高效率双级水环真空泵的制作方法

本实用新型涉及一种高效率双级水环真空泵，属于真空泵技术领域。

背景技术：

国内现有的2SK系列双级水环真空泵是在SK系列单级泵的基础上增加了一级叶轮，成为双级水环泵，多与大气喷射泵配合使用，以提高真空度，但适用范围有限。由于各方面的原因，该类产品自上世纪80年代初至今未再进行改进设计，基本上停留在原有技术水平。

现有技术缺陷在于：

效率低、性能不稳定、安全可靠性差、结构复杂、装配工艺难度大，耗用原材料多。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种高效率双级水环真空泵，气流流动更顺畅，效率高，性能稳定。

本实用新型所述的高效率双级水环真空泵，包括顺次布置的前级泵和后级泵，前级泵包括前级分配盘，后级泵包括后级分配盘，前级分配盘上设有前级进气孔和前级排气孔，后级分配盘上设有后级进气孔和后级排气孔，前级排气孔和后级进气孔之间设有连通管；前级进气孔和前级排气孔比为2:1～1:1。

现有的双级水环真空泵前级进气孔和前级排气孔比为3:1，经过多次研究实验，发现，气体进入前级腔的量大，同时排出的气体量小，导致前级腔内气体流动不顺畅，前级腔和后级腔是连通的，导致后级腔气体排出也不通畅，降低了双级水环真空泵的效率，而且，性能不稳定。通过设定前级进气孔和前级排气孔的比值为2:1～1:1，大大提高了气体排出的速度，前级腔内气体流动顺畅，后级腔内气体流动也顺畅，提高了所述的高效率双级水环真空泵的效率和稳定性。

进一步优选地，前级排气孔设有前级排气阀片。采用前级排气阀片取代了现有技术所用的胶球，提高了排气调节性能。随着进气口与排气口压差的增大，达到一定的压差下胶球受力离开圆盘的排气孔，增大圆盘排气孔的面积。胶球阻力大，阀片阻力小。同样面积下胶球重量大，阀片重量小。胶球改进为阀片，减小阻力，开关灵活。

进一步优选地，前级分配盘上设有前级泄压孔，后级分配盘上设有后级泄压孔。增加了排气面积，减小负载，保征了所述的高效率双级水环真空泵安全、稳定运行。

进一步优选地，前级泵还包括前级叶轮轮毂，前级叶轮轮毂上设有前级叶轮，前级叶轮包括前级叶片，前级叶片外端部之间设有前加强筋；后级泵还包括后级叶轮轮毂，后级叶轮轮毂上设有后级叶轮，后级叶轮包括后级叶片，后级叶片外端部之间设有后加强筋；前级叶轮轮毂为直圆锥体，后级叶轮轮毂为直圆锥体，前级叶轮轮毂和后级叶轮轮毂大端连接。前级叶轮轮毂和后级叶轮轮毂大端连接，连接更稳固。

进一步优选地，前级叶片厚度为2～7mm，后级叶片厚度为2～7mm。前级叶片之间设有前加强筋，能够增强前级叶轮的强度，前级叶片的厚度可以适当减少；后级叶片之间设有后加强筋，能够增强后级叶轮的强度，后级叶片的厚度可以适当减少。前级叶片和后级叶片的厚度减少，增加了从泵腔内排出的气体介质容积，在转速不变的情况下，增加了抽气量，提高了泵效率，实现节能效果，并通过设置加强筋保证叶轮强度。

进一步优选地，前级叶轮和后级叶轮长度比为1.9:1～1.5:1。

进一步优选地，前级叶片数量为10～19片，后级叶片数量为10～19片。前级叶轮数量从现有技术20-22片减少到10-19片，后级叶轮的数量从现有技术20-22片减少到10-19片。经过多次实验测试，前级叶轮片18片，后级叶轮片18片效果较好，增加了从泵腔内排出的气体介质容积，在转速不变的情况下，增加了抽气量，提高了泵效率，实现节能效果。

进一步优选地，前级泵还包括前级泵体，后级泵还包括后级泵体，前级泵体和后级泵体之间设有中间壁，中间壁为一体成型。中间壁由现有技术的2块中间壁组合设置改为完整的一块中间壁，减少了积累误差，缩短了泵的总体长度，整体结构更加紧凑，减少空间占用，增加了强度和刚性，设备整体运行稳定性增强了，振动噪音降低了。

进一步优选地，中间壁上设有汽蚀保护孔。前级泵内设有前级腔，后级泵内设有后级腔，汽蚀保护孔能够减小进入前级腔和后级腔气体的压力，减少前级腔和后级腔内液体沸腾，减少汽蚀现象，延长使用寿命。

进一步优选地，包括转子结构和定子结构，定子结构包括前级分配盘和后级分配盘，前级分配盘和后级分配盘之间顺次设有前级泵盖、前级泵体，前级泵体、中间壁、后级泵体、后级泵盖；转子结构包括设于泵体内的前级叶轮和后级叶轮，前级叶轮和后级叶轮套装在泵轴上，泵轴贯穿前级泵体和后级泵体设置；转子结构和定子结构的偏心距与泵体内径比值为2.3:39～3:39。现有技术下，偏心距和泵体内径比值为22:399，通过减小前级叶轮和后级叶轮外径，前级叶轮外径从350mm减小到335mm，后级叶轮外径从350mm减小到335mm，前级泵体胡有机泵体的内径由399mm减小到390mm，保持前级叶轮和前级泵体靠近侧的距离不便，保持后级叶轮和后级泵体靠近侧的距离不便，定子结构和转子结构的偏心距增大了3mm，减小了轴功率，增加了抽气量。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型通过缩小前级进气孔和前级排气孔比值，解决了前级分配盘中前级进气孔和前级排气孔面积比例过大，运行中大量气体无法及时排出，压力骤升，导致负载过大，造成断轴的弊端，从而提高了高效率双级水环真空泵运行的安全可靠性；

(2)前级分配盘排气孔设有前级排气阀片，提高排气调节能力，运行中气体流动更顺畅，前级腔和后级腔中气压更稳定，设备运行效率更好更稳定；

(3)通过设置前级泄压孔和后级泄压孔，增加排气面积，减小负载，防止特殊情况下排气不及时，保证了所述的高效率双级水环真空泵安全、稳定运行；

(4)通过设置整体式中间壁，减少了积累误差，缩短的所述的高效率双级水环真空泵的总体长度，整体结构更加紧凑，降低材料消耗，减少空间占用，增加了强度和刚性，整体设备运行稳定性增强，振动噪音降低了；

(5)通过设置直圆锥体的前级叶轮轮毂和直圆锥体的后级叶轮轮毂，前级叶轮轮毂和后级叶轮轮毂大端连接，连接状态更稳固；

(6)前级叶片之间通过设置前加强筋，后级叶片之间通过设置后加强筋，有效增强了前级叶轮和后级叶轮的强度，前级叶片和后级叶片厚度以及数量相应缩减，增加了从泵腔内排出的气体介质容积，在转速不变的情况下，增加了抽气量，提高了泵效率，实现节能效果；

(7)保持前级泵体和后级泵体内腔不变甚至缩小的情况下，增大转子结构和定子结构的偏心距，降低了轴功率，实现了节能效果。

附图说明

图1是本实用新型的一实施例的结构示意图，

图2是前级进气孔和前级排气孔结构示意图，

图3是中间壁结构示意图，

图4是前级泄压孔位置结构示意图，

图5是汽蚀保护孔位置结构示意图，

图6是前级叶轮结构示意图，

图7是前级进气孔、前级排气孔、后级进气孔和后级排气孔位置结构示意图图。

图8是现有技术的结构示意图。

图中：1、后级泵盖 2、后级分配盘 3、后级泵体 4、后级叶轮 5、中间壁 6、前级泵体 7、前级叶轮 8、泵轴 9、紧固螺栓 10、前级分配盘 11、连通管 12、前级泵盖 13、前级叶轮轮毂 14、后级叶轮轮毂 15、前级泄压孔 16、汽蚀保护孔 17、前级叶片 18、前加强筋 19、后级进气孔 20、前级进气孔 21、前级排气孔 22、后级排气孔 23、前级泵 24、中间壁组件 25、后级泵。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～图2和图7所示，本实用新型所述的高效率双级水环真空泵，包括顺次布置的前级泵23和后级泵25，前级泵23包括前级分配盘10，后级泵25包括后级分配盘2，前级分配盘10上设有前级进气孔20和前级排气孔21，后级分配盘2上设有后级进气孔19和后级排气孔22，前级排气孔21和后级进气孔19之间设有连通管11；前级进气孔20和前级排气孔21比为2:1～1:1。前级排气孔21设有前级排气阀片。现有的双级水环真空泵前级进气孔20和前级排气孔21比为3:1，经过多次研究实验，发现，气体进入前级腔的量大，同时排出的气体量小，导致前级腔内气体流动不顺畅，前级腔和后级腔是连通的，导致后级腔气体排出也不通畅，降低了双级水环真空泵的效率，而且，性能不稳定。通过设定前级进气孔20和前级排气孔21的比值为2:1～1:1，大大提高了气体排出的速度，前级腔内气体流动顺畅，后级腔内气体流动也顺畅，提高了所述的高效率双级水环真空泵的效率和稳定性。

如图4所示，前级分配盘10上设有前级泄压孔15，后级分配盘2上设有后级泄压孔。增加了排气面积，减小负载，保征了所述的高效率双级水环真空泵安全、稳定运行。

如图1和图6所示，前级泵23还包括前级叶轮轮毂13，前级叶轮轮毂13上设有前级叶轮7，前级叶轮7包括前级叶片17，前级叶片17有若干，前级叶片17外端部之间设有前加强筋18；后级泵25还包括后级叶轮轮毂14，后级叶轮轮毂14上设有后级叶轮4，后级叶轮4包括后级叶片，后级叶片有若干，后级叶片外端部之间设有后加强筋；前级叶轮轮毂13为直圆锥体，后级叶轮轮毂14为直圆锥体，前级叶轮轮毂13和后级叶轮轮毂14大端连接。前级叶轮轮毂13和后级叶轮轮毂14大端连接，连接更稳固。前级叶片17厚度为2～7mm，后级叶片厚度为2～7mm。前级叶片17之间设有前加强筋18，能够增强前级叶轮7的强度，前级叶片17的厚度可以适当减少；后级叶片之间设有后加强筋，能够增强后级叶轮4的强度，后级叶片的厚度可以适当减少。叶片厚度减至6mm，减薄20％，前级叶片17和后级叶片的厚度减少，增加了从泵腔内排出的气体介质容积，在转速不变的情况下，增加了抽气量，提高了泵效率，实现节能效果，并通过设置加强筋保证叶轮强度。前级叶轮7和后级叶轮4长度比为1.9:1～1.5:1。前级叶片17数量为10～19片，后级叶片数量为10～19片。前级叶轮7的前级叶片17的数量从现有技术20-22片减少到10-19片，后级叶轮4的后级叶片的数量从现有技术20-22片减少到10-19片。经过多次实验测试，前级叶片17设为18片，后级叶片设为18片效果较好，增加了从泵腔内排出的气体介质容积，在转速不变的情况下，增加了抽气量，提高了泵效率，实现节能效果。

如图1和图3所示，前级泵23还包括前级泵体6，后级泵25还包括后级泵体3，前级泵体6和后级泵体3之间设有中间壁5，中间壁5为一体成型。中间壁5由现有技术的2块中间壁组件24设置改为完整的一块中间壁5，减少了积累误差，缩短了泵的总体长度，整体结构更加紧凑，减少空间占用，增加了强度和刚性，设备整体运行稳定性增强了，振动噪音降低了。

如图5所示，中间壁5上设有汽蚀保护孔16。前级泵23内设有前级腔，后级泵25内设有后级腔，汽蚀保护孔16能够减小进入前级腔和后级腔气体的压力，减少前级腔和后级腔内液体沸腾，减少汽蚀现象，延长使用寿命。

如图1所示，包括转子结构和定子结构，定子结构包括前级分配盘10和后级分配盘2，前级分配盘10和后级分配盘2之间顺次设有前级泵盖12、前级泵体6、中间壁5、后级泵体3、后级泵盖1；转子结构包括设于前级泵体6内的前级叶轮7和设于后级泵体3内的后级叶轮4，前级叶轮7和后级叶轮4套装在泵轴8上，泵轴8贯穿前级泵体6和后级泵体3设置；转子结构和定子结构的偏心距与前级泵体6或后级泵体3内径比值为2:39～3:39。偏心距为h2。

如图1和图8所示，现有技术下，偏心距和前级泵体6或后级泵体3内径比值为22:399，通过减小前级叶轮7的外径和后级叶轮4的外径，前级叶轮7外径从350mm减小到335mm，后级叶轮4外径从350mm减小到335mm，前级泵体6和后级泵体3的内径由399mm减小到390mm，保持前级叶轮7和前级泵体6靠近侧的距离不便，保持后级叶轮4和后级泵体3靠近侧的距离不便，定子结构和转子结构的偏心距现有技术下为h1，改进后本实用新型中定子结构和转子结构偏心距为h2，h2比h1增大了3mm，减小了轴功率，增加了抽气量。所述高效率双级水环真空泵，根据两叶轮轴功率之比与两叶轮直径之比的立方成正比关系这一理论，在减小前级叶轮轮毂13直径并相应减小前级叶片17外径尺寸，减小后级叶轮轮毂14直径并相应减小后级叶片外径尺寸，保证前级叶片17之间有足够的空间，保证后级叶片之间有足够空间的前提下，得出了前级叶轮7和后级叶轮4外径的最佳设计尺寸范围。

计算公式如下：P’/P＝[D’₂/D₂]³

基于上式，并经实际验证，确定了前级叶轮7外径和前级泵体6内径，后级叶轮4外径和后级泵体3内径，以及转子结构与定子结构之间的偏心距的最佳设计参数范围。例如，前级叶轮7和后级叶轮4外径与背景技术相比，均减小了15mm，前级泵体6与后级泵体3的内径只相应减小了9mm，转子结构与定子结构之间的偏心距增大了3mm，我们通过研究发现，国外高效率水环泵偏心都比较大，原因也是出自节能考虑。因为偏心距每提高1mm，在前级泵体6和后级泵体3的内径以及径向间隙不变的情况下，前级叶轮7和后级叶轮4可以减小2mm，可以减小轴功率。有效降低了泵的轴功率，实现了节能效果。

所述高效率双级水环真空泵，通过理论计算和实验验证，确定了前级叶轮7和后级叶轮4总长度的最佳设计参数范围。例如，将前级叶轮7与后级叶轮4的总长度之比由背景技术的2:1更新为1.8:1，其目的是在确保泵抽气速率不降低的前提下，适度减少前级泵23的排气量，从而减小后级泵25吸气-压缩-排气整个工作过程的负载，降低轴功率，实现节能效果。

前级叶轮7空间和后级叶轮4空间是承载水汽容积变化的腔体，转速不变的情况下，增加单位时间内从泵腔内排出的气体容积，即提高抽气速率，达到提高泵效率的有益效果。

前级泵23和后级泵25通过紧固螺栓9连接。

工作过程或工作原理：

前级叶轮7被偏心地安装在前级泵体6中，后级叶轮4被偏心地安装在后级泵体3中，工作液，通常为水，由前级泵盖12上的前级进水口注入前级腔，由后级泵盖1上的后级进水口注入后级腔，前级叶轮7和后级叶轮4旋转时，由于离心力的作用，形成一个与前级腔及后级腔形状相同、等厚度的封闭水环，前级叶轮7和后级叶轮4旋转一圈，前级叶片17和后级叶片的空间容积改变一次，所述的高效率双级水环真空泵就连续不断地抽吸气体，完成吸气-压缩-排气过程。

本实用新型是同轴串联的双级水环泵，设计两级压缩过程，其工作过程是：前级泵23的前级排气孔21排出的气体被后级泵25的后级进气孔19吸入，然后经过后级泵25压缩排出，由此降低了前级泵23的排气压力，从而提高了前级泵23吸入端的极限真空度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型中对结构的方向以及相对位置关系的描述，如前后左右上下的描述，不构成对本实用新型的限制，仅为描述方便。