一种平衡式挠性组合叶片及转子泵的制作方法

本实用新型涉及一种平衡式挠性组合叶片及转子泵。

背景技术：

转子泵是一种典型的容积式泵，具有体积小、流量大、耐高压、无泄漏等特点，适用于长距离与高阻力定量输送。其中传统的转子泵包括泵体、转子、端盖等结构。

相较于传统转子泵，挠性转子泵通常在转子上设有橡胶制成的挠性叶片。随着转子转动，挠性叶片不断变形，通过自我调节扩张或弯曲形态来适应不同的转速、流体粘度和压力，并始终与泵体内壁接触，进而使得两相邻挠性叶片与泵体之间形成可变容积基元，实现流体的不断吸入和排出。

作为挠性转子泵的核心元件，挠性叶片在转子泵运行过程中需承受高频屈挠及与泵体的长时间滑动摩擦作用。特别是在高转速、载荷多变或输送含气液、含泡沫液等的复杂介质时，挠性叶片容易发生大挠度失稳，并伴随有明显的摩擦生热。这样不仅会使挠性叶片发生热硬化，磨损率与泄漏损失增大，而且会使输送介质汽化，泵效降低，同时加剧偏心转子振动，在较大的介质压力和内壁摩擦力的综合作用下甚至直接破坏叶片。

以上问题大大限制了挠性转子泵的输送效率与使用寿命，因此非常有必要设计一种新型高效稳定的挠性叶片及转子泵，以解决复杂工况下挠性叶片使用寿命短、摩擦生热高等问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种可解决复杂运行工况、流体介质或载荷作用下叶片的失稳问题以及叶片和泵体之间较严重的摩擦磨损问题，以大幅提高使用寿命和工作效率的平衡式挠性组合叶片及转子泵。

本实用新型所述的一种平衡式挠性组合叶片，其特征在于：包括叶片体和滚动支撑套组，所述叶片体包括上端的渐扩圆弧段、中部的矩形段和下端的渐扩椭圆段，并且渐扩圆弧段直径小于渐扩椭圆段长轴长度；所述叶片体的底部沿轴向设有多个用于安装滚动支撑套组的凹槽，凹槽上端面为向下凹陷的弧形面；

所述滚动支撑套组包括支撑架和滚轮，所述支撑架卡入凹槽后与所述叶片体底部铰接，其中支撑架的上端最高点与弧形面最低点之间留有间隙；所述支撑架的底部安装用于按压在泵体内腔的内圆面上并沿内圆面滚动的滚轮。

所述支撑架为非等腰的类三角形结构，其中支撑架的顶部夹角为钝角，支撑架的顶部设有供支架轴贯穿的轴孔，底部安装可沿泵体内腔内圆面滚动的滚轮。

所述支撑架的底部夹角处各设有一用于安装滚轮的滚轮槽，并且所述滚轮槽内设有通过铆接方式安装于支撑架上的滚轮，且滚轮与泵体内腔内圆面始终相切接触，并保证支撑架底端与圆柱面之间留有间隙。

叶片体底部的轴向前后端各设有一个用于安装滚动支撑套组的凹槽，其中凹槽的外侧端面与同侧的叶片体端面之间设有一供支架轴贯穿的通孔，凹槽的内侧端面上设有与同侧通孔同轴的盲孔；支架轴内端依次贯穿通孔、轴孔后插入盲孔内，实现支架轴与叶片体的铰接；支架轴与叶片体之间通过定位销相连，用于实现支架轴的轴向定位。

一种利用本实用新型所述的平衡式挠性组合叶片构建的转子泵，其特征在于：包括泵体、主轴、挠性转子以及平衡式挠性组合叶片，所述泵体的侧面设有流体入口，顶部设有流体出口，并且流体入口、流体出口均与泵体圆柱形的内腔连通；所述主轴内端从泵体的偏心孔伸入圆柱形内腔，外端落在泵体之外并与外部驱动设备相连；所述挠性转子同轴套装在主轴内端部，二者键连接；所述挠性转子沿周向设有多个用于安装平衡式挠性组合叶片且旋向一致的叶片槽；所述叶片槽与插入其内的平衡式挠性组合叶片的叶片体上部榫接；滚动支撑套组的支撑架沿旋转方向呈前长后短的方式布置，滚轮与泵体内腔的内圆面接触，并始终沿内圆面周向滚动，且保证叶片体的渐扩椭圆段外轮廓、滚动支撑套组的支撑架底端均始终与内圆面之间留有间隙，定义支撑架推动流体介质向流体出口方向旋转的一侧为前部，与支撑架前部相对的一侧为后部。

主轴沿泵体内腔轴向布置，且主轴向泵体上方的流体出口方向偏移，即主轴中心轴与泵体内腔中心轴共垂面的同时，主轴中心轴位于泵体圆柱形内腔中心轴正上方。

所述平衡式挠性组合叶片的轴向长度与所述圆柱形内腔的轴向长度一致。

所述挠性转子沿周向均匀设有4-8个叶片槽，所述叶片槽的槽口方向与挠性转子的旋转方向一致，并且叶片槽的径向夹角为20～40°，定义叶片槽的径向夹角为叶片槽的纵向对称轴以及与纵向对称轴相交的挠性转子半径之间的夹角。

叶片槽的前部槽边外侧设有一过渡圆角。

所述叶片槽的轮廓与叶片体的上部外轮廓一致。

本实用新型的有益效果主要表现在：

平衡式挠性组合叶片采用叶片体与滚动支撑套组的装配形式，利用叶片体本身弹性及滚动支撑套组的特定三角支撑和双滚轮设计，使组合叶片具有良好的几何与力学稳定性，即在挠心转子泵工作过程中，每个组合叶片能够在任一转动位置都保持与泵体内腔壁面之间呈前后多点滚动接触的平衡状态，有效避免复杂运行工况下挠性叶片的失稳或翻转问题，削弱叶片体与泵体之间的摩擦，大幅提高挠性叶片的使用寿命，保证转子泵的高效可靠运行。

挠性转子上所开设的叶片槽沿与旋转相同方向倾斜且有一定的圆角过渡，与传统垂直开槽或转子叶片一体化的方式相比，可尽量减小叶片体的预弯与磨损量，并有效避免叶片体在最大偏心处发生大挠度弯折，进而解决转子外侧叶片根部应力突变甚至叶片折断的问题。

该转子泵主体结构简单轻便，挠性转子与平衡式挠性组合叶片采用榫接的连接方式，既能保证挠性转子与组合叶片的连接强度，又可以提高挠性转子泵的组装效率；挠性组合叶片多采用可拆装的形式，便于维修更换，降低维护成本。

附图说明

图1为平衡式挠性组合叶片的主视图。

图2为平衡式挠性组合叶片的轴向视图。

图3为图2的A-A向纵剖图。

图4为平衡式挠性组合叶片中叶片体的轴向视图。

图5为装设有本实用新型实施例平衡式挠性组合叶片的转子泵结构示意图。

图6为图5转子泵的挠性转子剖视图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型。

参照附图：

实施例1本实用新型所述的一种平衡式挠性组合叶片8，包括叶片体1和滚动支撑套组2，所述叶片体1包括上端的渐扩圆弧段11、中部的矩形段12和下端的渐扩椭圆段13，并且渐扩圆弧段11直径小于渐扩椭圆段13长轴长度；所述叶片体1的底部沿轴向设有两个用于安装滚动支撑套组2的凹槽(14a、14b)，凹槽(14a、14b)上端面为向下凹陷的弧形面141；

每个凹槽内对应安装一套所述滚动支撑套组2，所述滚动支撑套组2包括支撑架21和两个滚轮(24a、24b)，所述支撑架21卡入凹槽后与所述叶片体1底部铰接，其中支撑架21的上端最高点与弧形面141最低点之间留有间隙；所述支撑架21的底部安装用于按压在泵体内腔的内圆面3上并沿内圆面3滚动的滚轮(24a、24b)。

所述支撑架21为非等腰的类三角形结构，其中支撑架的顶部夹角为钝角，支撑架21的顶部设有供支架轴22贯穿的轴孔，底部安装可沿泵体内腔内圆面3滚动的滚轮(24a、24b)。

所述支撑架21的底部夹角处各设有一用于安装滚轮的滚轮槽，并且所述滚轮槽内设有通过铆接方式安装于支撑架21上的滚轮(24a、24b)，且滚轮(24a、24b)与泵体内腔内圆面3始终相切接触，并保证支撑架21底端与内圆面3之间留有间隙。

叶片体1底部的轴向前后端各设有一个用于安装滚动支撑套组2的凹槽(14a、14b)，其中凹槽(14a、14b)的外侧端面与同侧的叶片体1前端面或后端面之间设有一供支架轴22贯穿的通孔(15a、15b)，凹槽(14a、14b)的内侧端面上设有与同侧通孔同轴的盲孔(16a、16b)；支架轴22内端依次贯穿通孔(15a、15b)、轴孔后插入盲孔(16a、16b)内，实现支架轴22与叶片体1的铰接；支架轴22与叶片体1之间通过定位销23相连，用于实现支架轴22的轴向定位。

实施例2一种利用本实用新型所述的平衡式挠性组合叶片构建的转子泵，包括泵体4、主轴6、挠性转子7以及平衡式挠性组合叶片8，所述泵体4的侧面设有流体入口41，顶部设有流体出口42，并且流体入口41、流体出口42均与泵体4圆柱形的内腔5连通；所述主轴6内端从泵体4的偏心孔伸入内腔5，外端落在泵体3之外并与外部驱动设备相连；所述挠性转子7同轴套装在主轴6内端部，二者键连接；所述挠性转子7沿周向设有多个用于安装平衡式挠性组合叶片且旋向一致的叶片槽72；所述叶片槽72与插入其内的平衡式挠性组合叶片8的叶片体1上部榫接；滚动支撑套组2的支撑架21沿旋转方向呈前长后短的方式布置，滚轮(24a、24b)与泵体内腔的内圆面3接触，并始终沿内圆面3周向滚动，且保证叶片体1的渐扩椭圆段13外轮廓、滚动支撑套组的支撑架21底端均始终与内圆面3之间留有间隙，定义支撑架推动流体介质向流体出口方向旋转的一侧为前部，与支撑架前部相对的一侧为后部。

主轴6沿泵体4内腔5轴向布置，且主轴6向泵体4上方的流体出口方向偏移，即主轴中心轴与泵体内腔中心轴共垂面的同时，主轴中心轴位于泵体圆柱形内腔中心轴正上方。

所述平衡式挠性组合叶片8的轴向长度与所述内腔5的轴向长度一致。

所述挠性转子7沿周向均匀设有4-8个叶片槽72，所述叶片槽72的槽口方向与挠性转子7的旋转方向一致，并且叶片槽72的径向夹角α为20～40°，定义叶片槽72的径向夹角α为叶片槽的纵向对称轴以及与纵向对称轴相交的挠性转子半径之间的夹角。

叶片槽72的前部槽边外侧设有一过渡圆角73。

所述叶片槽72的轮廓与叶片体1的上部外轮廓一致。

实施例3本实用新型所述的一种平衡式挠性组合叶片，包括叶片体1和滚动支撑套组2，所述叶片体1上端为渐扩圆弧段11，中部主体为矩形段12，下端为渐扩椭圆段13，渐扩椭圆段13长轴长度大于渐扩圆弧段11直径；叶片体1下端沿轴向开有前后两个凹槽(14a、14b)，凹槽(14a、14b)分别位于叶片体前后两端面附近，用以各放置一套滚动支撑套组2；所述凹槽(14a、14b)上端面呈下凹型形成弧形面141，弧形面下顶点与配套的滚动支撑套组2的上顶点之间有微小的间隙；所述叶片体1在靠近凹槽(14a、14b)的轴向外侧端面上开设有两个通孔(15a、15b)，在轴向内侧端面上开设有两个盲孔(16a、16b)；叶片体1的渐扩椭圆段13下顶点略高于泵体的内圆面3下顶点，即叶片体1底部与泵内圆面3之间存在微小的间隙。

所述滚动支撑套组2，包括支撑架21和滚轮(24a、24b)，所述支撑架21主体呈非规则的三角型式，顶部夹角设置为一固定钝角，采用沿旋转方向呈前长后短的方式布置；所述支撑架21上部设有轴孔，轴孔内径与通孔(15a、15b)内径相等，支架轴22穿过通孔(15a、15b)和轴孔安装在盲孔(16a、16b)上，盲孔(16a、16b)直径略小于支架轴22内端直径，以利用叶片主体自身弹性支撑并固定支架轴22，支架轴22在通孔(15a、15b)内通过相应的定位销23固定在叶片体1的两端部凹槽内。所述支撑架21下方左右各设置一个滚轮槽，滚轮槽内设有通过铆接方式安装于支撑架21上的滚轮(24a、24b)，滚轮(24a、24b)均与泵内圆面3相切接触，保证滚轮(24a、24b)沿泵内圆面3滚动，而支撑架21底部与泵内圆面3之间存在微小的间隙。

实施例4结合图5，它示出了本实用新型设有前述平衡式挠性组合叶片的转子泵，本实用新型所述的转子泵中：所述泵体的一侧设有流体入口41，相反一侧上方设有流体出口42，泵体内设有圆柱形的内腔5，主轴6的内端插入所述内腔5后安装挠性转子7，主轴6外端伸出内腔5，外接驱动装置电机；主轴6沿泵体4内腔5轴向布置，且主轴6向泵体4上方的流体出口方向偏移，即主轴中心轴与泵体内腔中心轴共垂面的同时，主轴中心轴位于泵体圆柱形内腔中心轴正上方。

主轴6上设置有可随主轴同步周向旋转的挠性转子7，所述挠性转子7偏心布置，内部开有用于与主轴上的键配合的键槽71，用于挠性转子在主轴6上的周向定位，使得挠性转子7可随主轴6同步旋转。所述挠性转子7上设置有6个叶片槽72，所述叶片槽72沿周向均匀布置，其槽口沿挠性转子7的旋转方向一致，且槽口的径向夹角为20°，并且在叶片槽72前部槽边外侧有一圆角过渡73。

所述叶片槽72内榫接有平衡式挠性组合叶片8，所述平衡式挠性组合叶片8上部的叶片体1轴向长度和内腔5轴向长度相等，在不同转动位置时始终和泵内圆面3之间留有一微小的间隙，以防止叶片体1直接与泵内圆面接触；所述平衡式挠性组合叶片8下部的2套滚动支撑套组2通过相应的支架轴22连接于叶片体1两端部，滚动支撑套组2下部的滚轮(24a、24b)均与泵体4直接接触，即各平衡式挠性组合叶片8上有前后2对滚轮沿泵内圆面3做滚动运动。

本实用新型的工作原理如下：

在该转子泵中，挠性转子7偏心布置，平衡式挠性组合叶片8被安装于挠性转子7上的叶片槽72中，其上端的叶片体1在内腔5的下顶点处呈完全伸直状态，在内腔5的上顶点处呈最大曲率状态，下端的2套滚动支撑套组2在叶片体1的弹性作用下与泵内圆面3直接接触，而叶片体1底部和支撑架21底部均与泵体4之间存在微小的间隙。通过预置倾斜的安装状态及榫接形式使平衡式挠性组合叶片8既可以按照既定方向旋转变形，又可以尽量减小叶片体1的预弯与磨损量。

当转子泵工作时，挠性转子7在主轴6的驱动下转动，平衡式挠性组合叶片7随之扭转，泵体4、挠性转子7和平衡式挠性组合叶片8在内腔5中形成若干个单元工作腔，平衡式挠性组合叶片8将能量以静压力的形式直接作用于流体介质。在平衡式挠性组合叶片8旋转至靠近流体入口41时，单元工作腔容积增大，在泵内产生低压区，介质经由流体入口41进入泵内，并在挠性转子7和平衡式挠性组合叶片8的带动下周向迁移，受挠性转子7向上偏心设置的影响，单元工作腔容积逐渐减小，流体介质压力增加，在到达流体出口42时，流体介质被挤压排出。随着挠性转子7的不断旋转，若干个单元工作腔交替实现吸入、排出过程，流体介质被源源不断地输送。

在平衡式挠性组合叶片8随挠性转子7转动的过程中，叶片体1随单元工作容积变化产生周期性的挠曲作用，其上、下端的渐扩段既强化了叶片体1的弯曲韧性，又可保证叶片体1与转子泵之间的榫接强度和周、径向位置关系，减少泄漏损失。滚动支撑套组2在受压叶片体1的反作用力下始终与泵体4内壁接触并保持稳定，一方面，平衡减磨套组2采用前长后短的三角支撑结构，而且沿轴向呈前后各1套布置，可使平衡式挠性组合叶片8具有较好的几何及力学稳定性，有效分散并减小叶片体1对泵体4的接触压力，并且使平衡式挠性组合叶片8在任一位置都能保持由泵体4多点支撑的稳定平衡状态，避免叶片体1在高转速、高介质压力、多相输送介质或其他复杂工况下的失稳甚至破坏，另一方面，滚动支撑套组2下部采用双滚轮设计，滚轮(24a、24b)沿泵内圆面3一直做纯滚动运动，而且随旋转过程自我调整平衡，而叶片体1和泵体4无直接接触，即平衡式挠性组合叶片8与泵内圆面3之间始终呈滚动接触的状态，可大幅降低叶片体1与泵体4之间的摩擦磨损，提高平衡式挠性组合叶片和转子泵的运行稳定性及使用寿命。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。