专利名称：差速涡轮离心泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体机械中的离心泵。
离心泵是通用机械，广泛地应用于国民经济的各个领域。但是，现有离心泵存在两个突出的问题一是其基础理论很不完善，起不到应有的理论指导作用。二是其基本结构不合理，导致效率低，扬程不可调节，由此造成的能源浪费相当可观。
1、现行离心泵基础理论及其存在问题现行离心泵理论，在无限多无限薄叶片的假设前提下，以欧拉涡轮方程为基础(参见文献1)，由此所得离心泵H＝f(Q)方程为(参见文献2)H=U22g-U2g-ctgβ2F(1)]]>式中，H-离心泵单位重量流体能量(以下简称流体能量，俗称扬程)μ2-叶轮圆周速度，β-叶片角，F-流道截面积，Q-流量，g-重力加速度，脚注2-表示叶轮出口端。
但是(1)式与试验曲线的误差很大，各国学者们修正了百余年，至今仍然效果不大。
本发明人认为，欧拉涡轮方程缺一项二分之一科氏惯性力矩，因此做了修正(详见文献3)。相应的涡轮轴功方程为H= (V12-V22)/(2g) + (W22-W12)/(2g) (2)
式中，H-单位重量流体涡轮轴功，ν、ω-流体的绝对和相对速度，g-重力加速度，脚注1-表示叶轮进口端。
又认为，欧拉方程是涡轮方程，既或修正之后也完全不适用于泵，并推导出涡壳式离心泵实用H＝f(Q)方程(详见文献4)。将该方程适当简化后变为H=V2τ2g-KQ22gF22(3)]]>式中，K-涡壳式压出室形状系数脚注τ-流体速度的切向(圆周)分量。
2、现有泵基本结构不合理离心泵的全功能应为将机械能转化为流体能，并将此能量有效利用。在现有离心泵中，叶轮可将机械能转化为流体能，但如何有效利用叶轮功，由于基础理论不完善，采用了不合理的涡壳式压出室(或导叶)结构，由此造成了一系列的、长期以来难以克服的弊端，主要有1)、效率不高，突出表现在压出室内流体速度过高，能量损失过大。低比转数时圆盘摩擦损失很大，高压时容积损失相当可观。
2)、扬程不能调节，确定的泵在一定的转速下，额定工况扬程是不变量。实际上，泵经常偏离额定工况工作，由此造成的能源浪费也是很大的。
此外还有轴向力大，轴封要求高，型号繁多，离不开水力模型，提高转速时，汽蚀性能变坏。由于转速不宜过高，使得泵体笨重，费工费料等等。
本发明的目的是要提供一种差速涡轮离心泵，它能够减小流体能损失并有效利用叶轮功，从而节约能量、提高效率。
本发明的目的是这样实现的原动机通过差速箱(1)和轴Ⅰ(3)带动泵轮(6)旋转，泵轮(6)的功能与通常的离心泵叶轮一样，将机械能转化为流体能。在泵轮(6)出口端流体的冲击作用下，涡轮(7)也将旋转，涡轮的功能有三1)、将涡轮轴功通过轴Ⅱ(2)、差速齿轮箱(1)反馈到原动机上。
2)、限制泵轮入口端的流体负压，当泵轮、涡轮同步旋转时，负压等于零;泵轮、涡轮转速差愈大，负压愈大。
3)、将泵、涡轮离心压力差及涡轮出口端的流体动能输出到导轮(压出室)(10)内。
导轮(10)静止不动，其功能也有三1)、通过弯曲流道的扩压和流体之间无旋涡冲击将涡轮出口端的流体动能转化为压力能。
2)、承受高压3)、通过出口端阀门向吐出管路输送液体能。
通过泵轮、差速涡轮和导轮的共同作用，即可达到将机械能转化流体能，并有效利用的目的。差速涡轮泵有效利用叶轮功的主要表现为消除了流体在流道内的高速流动，从而减小了流体能损失，同时将涡轮轴功反馈到原动机上。
对于高压泵采用减压轮(9)，其功能为如果没有减压轮，泵轮出口端的高压流体通过泵轮、涡轮之间的缝隙进入壳体内，在该压力作用下，流体通过泵轮入口端的缝隙返回吸入室，即造成了容积损失，压力愈大、损失愈大。
因为减压轮与泵轮同步旋转，而且减压轮的最小直径小于导轮的入口直径，因此完全消除了泵轮出口端的流体高压离心方向进入壳体的可能性。只有离心压力差，通过涡轮及减压轮的向心方向进入壳体。这个压力很小，由此引起的容积损失也很小，甚至可以忽略不计。说明减压轮的作用是减小壳体内的流体压力，从而减小容积损失。
对于高速泵采用减速轮(8)，其功能为如果减速轮与轴Ⅱ之间的转动阻力矩为零，作用在减速轮上的主动力矩为矩M1，阻力矩为M2。因为减速轮是惰轮，所以M1、M2均为圆盘摩擦流体力矩，且与转速的平方成正比。
如果导轮的转速为nT，减速轮的转速大于nT/2，那么减速轮与涡轮之间的相对转速小于减速轮与导轮之间的相对转速。因此，必然M1＜M2，减速轮将减速旋转。如果减速轮的转速小于nT/2，那么与上相反，减速轮将加速旋转。可见减速轮稳定旋转的转速应为nT/2。
显然，增加减速轮之后，圆盘摩擦损失功率Nf(与转速的立方成正比)将减小。但同时圆盘摩擦面积也将增加，不难知道，加一级减速轮，Nf减小到1/4;加二级减速轮(第二级安装在涡轮与第一级减速轮中间)，Nf减小到1/9;加三级减速轮，Nf减小到1/16，以此类推。说明了减速轮的功能就是减小圆盘摩擦损失，相当于减小了泵轮、涡轮转速。
对于高速泵采用双叶轮动力轴封(4)，其功能为如果双叶轮静止不动，那么壳体外界流体进入吸入室的路线如附图2中箭头所示。当双叶轮高速旋转时，只要叶轮出口端的流体压力大于吸入室(5)内流体负压的绝对值，那么流体不可能往双叶轮(二者流道对称)的向心方向流动，这就切断了流体进入吸入室或流出壳体外的通道，即轴Ⅰ(3)已密封。
对高速旋转轴，这种动力轴封是一种既简单，又可靠的理想轴封。
其基本方程如下差速涡轮泵完成的单位重量流体能为Hm＝HB-Hr(4)式中B、T-分别表示泵轮和涡轮。
此处，泵、涡轮均为径向直叶式为例。HB由(3)式决定。但因取消了涡壳，k＝0。又因受涡轮转速的影响，(3)式将变为
HB=uB222g+(uB2-un)22g=uB222g[1+(1-i)2](5)]]>式中应用了μ＝πDn/60-叶轮圆周速度。其中，D为叶轮直径，n为叶轮转速。
DB2＝DT1，i＝nT/nBHT由(2)式决定。但注意，(2)式中的ν1是即将进入叶轮的流体速度。因此，(2)式变为HT=uB22-uB222g-(uB2-uT1)22g=uB222g[1-r2i2-(1-i)2](6)]]>式中，r＝DT2/DB2-涡轮半径比。
将(5)、(6)式代入(4)式得Hm=uB222g[2(1-i)2+r2i2](7)]]>差速涡轮泵输出的流体能，即泵实用扬程H与涡轮效率有关。可写成H=uB222g[(1-i)2(1+i)+r2i2](8)]]>差速涡轮泵流量Q＝FπλμB2(9)式中，入-流量速度系数。一般取入μB2＝3～8m/s。
差速涡轮泵入口端最大负压Hp=uB222g(1-i)2(10)]]>差速涡轮泵流体功率
NQ＝HrQ(11)式中，r-流体重度，差速涡轮泵轴功率N＝A+HmrQ (12)式中，A-近似常数，主要取决于零工况能量损失。
差速涡轮泵效率η= (NQ)/(N) = (HγQ)/(A+HmγQ)由上很容易知道，只要合理选取DB2、nB、r、i、F2及A，则可得任意所需H、Q及N，且高效率。
本发明因为采用了大幅度减小流体能损失并可有效利用叶轮功的泵轮、差速涡轮和导轮共同工作的结构;采用了基本消除容积损失的减压轮结构、大幅度减小圆盘摩擦损失的减速轮结构和简单可靠的双叶轮动力轴封，所以使本发明具有以下优点一、效率很高，可达90%以上，效率曲线无极值，最高效率取决于轴功率;
二、用途广，可取代现有比转数5～2000的各类叶片泵。
三、扬程可以调节，只要改变泵轮、涡轮差速比，即可改变扬程，必要时可采用有级或无级调节差速机构。
四、轴向力小，高压流体引起的轴向力基本自相平衡。
五、轴封简单、可靠。
六、泵轮入口端负压可以控制，汽蚀性能好。
发明的具体结构由以下实施例及其附图给出。
图1是根据本发明提出的差速涡轮离心泵的结构示意图。
图2是双叶轮动力轴封结构简图。
下面结合附图详细说明依据本发明提出的离心泵的结构。
差速涡轮离心泵由差速齿轮箱(1)、轴Ⅱ(2)、轴Ⅰ(3)、轴封(4)、壳体(吸入室)(5)、泵轮(6)、涡轮(7)、减速轮(8)、减压轮(9)和导轮(压出室)(10)构成。
泵轮(6)固定在轴Ⅰ(3)上，涡轮(7)固定在轴Ⅱ(2)上，轴Ⅰ、轴Ⅱ是同心轴，导轮(10)静止不动。原动机通过差速齿轮箱(1)内齿轮、轴Ⅰ(3)和轴Ⅱ(2)带动泵轮(6)和涡轮(7)差速旋转，涡轮(7)安装在泵轮(6)出口端，导轮(10)安装在涡轮(7)出口端。
减压轮(9)固定在泵轮(6)上，并将涡轮(7)包容在里面。
泵轮减速轮(8)空套在泵轮(6)入口端，涡轮减速轮(8)空套在涡轮(7)的轴Ⅱ(2)上。
双叶轮轴封(4)安装在壳体(5)与轴Ⅰ(3)之间，叶轮Ⅰ(11)、Ⅱ(13)固定在轴Ⅰ(3)上，隔板(12)安装叶轮Ⅱ、叶轮Ⅰ之间，并固定在壳体(5)上。
该发明适用于各种高压，高速泵的场合。
若是低压泵，可省去减压轮(9)结构。
若是低速泵，可省去减速轮(8)结构。
参考文献(1).理论力学教程，下册第一分册 洛强斯基著，人民教育出版社1962年。
(2).离心泵设计基础，离心泵设计基础编写组编，机械工业出版社，1974年。
(3).“试论欧拉涡轮方程误差很大的原因”，赖轩明，中国工程热物理学会92年年会论文集，第六分册(流体机械)。
(4)“探索离心泵实用H＝f(Q)方程”，赖轩明，《林业机械》1987年第4期。
权利要求
1.一种差速涡轮离心泵，由差速齿轮箱(1)、轴Ⅱ(2)、轴Ⅰ(3)、轴封(4)、壳体(5)、泵轮(6)、涡轮(7)、减速轮(8)、减压轮(9)和导轮(10)构成，其特征在于泵轮(6)固定在轴Ⅰ(3)上，涡轮(7)固定在轴Ⅱ(2)上，轴Ⅰ、轴Ⅱ是同心轴，涡轮(7)安装在泵轮(6)出口端，导轮(10)安装在涡轮(7)出口端，减压轮(9)固定在泵轮(6)上，并将涡轮(7)包容在里面，一个减速轮(8)空套在泵轮(6)入口端，另一个减速轮(8)空套在涡轮(7)的轴Ⅱ(2)上，双叶轮轴封(4)安装在壳体(5)与轴Ⅰ(3)之间，叶轮Ⅰ(11)、Ⅱ(13)固定在轴Ⅰ(3)上，隔板(12)安装在叶轮Ⅰ(3)和叶轮Ⅱ(12)中间，并固定在壳体(5)上。
全文摘要
一种差速涡轮离心泵，由差速齿轮箱(1)、轴II(2)、轴I(3)、双叶轮动力轴封(4)、壳体(5)、泵轮(6)、差速涡轮(7)、减速轮(8)、减压轮(9)和导轮(10)构成。本发明由于采用了减少流体能损失并有效利用叶轮功的泵轮、差速涡轮和导轮共同工作的结构，采用了基本消除容积损失的减压轮结构、减小圆盘摩擦损失的减速轮结构和简单可靠的双叶轮动力轴封，使得该发明效率高、用途广且扬程可调。
文档编号F04D1/04GK1104725SQ93114570
公开日1995年7月5日 申请日期1993年11月18日 优先权日1993年11月18日
发明者赖轩明 申请人:赖轩明