体设计实例如下第一是高效气体离心泵如图8所示图8a是低压大流量的设计类型即空调中心泵。
图8b是中压中流量的常用鼓风机。
图8c是高压小流量的高压鼓风机。
第二是高效液体离心泵如图9所示
图9a是小型大流量增压泵，杨程约10米左右。该图A是防止液体漏出的平面动密封。B.是离心封闭盘。C.是防止液体漏入的平面动密封。
图9b是中等流量的离心泵杨程约有20米左右，图中A、B、C的作用与图9a相同。
图9c是小流量的离心泵，杨程约30米左右。图中A、B、C的作用与图9a相同。
第三是高效糊状离心泵，如图10所示该泵的叶轮和旋风通道的原理与气体泵和液体泵相同。不同之处是泵轴密封方法略有差异。图10A是与叶轮相连的旋转陶瓷密封圈，B是与泵座固定的静态陶瓷密封圈，C与D是与轴同时旋转的密封圈，E是与电机前盖固定的陶瓷密封圈。密封的原理是AB防止糊状物漏进轴的间隙内，BC是防止糊状物从轴的间隙里漏出的密封机构。DE是防止糊状物漏进滚动轴承或电机内的结构。在F的空腔内充满堵漏油或油脂等。
第四是多级高效离心泵如图11所示多级离心泵是两级以上的各种同轴泵称为多级离心泵。它可以设计成2级，3级，4级等等根据需要而确定级数，它的特征在于体积小巧，结构紧凑，流量较大，杨程较高。
图11A为液体吸入管，B为前端密封机构，C为前端泵盖，D为泵的多级结构，E为后端密封机构，F为液体排出管。
权利要求
1.一种高效流体离心泵，它的特征在于机械效率比现有技术较高效率的离心泵最少提高20％；比现有技术较低效率的离心泵可以提高50％以上。
2.权利要求1的特征在于该泵是根据现有技术各种离心泵的缺点进行了三大改革的新型离心泵族。
3.权利要求1的特征在于该泵叶轮的叶片改革成长S曲线型式的离心加速曲线和较多的短加速曲线。
4.权利要求1的特征在于该泵的蜗壳增加了一个多口通道环，它可以堵住流体的回流现象，并能够造成叶轮两侧的低压效应。
5.权利要求1的特征在于该泵的密封机构改革成平面动密封，而前后各有一组平面动密封机构，前端的密封是防止流体漏出，后端的密封是防止流体漏入。并在前后两组密封机构的中心设立一个离心封闭盘。
6.权利要求1的特征在于该泵可以设计成各种气体的高效离心泵；也可以设计成各种液体的高效离心泵；还可以设计成各种糊状的高效离心泵。
7.权利要求1的特征在于该泵可以设计成各种单级的高效离心泵；也可以设计成各种多级的高效离心泵。
全文摘要
本发明对现有技术的离心泵进行了三大改革:一、叶轮的改革;二、蜗壳的改革;三、密封的改革;弥补了离心泵的缺陷,提高了离心泵的功能。其主要特征在于机械效率比现有技术提高20%－50%,由于密封功能的明显提高,改善了电机和轴承等易损零部件的使用条件,寿命可以延长2—3倍。
文档编号F04D29/00GK1252493SQ99117850
公开日2000年5月10日 申请日期1999年9月13日 优先权日1999年9月13日
发明者许武智, 许其昌 申请人:许武智, 许其昌