本發(fā)明涉及一種能降低壓力脈動(dòng)的旋流泵。

背景技術(shù)：

旋流泵亦稱無(wú)堵塞泵，因其內(nèi)部流體存在旋轉(zhuǎn)的旋渦運(yùn)動(dòng)而得名。與其他離心泵相比，旋流泵具有以下特點(diǎn)：無(wú)堵塞性能好，但是對(duì)輸送的物料具有一定程度的破壞。其葉片為直葉片，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造。葉輪和泵體之間的軸向間隙對(duì)泵性能的影響不大，因此無(wú)需進(jìn)行間隙調(diào)整。

目前，人們?cè)絹?lái)越重視泵運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性的問(wèn)題。旋流泵是一類特殊的離心泵，因此離心泵的壓力脈動(dòng)的研究對(duì)于研究旋流泵的動(dòng)靜干涉會(huì)有一定的幫助。針對(duì)離心泵的葉輪和蝸室之間動(dòng)靜干涉的分析主要集中于壓力脈動(dòng)和徑向力上。泵轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪與靜止的壓水室相互作用會(huì)造成流場(chǎng)周期性的波動(dòng)，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。因此通過(guò)技術(shù)手段降低甚至消除旋流泵在運(yùn)行過(guò)程中的壓力脈動(dòng)具有很重大意義。

由于旋流泵內(nèi)流體和大氣間存在著壓力差，為了防止流體外泄，因此泵在運(yùn)行時(shí)需設(shè)密封裝置，稱其為軸封。常用的軸封種類有：填料密封、機(jī)械密封、動(dòng)力密封以及浮動(dòng)密封等形式。從目前各行業(yè)用泵情況看，機(jī)械密封已經(jīng)成為各行業(yè)通用的密封形式，并且該密封形式運(yùn)行平穩(wěn)，可靠，給各行業(yè)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益。因此提高機(jī)械密封的密封性能提高旋流泵的運(yùn)行效率。

旋流泵的工作原理是通過(guò)葉輪的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)液體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。因此，在旋流泵內(nèi)存在著兩種流動(dòng)方式，分別是循環(huán)流和貫通流。貫通流的主要作用是帶動(dòng)液體從葉輪處經(jīng)過(guò)壓水室，并將液體排出旋流泵外。而循環(huán)流只是在葉輪與壓水室的內(nèi)部打轉(zhuǎn)，并未對(duì)液體做功，因此造成很大的損耗，這是是旋流泵效率低的主要原因。

在旋流泵的葉輪與后蓋板之間有一個(gè)空隙。在旋流泵工作的過(guò)程中，流體會(huì)從葉輪中被甩出，而有相當(dāng)一部分的流體會(huì)從這個(gè)壓水室中流入該空隙中，這會(huì)增加葉輪的水力損失，從而造成旋流泵的效率降低。因此，解決流體的泄漏對(duì)旋流泵的效率的增加有比較大的作用。

綜述可知，采用必要的技術(shù)手段解決上述旋流泵存在的問(wèn)題具有重要的理論意義及工程應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決旋流泵中存在的壓力脈動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種能降低壓力脈動(dòng)的旋流泵。

本發(fā)明所述的一種能降低壓力脈動(dòng)的旋流泵，包括泵體、葉輪、泵蓋、懸架體、傳動(dòng)軸以及軸承端蓋，所述泵體包括蝸殼擴(kuò)散段、隔舌和蝸殼壓水室段蝸殼壓水室段，所述蝸殼擴(kuò)散段和蝸殼壓水室段之間設(shè)置有隔舌，泵體內(nèi)腔容納葉輪，葉輪和隔舌之間預(yù)留有流體通道；所述泵體與所述泵蓋密封固接，所述泵蓋與置于泵體之外的懸架體同軸固接；所述傳動(dòng)軸的第一端貫穿泵蓋后與泵體內(nèi)的葉輪固接，第二端通過(guò)軸承與所述懸架體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并且所述第二端伸出懸架體的端部裝有軸承端蓋，其特征在于：所述隔舌的內(nèi)壁設(shè)有至少一個(gè)用于減少壓力脈動(dòng)的溝槽，且所述溝槽位于旋流泵的壓水室處的隔舌內(nèi)壁。

所述溝槽個(gè)數(shù)為1～3個(gè)，且所述溝槽個(gè)數(shù)大于1時(shí)，所述溝槽彼此平行。

所述溝槽的橫截面為V形、U形、半圓形或者矩形，也可以是其他易加工的形狀。

所述泵蓋設(shè)有帶臺(tái)階通孔的凸臺(tái)，并且所述臺(tái)階通孔內(nèi)配有機(jī)械密封件；所述泵蓋通過(guò)機(jī)械密封件與所述傳動(dòng)軸密封轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述機(jī)械密封件包括軸套、靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、推環(huán)、定位環(huán)以及密封端蓋，所述軸套套在傳動(dòng)軸的第一端，二者過(guò)盈配合；所述密封端蓋安裝在所述凸臺(tái)的外端面處，所述靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、推環(huán)以及定位環(huán)從外向內(nèi)套接在所述軸套外壁，且所述靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、推環(huán)兩兩之間密封接觸；所述靜環(huán)通過(guò)定位銷與所述密封端蓋固接，所述定位環(huán)通過(guò)緊定螺釘與所述軸套固接，所述動(dòng)環(huán)、所述推環(huán)分別與所述軸套之間過(guò)盈配合，所述靜環(huán)與所述軸套間隙配合；所述推環(huán)與所述定位環(huán)之間夾有彈簧，彈簧的一端抵在所述定位環(huán)上，另一端抵在所述推環(huán)上。

所述靜環(huán)的端面為非光滑表面，即所述靜環(huán)的端面設(shè)有至少一條環(huán)形槽，且所述環(huán)形個(gè)數(shù)大于1時(shí)，所述環(huán)形槽為以靜環(huán)端面中心為圓心的同心圓環(huán)。

所述環(huán)形槽的橫截面為矩形、U形或V形。

所述密封端蓋與所述靜環(huán)之間、所述靜環(huán)與所述動(dòng)環(huán)之間、所述推環(huán)與所述動(dòng)環(huán)之間均配有O型密封圈。

葉輪的背板設(shè)有多圈等距排列的外凸的筋條環(huán)，且所述筋條環(huán)同心布置，每條筋條環(huán)由多個(gè)等距排列的弧形筋條圍成，且同一條筋條環(huán)上的弧形筋條位于同一基圓上，相應(yīng)相鄰筋條環(huán)上對(duì)應(yīng)的弧形筋條之間相互錯(cuò)開(kāi)。

所述葉輪的背板設(shè)有3圈等距排列的外凸的筋條環(huán)。

所述的溝槽距離隔舌位置不宜過(guò)遠(yuǎn)，且位于壓水室內(nèi)部并非擴(kuò)散段上，遠(yuǎn)離隔舌處會(huì)減弱溝槽的作用。

所述的溝槽沿旋流泵的泵體的軸向布置，即溝槽與葉輪旋轉(zhuǎn)軸平行；也可以與泵體軸向成一定的角度，即溝槽與葉輪旋轉(zhuǎn)軸的夾角θ為銳角。

所述的溝槽的尺寸大小根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整，但是不宜過(guò)大，防止產(chǎn)生過(guò)多的水力損失。

旋流泵的密封采用的是機(jī)械密封，為了提高該機(jī)械密封的密封性。在該機(jī)械密封的靜環(huán)的密封端面上采用仿生非光滑表面結(jié)構(gòu)，能夠有效減小兩者之間的阻力，具有綠色節(jié)能的特點(diǎn)。

所述的非光滑表面主要形式為凹槽或凹坑，其非光滑表面的分布為交錯(cuò)式和整齊排列式兩種，所述的仿生非光滑表面溝槽可以是V形，U形或是矩形。

為了減小葉輪的后蓋板與泵體之間的水力損失，在葉輪的背面加入圓弧結(jié)構(gòu)，可以減少由此帶來(lái)的流體的回流與泄漏。

所述圓弧結(jié)構(gòu)可以為雙層或者三層結(jié)構(gòu)，并且相應(yīng)圓弧結(jié)構(gòu)之間相互錯(cuò)開(kāi)，此舉能有效減少回流。

本發(fā)明的有益效果是：隔舌處的溝槽能夠有效地減少壓力脈動(dòng)的形成，而且較小的尺寸不會(huì)對(duì)旋流泵的實(shí)際參數(shù)有過(guò)多的影響。因此該結(jié)構(gòu)是做到了在既不影響旋流泵性能的前提下，又大幅度減少了壓力脈動(dòng)。而機(jī)械密封中加入仿生非光滑表面使得兩端面間的阻力減小，具有節(jié)能的特點(diǎn)。在葉輪的后蓋板與泵體加入圓弧結(jié)構(gòu)能夠有效減少液體回流，從而達(dá)到節(jié)省能量的目的。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明的側(cè)視圖。

圖3是本發(fā)明的壓水室的中截面圖。

圖4是圖3的局部放大圖(V形溝槽)。

圖5是圖3的局部放大圖(U形溝槽)。

圖6是圖3的局部放大圖(半圓形溝槽)。

圖7是圖3的局部放大圖(矩形溝槽)。

圖8是圖6的為A-A視圖(三條溝槽，且軸向設(shè)置)。

圖9是圖6的為A-A視圖(兩條溝槽，且軸向設(shè)置)。

圖10是圖6的為A-A視圖(一條溝槽，且軸向設(shè)置)。

圖11是圖6的為A-A視圖(三條溝槽，且溝槽與葉輪旋轉(zhuǎn)軸夾角為θ)。

圖12是本發(fā)明的機(jī)械密封件結(jié)構(gòu)圖。

圖13是本發(fā)明的靜環(huán)端面圖。

圖14是圖13的B-B視圖(環(huán)形槽為矩形)。

圖15是圖13的B-B視圖(環(huán)形槽為U形)。

圖16是圖13的B-B視圖(環(huán)形槽為V形)。

圖17是本發(fā)明的葉輪結(jié)構(gòu)圖。

圖18是圖17的C-C剖視圖。

圖19是圖18的D-D視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明

參照附圖：

實(shí)施例1本發(fā)明所述的一種能降低壓力脈動(dòng)的旋流泵，包括泵體1、葉輪2、泵蓋3、懸架體4、傳動(dòng)軸5以及軸承端蓋6，所述泵體1包括蝸殼擴(kuò)散段11、隔舌12和蝸殼壓水室段13，所述蝸殼擴(kuò)散段11和蝸殼壓水室段13之間設(shè)置有隔舌12，泵體1內(nèi)腔容納葉輪2，葉輪2和隔舌12之間預(yù)留有流體通道；所述泵體1通過(guò)螺釘14與所述泵蓋3密封固接，所述泵蓋3與置于泵體1之外的懸架體4同軸固接；所述傳動(dòng)軸5的第一端貫穿泵蓋3后通過(guò)軸端螺母52、連接鍵51與泵體1內(nèi)的葉輪2固接，第二端通過(guò)軸承41與所述懸架體4轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并且所述第二端伸出懸架體4的端部裝有軸承端蓋6，所述隔舌12的內(nèi)壁設(shè)有至少一個(gè)用于減少壓力脈動(dòng)的溝槽121，且所述溝槽121位于旋流泵的壓水室處的隔舌12內(nèi)壁。

所述溝槽121個(gè)數(shù)為1～3個(gè)，且所述溝槽121個(gè)數(shù)大于1時(shí)，所述溝槽121彼此平行。

所述溝槽121的橫截面為V形、U形、半圓形或者矩形，也可以是其他易加工的形狀。

所述泵蓋3設(shè)有帶臺(tái)階通孔的凸臺(tái)，并且所述臺(tái)階通孔內(nèi)配有機(jī)械密封件7；所述泵蓋3通過(guò)機(jī)械密封件7所述傳動(dòng)軸5密封轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述機(jī)械密封件7包括軸套71、靜環(huán)72、推環(huán)73、動(dòng)環(huán)74、定位環(huán)75以及密封端蓋76，所述軸套71套在傳動(dòng)軸5的第一端，二者過(guò)盈配合；所述密封端蓋76安裝在所述凸臺(tái)的外端面處，所述靜環(huán)72、動(dòng)環(huán)74、推環(huán)73以及定位環(huán)75從外向內(nèi)套接在所述軸套71外壁，且所述靜環(huán)72、動(dòng)環(huán)74、推環(huán)73兩兩之間密封接觸；所述靜環(huán)72通過(guò)定位銷721與所述密封端蓋76固接，所述定位環(huán)75通過(guò)緊定螺釘751與所述軸套71固接，所述動(dòng)環(huán)74、所述推環(huán)73分別與所述軸套71之間過(guò)盈配合，所述靜環(huán)72與所述軸套71間隙配合；所述推環(huán)73與所述定位環(huán)75之間夾有彈簧78，彈簧78的一端抵在所述定位環(huán)75上，另一端抵在所述推環(huán)73上。

所述靜環(huán)72的端面為非光滑表面，即所述靜環(huán)72的端面設(shè)有至少一條環(huán)形槽721，且所述環(huán)形槽721個(gè)數(shù)大于1時(shí)，所述環(huán)形槽721為以靜環(huán)端面中心為圓心的同心圓環(huán)。

所述環(huán)形槽721的橫截面為矩形、U形或V形。

所述密封端蓋76與所述靜環(huán)72之間、所述靜環(huán)72與所述動(dòng)環(huán)74之間、所述推環(huán)73與所述動(dòng)環(huán)74之間均配有O型密封圈77。

葉輪2的背板設(shè)有多圈等距排列的外凸的筋條環(huán)21，且所述筋條環(huán)21同心布置，每條筋條環(huán)21由多個(gè)等距排列的弧形筋條211圍成，且同一條筋條環(huán)21上的弧形筋條211位于同一基圓上，相應(yīng)相鄰筋條環(huán)21上對(duì)應(yīng)的弧形筋條211之間相互錯(cuò)開(kāi)。

所述葉輪3的背板設(shè)有3圈等距排列的外凸的筋條環(huán)21。

圖1中為旋流泵總裝圖，流體從泵體1的入口進(jìn)入旋流泵內(nèi)部后，會(huì)受到旋轉(zhuǎn)的葉輪2的作用，從而會(huì)產(chǎn)生貫通流，循環(huán)流以及兩者的合流。其中循環(huán)流會(huì)造成旋流泵的效率低下。旋流泵轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪2與靜止的泵體1相互作用會(huì)造成流場(chǎng)周期性的波動(dòng)，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。在旋流泵的運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)部壓力脈動(dòng)增大會(huì)造成旋流泵整體運(yùn)行的不穩(wěn)定性。因此，降低旋流泵內(nèi)的壓力脈動(dòng)的大小顯得至關(guān)重要。

根據(jù)許多文獻(xiàn)描述，旋流泵的隔舌位置處的壓力脈動(dòng)是整個(gè)流動(dòng)區(qū)域內(nèi)最大的。因此，最關(guān)鍵的是降低隔舌位置處的壓力脈動(dòng)大小。采用仿生原理來(lái)降低旋流泵在工作過(guò)程中產(chǎn)生的脈動(dòng)。仿生的原型為蝦蛄，俗稱皮皮蝦，是一種在中國(guó)沿海常見(jiàn)的蝦類。其身體的后半段部位由連續(xù)的腹節(jié)組成，因此可以將這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為溝槽結(jié)構(gòu)，并將其添加到旋流泵的隔舌位置處，仿生結(jié)構(gòu)的最大的特點(diǎn)就是能實(shí)現(xiàn)相似的功能，學(xué)習(xí)與借鑒生物的結(jié)構(gòu)，能讓人得到很多啟發(fā)。這些為人類提供了優(yōu)良設(shè)計(jì)的典范。

圖3為旋流泵的中截面，在旋流泵的隔舌12位置處添加溝槽121結(jié)構(gòu)。其位置位于隔舌12和擴(kuò)散段11的左側(cè)，距離隔舌12較近。且溝槽121數(shù)量最多也可以有3個(gè)，且相鄰溝槽121之間的距離也比較小。若溝槽121的數(shù)量過(guò)多，會(huì)造成旋流泵的水力損失增加，性能下降等現(xiàn)象，這對(duì)提高旋流泵效率是不利，因此需要盡量在不影響旋流泵性能的前提下，降低旋流泵內(nèi)部的壓力脈動(dòng)。

圖3中的放大圖顯示的是溝槽的橫截面。其中，圖4中表示的是等邊三角形的截面(對(duì)應(yīng)的是V形溝槽)；圖5表示的是U形截面(對(duì)應(yīng)的是U形溝槽)；圖6表示的是半圓形截面(對(duì)應(yīng)的是半圓形溝槽)；圖7表示的是矩形截面。與溝槽的數(shù)量類似，溝槽的橫截面不能過(guò)大，而需要控制在一個(gè)合理的水平上，從而達(dá)到最佳的降低壓力脈動(dòng)的效果。

圖8～11中表示的是A-A視圖，在位于隔舌12位置處的溝槽121的數(shù)量：圖8為3個(gè)；圖9中為2個(gè)；圖10為1個(gè)。至于溝槽的排布，圖8～10中的溝槽排布均是沿著軸向排布，而圖11中溝槽的排布是與軸向成一個(gè)角度θ。當(dāng)有多個(gè)溝槽排布時(shí)，溝槽之間兩兩平行。不同數(shù)量的溝槽也可以有不同的排布，即以數(shù)量與角度為變量，從而可以制作出不同的排布方案。

圖13是圖12機(jī)械密封中的靜環(huán)72的端面，在機(jī)械密封的靜環(huán)72中加入非光滑表面的結(jié)構(gòu)，有助于機(jī)械密封的靜環(huán)72與動(dòng)環(huán)74在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中形成液膜，增強(qiáng)機(jī)械密封的密封性。而靜環(huán)72中的非光滑表面的橫截面如圖14～16所示，圖14為矩形；圖15為U形；圖16為V形。且非光滑表面還具有減阻的作用，因此能起到節(jié)能的作用。

在旋流泵工作的過(guò)程中，動(dòng)環(huán)74的右側(cè)是處于低壓的狀態(tài)，而左側(cè)的靜環(huán)72所處的區(qū)域?yàn)楦邏涵h(huán)境，在旋流泵軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，兩者之間會(huì)形成一層液膜，該液膜能夠起到有效的密封作用。而當(dāng)機(jī)械密封用久了之后，后面彈簧78會(huì)自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。加入非光滑表面技術(shù)可以增加機(jī)械密封的密封，也可以減少摩擦，提高旋流泵的能源使用效率。

圖18表示圖17葉輪2中的背面，在葉輪2的背面位置處加入3圈筋條環(huán)21的結(jié)構(gòu)。相鄰的結(jié)構(gòu)之間的間距相等，且每一圈的結(jié)構(gòu)之間都有一定的錯(cuò)開(kāi)角度。且每一圈由6塊弧形筋條211構(gòu)成，均布在圓周的周圍上。

當(dāng)旋流泵內(nèi)部有流體流過(guò)時(shí)，在泵體上1區(qū)域會(huì)產(chǎn)生比較高壓流體，而旋流泵的后背與泵體1之間留有較大空隙，這會(huì)使得高壓從該空隙中回流到低壓區(qū)域造成水力損失。通過(guò)在葉輪2的后背上筋板可以減緩高壓流體進(jìn)入低壓區(qū)域，從而提高旋流泵的效率，起到節(jié)能的作用。

本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。