水膜环罗茨真空泵的制作方法

本实用新型涉及水膜环罗茨真空泵。

背景技术：

煤矿安全生产需要不断地从矿井煤层中抽取瓦斯气体，目前煤矿抽采瓦斯应用的主要设备有水环式真空泵和罗茨真空泵，其中水环真空泵比例占到98%以上，罗茨真空泵的应用比例不到2%。主要原因是为了保证安全，我国煤矿安全规程规定对瓦斯抽采浓度低于25%的需要选用湿式抽采设备，也即是要选用水环式真空泵；只有在抽采瓦斯浓度大于25%时才允许使用罗茨真空泵。但是水环式真空泵工作效率只能达到30-50%，工作效率低，造成大量电力、循环水能源浪费，和目前倡导的节能环保理念很不匹配；而罗茨真空泵虽然具有较高的工作效率，但是泵壳内部容易因为机械碰撞产生火花，不适宜输送易燃易爆气体。

罗茨真空泵包括壳体和装配在叶轮轴上并处于壳体内的叶轮，壳体包括筒状的壳体本体和封堵在壳体本体两端的端盖，叶轮包括平行于端盖的端盖平面的叶端面、垂直于叶端面的叶侧面，叶轮具有靠近叶轮轴的叶轮根部和远离叶轮轴的叶顶。相互间隙配合的两叶轮中，其中一个叶轮上相邻的两个叶片形成与另一叶片配合的叶片配合槽，定义叶片上与叶片配合槽配合的部分为叶片配合部。若要使用罗茨真空泵抽取瓦斯气体，则要保证叶端面与端盖间隙配合处、叶侧面与壳体本体间隙配合处、两叶轮的间隙配合处均充满水才可保证罗茨真空泵的安全运行。

罗茨真空泵通过在气体入口加入雾化水而变成湿式罗茨真空泵，由于壳体内水雾的存在，对罗茨真空泵起到了降温和密封的效果，另外，由于水雾混入壳体内部，减少了壳体内机械碰撞产生火花的几率，部分可用于易燃易爆气体的输送。但是，这种形式的罗茨真空泵只是通过水分和气体混合形成气水混合物，减少了壳体内机械碰撞产生火花的几率，而没有从根本上消除潜在隐患。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种水膜环罗茨真空泵，以解决现有技术中的干式罗茨真空泵和湿式罗茨真空泵不能有效阻止壳体内机械碰撞产生火花，造成罗茨真空泵输送易燃易爆气体存在安全隐患的问题。

本实用新型的水膜环罗茨真空泵采用如下技术方案：

水膜环罗茨真空泵包括壳体、设置在壳体内的叶轮、用于带动叶轮转动的叶轮轴，叶轮轴上设有供水进入的叶轮轴进水通道，所述叶轮上设有与叶轮轴进水通道连通的叶轮进水通道，所述叶轮的叶端面上设有与叶轮进水通道连通的端面喷口，叶轮的叶侧面上设有与叶轮进水通道连通的侧面喷口。

为更好的使相互间隙配合的两叶轮的叶片配合部和叶片配合槽之间形成水膜，本方案中至少一个侧面喷口设置在叶轮的叶片配合部上。设置在叶片配合部上的侧面喷口喷出的水处于两叶轮的间隙配合处，使相互间隙配合的两叶轮之间形成水膜，水膜包裹在叶片配合槽和叶片配合部之间，不仅起到两叶轮之间的密封作用，且水膜可对叶片配合部进行降温，从而避免配合处温度过高或产生机械碰撞火花。

为更好的使叶轮与壳体间隙配合处形成连续水膜，本方案中至少一个侧面喷口为设置在叶轮的叶顶处的叶顶喷口。叶顶在转动过程中最靠近壳体，最易发生机械碰撞，在叶轮转动过程中叶顶喷口处喷出的水可有效将叶轮与壳体隔开，避免叶轮与壳体发生机械碰撞，产生火花，即便产生机械火花也可将火花扑灭。

为使叶轮配合处形成连续水膜，本方案中至少一个侧面喷口偏离叶顶设置。叶顶和偏离叶顶处的叶片配合部上均设置侧面喷口，从而使整个叶片配合部上均有水喷出并形成在两叶轮配合处形成连续水膜，避免叶轮配合处温度过高或产生机械火花。

为使壳体内各配合处均形成均匀的水膜，本方案中所述侧面喷口沿叶轮轴的轴线方向成排布置；或者所述端面喷口沿叶轮轴的径向方向成排布置。侧面喷口或端面喷口成排布置增加了叶轮侧面或端面上具有相同效果的喷口数量，从而有利于壳体内各配合处形成均匀水膜。

为保证叶轮轴的结构强度，本方案中所述叶轮轴进水通道的数量与叶轮的叶片数量相等且一一对应，各叶轮轴进水通道均匀布置在叶轮轴轴线的周围，且叶轮轴进水通道的中心线处于所对应叶片的沿叶轮轴轴向延伸的对称面上。

为保持叶轮与壳体间隙配合处水膜的长期形成，本方案中所述叶轮的叶侧面上设有与侧面喷口连通且沿叶轮轴的轴线方向延伸的侧面储液槽；或者叶轮的叶端面上设有与端面喷口连通且沿叶轮轴的径向方向延伸的端面储液槽。侧面储液槽可在叶侧面上储存一部分水，该部分水处于叶轮与壳体间隙配合处，保持叶轮与壳体本体之间水膜的长期形成；端面储液槽可在叶轮的叶端面上储存一部分水，该部分水有利于叶端面与端盖间隙配合处水膜的长期形成；另一方面，侧面储液槽或端面储液槽的延伸方向不会影响叶轮与壳体间隙配合处的密封效果和水膜环罗茨真空泵的有效运行。

为使侧面储液槽内有水，本方案中所述侧面储液槽与至少两个侧面喷口连通。这样从与侧面储液槽连通的侧面喷口处喷出的水均可能存在侧面储液槽内，保证侧面储液槽内有水。

本实用新型的有益效果是：在叶轮高速旋转的情况下，通过侧面喷口喷出的小部分水在壳体内部与进入壳体内的气体混合，大部分水将沿着壳体内壁、叶轮的叶端面、叶轮的叶侧面附着，在壳体本体与叶侧面的间隙配合处形成水膜环，同时在两叶轮的间隙配合处形成水膜；通过侧面喷口喷出的水会充满叶轮的叶端面与端盖间隙配合处；这样叶端面与端盖间隙配合处、叶侧面与壳体本体间隙配合处、两叶轮的间隙配合处均充满水，避免壳体内机械碰撞产生火花，从而实现气体的安全高速抽取。解决了现有技术中的罗茨真空泵不能有效阻止壳体内机械碰撞产生火花，造成罗茨真空泵输送易燃易爆气体存在安全隐患的问题。

附图说明

图1为本实用新型的水膜环罗茨真空泵的具体实施例1中水膜环罗茨真空泵的俯视剖视图；

图2为本实用新型的水膜环罗茨真空泵的具体实施例1中水膜环罗茨真空泵的左视图；

图3为图1中第一叶轮的结构示意图；

图4为图3的A-A向视图；

图5为图3中B处的局部放大图；

图6为图4中C处的局部放大图；

图7为图3中第一叶轮安装在第一叶轮轴上的剖视图；

图8为本实用新型的水膜环罗茨真空泵的具体实施例2中水膜环罗茨真空泵去掉端盖时的结构示意图；

图9为本实用新型的水膜环罗茨真空泵的具体实施例3中第一叶轮安装在第一叶轮轴上的结构示意图；

图10为图9的D-D向视图。

图中：1-壳体本体，2-第二叶轮，3-第一叶轮，4-第一进水通道，5-第一叶顶喷口，6-第二进水通道，7-第一水膜，8-第二端面喷口，9-第二水膜，10-第二叶顶喷口，11-第三水膜，12-进气口，13-出气口，14-第一叶侧喷口，15-侧面储液槽，16-第一叶轮轴，41-第一轴向进水通道，42-第一径向进水通道，43-第一支路进水通道，44-第一叶轮轴进水通道，201-第二叶轮，301-第一叶轮，441-第一叶轮轴进水通道，1601-第一叶轮轴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。

本实用新型的水膜环罗茨真空泵的具体实施例1，如图1至图7所示，水膜环罗茨真空泵包括壳体和设置在壳体内的第一叶轮3、第二叶轮2，其中壳体包括筒状的壳体本体1和封堵在壳体本体1两端的端盖，本实施例中的第一叶轮3为主动叶轮，第二叶轮2为从动叶轮。第一叶轮3和第二叶轮2分别安装在第一叶轮轴16和第二叶轮轴上，第一叶轮轴16和第二叶轮轴通过齿轮啮合传动。本实施例中第一叶轮轴16与第二叶轮轴、第一叶轮3与第二叶轮2的结构均相同，且第一叶轮3和第二叶轮2均为三叶片叶轮。在其他实施例中，第一叶轮和第二叶轮可为两叶片叶轮。下面主要以第一叶轮轴16和第一叶轮3为例进行说明。

第一叶轮轴16和第一叶轮3上设有供水进入壳体内的第一进水通道4，如图3至图7所示，第一进水通道4设有多段，分别为设置在第一叶轮轴16上的第一叶轮轴进水通道44和设置在第一叶轮3上沿第一叶轮轴16的径向方向延伸的第一径向进水通道42、沿第一叶轮轴16的轴向方向延伸的第一轴向进水通道41和与第一轴向进水通道41连通的第一支路进水通道43。本实施例中，第一叶轮3的每个叶片上分别设置两条第一径向进水通道42、一条第一轴向进水通道41，且第一轴向进水通道41与两条第一径向进水通道42组成U型进水通道。

本实施例中第一叶轮3的每个叶片上均设有与第一径向进水通道42连通的第一端面喷口，第一叶轮3的每个叶片叶顶处均设有与第一轴向进水通道41连通的第一叶顶喷口5，且每个叶片上沿第一叶轮轴16的轴向方向间隔设有七个第一叶顶喷口5。第一叶轮3上偏离叶顶处设有与第一支路进水通道43连通的第一叶侧喷口14，且第一叶侧喷口14处于第一叶轮3的叶片配合部上。需要说明的是，本实施例中，第一叶侧喷口14仅指喷口设置在第一叶轮的叶片配合部上，同时喷口位置偏离第一叶轮3的叶顶。如图2所示，第一叶顶喷口5设置在图中的A处，第一叶侧喷口14设置在图中的B处，且第一叶轮3的每个叶片上的第一叶侧喷口14的数量是第一叶顶喷口5的两倍，即每个第一叶顶喷口5的两侧均设有第一支路进水通道43和与第一支路进水通道43连通的第一叶侧喷口14。

第二叶轮轴和第二叶轮2上设有第二进水通道6，第二叶轮上设有与第二进水通道6连通的第二端面喷口8、第二叶顶喷口10和第二叶侧喷口。本实施例中进入第一进水通道4内的水为软化水，软化水由第一进水通道4、第二进水通道6进入，然后分别通过第一叶轮3、第二叶轮2上的喷口喷入壳体内腔。在第一叶轮3、第二叶轮2的高速旋转的情况下，小部分水在壳体内部和由进气口12进入壳体内的气体混合，大部分水将沿着壳体内壁、叶轮外侧附着，之后气体从壳体上的出气口13排出并通过气液分离装置进行气液分离。本实施例中第一叶轮3、第二叶轮2与壳体的间隙为0.8mm，这样叶端面与端盖间隙配合处、叶侧面与壳体本体间隙配合处、两叶轮的间隙配合处均形成水膜，避免壳体内机械碰撞产生火花，从而实现气体的安全高速抽取。解决了现有技术中的湿式罗茨真空泵不能有效阻止壳体内机械碰撞产生火花，造成罗茨真空泵输送易燃易爆气体存在安全隐患的问题。在其他实施例中，叶轮与壳体间隙配合处的间隙也可为0.1-1.8mm中的任意值。

需要说明的是，第一端面喷口、第二端面喷口8有助于在两叶轮与端盖之间形成第二水膜9；第一叶顶喷口5、第一叶侧喷口14、第二叶顶喷口10、第二叶侧喷口有助于在两叶轮的叶侧面与壳体本体1之间形成连续的第三水膜11，同时有助于在两叶轮配合处形成第一水膜7。第一叶轮3和第二叶轮2始终在水膜包裹下配合工作，就像叶轮包上了一层水膜外衣，对壳体内部起到降温、密封、消除火花的效果。即使在极端意外物理碰撞情况下，由于水膜的存在壳体内腔不会产生摩擦、撞击火花，可以适应任何易燃易爆气体的安全输送，同时由于水膜的存在，对壳体内部间隙起到了密封作用，减少了泵内气体的逆流，提高了泵的工作效率。

在其他实施例中，可不设置第一支路进水通道，只需设置第一叶轮轴进水通道和与第一叶轮轴进水通道连通的第一径向进水通道、第一轴向进水通道，且第一叶轮的各叶片上第一轴向进水通道、第一径向进水通道的数量可根据需要设置，同时在第一叶轮上设置多个喷口，各喷口靠近进水通道设置；也可不设置第一叶顶喷口，仅在偏离叶顶位置处设置第一叶侧喷口；或者不设置第一叶侧喷口，仅在第一叶轮的叶顶处设置第一叶顶喷口；每个叶片上也可设置两个以上的第一轴向进水通道，而不设置第一支路进水通道，第一叶顶喷口和第一叶侧喷口分别与不同的第一轴向进水通道连通；第一轴向进水通道、第一径向进水通道和第一支路进水通道也可为弯曲形进水通道；第一端面喷口、第一叶顶喷口或第一叶侧喷口的数量均可根据需要设置；也可在第一叶轮上靠近第一叶轮轴的叶轮根部设置与叶轮上的叶轮进水通道连通的叶轮喷口，即在叶轮的配合槽处设置叶轮喷口。

如图7所示，为保证第一叶轮轴16的结构强度，本实施例中的第一叶轮轴进水通道44设置一条，且设置在第一叶轮轴16的轴线上。一方面避免进入第一叶轮轴进水通道44的水造成第一叶轮轴16受力不均；另一方面也可避免由于第一叶轮轴进水通道44的设置造成第一叶轮轴16受力不均，破坏第一叶轮轴16的结构强度。在其他实施例中，第一叶轮轴进水通道可沿第一叶轮轴的径向间隔设置两条以上；第一叶轮轴进水通道也可与第一叶轮轴的轴线成一定的夹角设置；第一叶轮轴进水通道也可仅设置一条，且偏离第一叶轮轴的轴线设置。同样，为保证第一叶轮3的结构强度，设置在第一叶轮3的三个叶片上的第一轴向进水通道41均通过叶顶与第一叶轮轴16中心连线处，且均远离第一叶轮轴16设置。在其他实施例中，第一轴向进水通道也可不经过叶顶与第一叶轮轴中心的连线。

如图4和图6所示，为保证第一叶轮3与壳体之间水膜的长期形成，本实施例中第一叶轮3的各叶片上均设有与第一叶顶喷口5连通的侧面储液槽15，且侧面储液槽15沿第一叶轮轴16的轴向延伸至整个叶片。侧面储液槽15可在叶侧面上储存一部分水，该部分水处于第一叶轮3与壳体本体1之间，保持第一叶轮3与壳体本体1之间水膜的长期形成。在其他实施例中，第一叶轮的叶片上也可不设置与第一叶顶喷口连通的侧面储液槽；也可在第一叶轮上设置与第一端面喷口连通且沿第一叶轮轴16的轴向方向延伸的端面储液槽；侧面储液槽也可设置多段，每段与一个或两个以上的第一叶顶喷口连通；侧面储液槽也可设置在偏离叶顶的位置，与第一叶侧喷口连通；也可根据需要在叶片上设置侧面储液槽的位置和侧面储液槽数量。如图3所示，为增加第一叶顶喷口5的喷口面积，有助于壳体本体1与第一叶轮3之间水膜的形成，本实施例中的第一叶顶喷口5为扩口结构。需要说明的是，本实施例中第一轴向喷口、第一叶侧喷口14也为扩口结构。在其他实施例中，喷口可为直口。

在水膜环罗茨真空泵运行过程中，可根据水膜环罗茨真空泵的体积、输送气体量、内部压差等参数计算需要通入的软化水量，使得壳体内部始终维持连续的水膜；另外也可通过自动化的仪器设备按照水膜环罗茨真空泵的实际工况动态调整所需最佳喷水量；以使水膜环罗茨真空泵适应任何易燃易爆气体的安全输送。

本实用新型的水膜环罗茨真空泵的具体实施例2，与本实用新型的水膜环罗茨真空泵的具体实施例1相比，区别仅在于：如图8所示，本实施例中的水膜环罗茨真空泵壳体内的第一叶轮301，第二叶轮201均为两叶片叶轮。

本实用新型的水膜环罗茨真空泵的具体实施例3，与本实用新型的水膜环罗茨真空泵的具体实施例1相比，区别仅在于：如图9和图10所示，本实施例中设置在第一叶轮轴1601上的第一叶轮轴进水通道441设有三条，第一叶轮轴进水通道441与第一叶轮3的叶片一一对应，各第一叶轮轴进水通道441均匀布置在第一叶轮轴1601轴线的周围，且第一叶轮轴进水通道441的中心线处于所对应叶片的沿第一叶轮轴1601轴向延伸的对称面上。