專利名稱：多元復合渦旋式蒸汽泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
多元復合渦旋式蒸汽泵，屬于熱工技術(shù)領(lǐng)域。是一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、重量輕、造價低、運行穩(wěn)、壽命長、噪音低、特別是效率高，利用蒸汽的壓力做功泵液(并可產(chǎn)生動力)的熱工機械，可以做為蒸汽泵使用，也可以做為蒸汽機使用。
蒸汽鍋爐的正常運行需要及時補充軟水，因此，必須配備具有一定供水壓力和一定供水量的水泵，該泵的運轉(zhuǎn)，也需要大量電力。同時，蒸汽鍋爐需要蒸汽泵備用于停電時對鍋爐供水，以防缺水引起鍋爐爆炸?，F(xiàn)用的往復式蒸汽泵結(jié)構(gòu)復雜，造價高(每臺蒸汽泵上萬元，每臺鍋爐配備兩臺蒸汽泵)，故障率高，維護費用高，壽命短。
尤其是熱電廠鍋爐，其電動給水泵是能耗最大的輔機，功率消耗約占主機容量的5～6％。由于它在產(chǎn)熱產(chǎn)電過程中的重要性，流量、壓力裕量設(shè)計得一般都偏大，按《電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)范》的要求，給水系統(tǒng)除備用泵外，配套給水泵出口流量應為鍋爐最大蒸發(fā)量的110％，出口壓力為鍋爐額定壓力與管道壓力損耗及高差之和的105％。此外，在計算管道阻力時還要加上10～20％的裕量，以及給水泵調(diào)節(jié)閥儲備的壓差。因此，在鍋爐蒸發(fā)量最大時，給水泵出口壓力也有很大的富裕，又由于用電用汽量的波動，給水泵大部分時間不能在其設(shè)計工作點上運行。熱電廠的設(shè)備都是較大的設(shè)備，其鍋爐的電動給水泵是節(jié)能潛力非常大的耗能設(shè)備。
直燃式溴化鋰制冷機的運行需要電動泵將液體加壓，整機的控制系統(tǒng)更是不能離開電網(wǎng)獨立運行，節(jié)能潛力很大。
汽車、農(nóng)機、鐵路機車和大型艦船的發(fā)動機工作時排出大量的高溫(800K左右)尾氣，該熱量的排放既浪費了能源，又造成了對環(huán)境的熱污染，亟需適當?shù)脑O(shè)備將尾氣的余熱回收利用，以產(chǎn)生動力。
由上述事實可見，蒸汽鍋爐(包括電廠鍋爐和工業(yè)鍋爐)、直燃吸收式制冷機、動力機車(包括汽車、農(nóng)機、鐵路機車和大型艦船等)亟需一種利用低品味熱能產(chǎn)生動力并泵送液體的動力——工作一體化機械。
本實用新型的任務是提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、重量輕、造價低、運行穩(wěn)、壽命長、噪音低、特別是效率高，利用蒸汽的壓力做功泵液(并可)產(chǎn)生動力的熱工機械。
為完成上述任務，本實用新型的技術(shù)解決方案是多元復合渦旋式蒸汽泵，包括動盤總成(1)、靜盤(2)、曲軸(3)、泵體(4)、限位輥(5)、一級氣體膨脹動渦旋體(111)、二級氣體膨脹動渦旋體(112)、液體增壓正旋動渦旋體(121)、液體增壓反旋動渦旋體(122)、動盤(13)、一級氣體膨脹靜渦旋體(211)、二級氣體膨脹靜渦旋體(212)、液體增壓正旋靜渦旋體(221)、液體增壓反旋靜渦旋體(222)、密封瓦(6)，其特征在于一根曲軸(3)動裝一個或多個動盤總成(1)；一級氣體膨脹動渦旋體(111)、二級氣體膨脹動渦旋體(112)在曲柄周圍成組設(shè)置，一級氣體膨脹動渦旋體(111)、二級氣體膨脹動渦旋體(112)、液體增壓正旋動渦旋體(121)和液體增壓反旋動渦旋體(122)的軸線與動盤(13)軸線平行地固裝在動盤(13)上成為動盤總成(1)；動盤總成(1)的軸線與曲軸(3)軸線平行地以軸承動裝在曲軸(3)的曲柄上，而且曲軸(3)的曲柄軸心通過動盤總成(1)的質(zhì)心；靜盤(2)固裝于泵體(4)上；每一動盤(13)都有兩個靜盤(2)在其兩側(cè)對稱地與之相配，一級氣體膨脹靜渦旋體(211)、二級氣體膨脹靜渦旋體(212)、液體增壓正旋靜渦旋體(221)和液體增壓反旋靜渦旋體(222)固裝在靜盤(2)上，與相應動盤總成(1)上的一級氣體膨脹動渦旋體(111)、二級氣體膨脹動渦旋體(112)、液體增壓正旋動渦旋體(121)和液體增壓后反旋渦旋體(122)密切配合；密封瓦(6)動裝在各渦旋體的端部；曲軸(3)通過軸承動裝于泵體(4)上；動盤(13)和靜盤(2)上各有一組軸線平行于曲軸(3)軸線、動盤(13)和靜盤(2)上相互對應的限位孔(131、23)，限位輥(5)就位于各自的限位孔(131、23)中起到限制動盤總成(1)只公轉(zhuǎn)而不自轉(zhuǎn)的作用以利于安裝和調(diào)整；單動盤總成(1)的曲軸(3)則固裝平衡錘(7)。
其第二個特點是一級氣體膨脹動渦旋體(111)、二級氣體膨脹動渦旋體(112)、液體增壓正旋動渦旋體(121)及液體增壓反旋動渦旋體(122)均為由關(guān)于其平隔板(1112、1122、1212、1222)的中心面對稱的左、右渦旋體(111a和111b、112a和112b、1211a和1211b以及1221a和1221b)構(gòu)成，且平隔板(1112、1122、1212、1222)上有一組直徑小于渦旋體端部的密封瓦(6)寬度、軸線平行于渦旋體軸線的通孔(113、1213、1223)，以平衡左、右相對應的膨脹、泵液腔內(nèi)的壓力。
其第三個特點是液體增壓正旋動渦旋體(121)與液體增壓反旋動渦旋體(122)、液體增壓正旋靜渦旋體(221)與液體增壓反旋靜渦旋體(222)的旋向相反，并且均為一個半圓周(3π弧度)的漸開角，平隔板(1212、1222)上與相配渦旋體端部相應有一月牙形通孔，液體增壓正旋動渦旋體(121)與液體增壓正旋靜渦旋體(221)、液體增壓反旋動渦旋體(122)與液體增壓反旋靜渦旋體(222)相配合而成的一對泵液腔相互并聯(lián)成為一級泵液單元，以消除泵液流速的突變而消除泵液振動，對于較高壓力泵液要求的場合，使用多級這樣的泵液單元串聯(lián)以提高泵液壓力。
其第四個特點是動盤(13)上的限位孔(131)徑與其中限位輥(5)徑之差和靜盤(2)上的限位孔(23)徑與其中限位輥(5)徑之差的和等于動盤總成(1)的公轉(zhuǎn)直徑。



圖1為動盤總成(1)的正、俯、仰視圖。
圖2為整機安裝關(guān)系圖。
圖3、圖4分別為左、右靜盤(2)總成俯視圖。
圖5為二級氣體膨脹動渦旋體(112)的主、俯視圖。
圖6為液體增壓正、反旋動渦旋體(121、122)的軸向剖視圖(二者形狀、形位完全一樣，只視安裝的正、反而成為正旋動渦旋體(121)和反旋動渦旋體(122)。
圖7為現(xiàn)有渦旋泵的流量(流速)角度關(guān)系C1(圖7-a)與多元復合渦旋式蒸汽泵的流量(流速)角度關(guān)系C2(圖7-b)。
圖8為曲軸(3)和平衡錘(7)的位置關(guān)系圖。
現(xiàn)有的渦旋泵，有一個動渦盤和一個靜渦盤，其動、靜渦盤的渦旋體是由基圓展開的漸開線而成的漸開柱面，漸開線的圈數(shù)為1.5圈。盡管它有效率高、制造成本低的優(yōu)點，但是它在運行時產(chǎn)生明顯的壓力脈沖，機器振動大，無法在高速下運行。為減小或消除壓力脈沖，在動、靜渦盤的中心區(qū)各挖出類似半圓形的凹槽。實踐證明，這對于減小壓力脈沖只能夠起到有限的作用，原因是其動、靜渦盤的動、靜渦旋體所構(gòu)成的行程容積的變化，關(guān)于角度不是線性的，而是角度的二次函數(shù)，在曲軸作等速轉(zhuǎn)動時，行程容積的變化速率即液體流速則是角度的一次函數(shù)，轉(zhuǎn)動一個周期后，緊接著下一個周期的開始，這時行程容積的變化速率有一個突變，即流速有一個突變。因而不可能有效地消除壓力脈沖。設(shè)A為行程容積，θ為動、靜渦旋體接觸位置的角度，dV/dt為行程容積的變化速率即液體流速，則計算如下 =A2+πa2θ2(1-δπa)+π2a2θ(1-δ2π2a2)]]>當δ=πa時，A=A2，取h為渦旋體的高度，則行程容積為V=Ah，因而流速為dVdt[2πa2θ(1-δπa)+π2a2(1-δ2π2a2)]dθdt=[2πa2θ(1-δπa)+π2a2(1-δ2π2a2)]ω]]>其中ω為曲軸的轉(zhuǎn)速?？梢?，行程容積與角度有關(guān)，每個行程中行程容積的變化速率都有一個突變，即流速有一個突變。在較長的管路中流速發(fā)生如此突變，一定會產(chǎn)生類似水擊的強烈振動效應，并不完全是由于液體流動通路狹窄的緣故。流速與角度的關(guān)系見圖3-a。只有設(shè)法消除這種流速突變，才能從根本上解決這一問題。本實用新型所采用的兩個旋向相反的泵液腔相互并聯(lián)成為一級泵液單元工作的方案，圓滿地解決了這一問題。兩個泵液單元的流量(流速)“互補余缺”，總流速與角度無關(guān)，總流速與曲軸的轉(zhuǎn)速成正比。流速與角度的關(guān)系見圖3-b，壓力較高時，則采用多級這樣的泵液單元串聯(lián)工作。
以下是與SHL10-13AⅡ型鍋爐配套使用的FWQB10-13型多元復合渦旋式蒸汽泵的部分設(shè)計數(shù)據(jù)計算過程 =1.249853991×(1-116.8)0.8×1.31.3-1×[1-(216.8)1.3-11.3]V1=0.873755086·V1]]>其中κ為保險系數(shù)，Vg為高壓蒸汽容積，V1為上水容積。
由以上與SHL10-13AⅡ型鍋爐配套使用的FWQB10-13型多元復合渦旋式蒸汽泵的設(shè)計數(shù)據(jù)計算的例子可知具體制造時，是按照動力匹配的原則和動平衡的原則來確定氣體膨脹渦旋體(11、21)、液體增壓渦旋體(121、122、221、222)的高度，應當特別注意對氣體膨脹渦旋體(11、21)外加一定的保險系數(shù)κ，因為所在蒸汽壓力和泵送壓力相等時，蒸汽壓力越高，泵送液體的能力越小，即泵送的液體量越小，故保險系數(shù)κ是一個非常重要的系數(shù)，一般應取κ＞1.15。
多元復合渦旋式蒸汽泵的工作原理是高壓蒸汽進入一級氣體膨脹動渦旋體(111)、二級氣體膨脹動渦旋體(112)和一級氣體膨脹靜渦旋體(211)、二級氣體膨脹靜渦旋體(212)構(gòu)成的膨脹腔之后開始膨脹對外做功，驅(qū)動在各動、靜渦旋體和限位輥(5)共同限制下的動盤總成(1)繞曲軸(3)的軸心做不自轉(zhuǎn)的公轉(zhuǎn)，這時液體增壓正旋動渦旋體(121)和液體增壓反旋動渦旋體(122)便作同步運動，液體增壓正旋動渦旋體(121)與液體增壓正旋靜渦旋體(221)以及液體增壓反旋動渦旋體(122)與液體增壓反旋靜渦旋體(222)所構(gòu)成的泵液腔同時作有規(guī)律的變化，由于二者旋向相反，泵液速率大小互補，使總泵液速率成為曲軸轉(zhuǎn)速的一次函數(shù)(二者成正比)，從而從根本上消除了泵液的壓力脈沖；限位輥(5)與動、靜渦盤以及各動、靜渦旋體之間的相互限制作用，保證了動盤總成(1)的平動——繞曲軸(3)的軸心做不自轉(zhuǎn)的公轉(zhuǎn)，限位輥(5)與動、靜渦盤之間的相互限制作用，也方便了各零、部件的安裝和調(diào)整；做功之后的乏汽凝入源水一起被加壓，從而蒸汽的能量完全得以利用；工作過程中，密封瓦(6)起到了消除各動、靜渦旋體之間軸向熱應力和冷間隙的作用；各動渦旋體(11、121、122)的平隔板(112、1212、1222)上的通孔(113、1213、1223)，隨時平衡了左、右相對應的膨脹、泵液腔內(nèi)的壓力；對于多級泵液單元相互串聯(lián)的多動盤多元復合渦旋式蒸汽泵，泵液壓力得到了相應的提高。
多元復合渦旋式蒸汽泵一個動盤上既有氣體膨脹渦旋體，又有泵液正、反渦旋體和一根曲軸可裝設(shè)多個動盤的顯著特點，決定了有其先天性的體積小、重量輕(約為同類設(shè)備的1/2)、造價低(約為同類設(shè)備的80％)、運行穩(wěn)(無壓力脈沖)、壽命長(為同類設(shè)備的3倍以上)、噪音低、特別是效率高的顯著優(yōu)點；乏汽凝入源水一起被加壓，蒸汽的能量完全得以利用；替代電動泵工作，可大幅降低運行費用；它可廣泛地用于包括電站鍋爐的各型蒸汽鍋爐的上水和各型直燃式吸收制冷機的泵液，減小液體增壓渦旋體的高度之后，可作為微小型蒸汽機用于各種需要的場合。
權(quán)利要求1．多元復合渦旋式蒸汽泵，包括動盤總成(1)、靜盤(2)、曲軸(3)、泵體(4)、限位輥(5)、一級氣體膨脹動渦旋體(111)、二級氣體膨脹動渦旋體(112)、液體增壓正旋動渦旋體(121)、液體增壓反旋動渦旋體(122)、動盤(13)、一級氣體膨脹靜渦旋體(211)、二級氣體膨脹靜渦旋體(212)、液體增壓正旋靜渦旋體(221)、液體增壓反旋靜渦旋體(222)、密封瓦(6)，其特征在于一根曲軸(3)動裝一個或多個動盤總成(1)；一級氣體膨脹動渦旋體(111)、二級氣體膨脹動渦旋體(112)在曲柄周圍成組設(shè)置，一級氣體膨脹動渦旋體(111)、二級氣體膨脹動渦旋體(112)、液體增壓正旋動渦旋體(121)和液體增壓反旋動渦旋體(122)的軸線與動盤(13)軸線平行地固裝在動盤(13)上成為動盤總成(1)；動盤總成(1)的軸線與曲軸(3)軸線平行地以軸承動裝在曲軸(3)的曲柄上，而且曲軸(3)的曲柄軸心通過動盤總成(1)的質(zhì)心；靜盤(2)固裝于泵體(4)上；每一動盤(13)都有兩個靜盤(2)在其兩側(cè)對稱地與之相配，氣體膨脹靜渦旋體(21)、液體增壓正旋靜渦旋體(221)和液體增壓反旋靜渦旋體(222)固裝在靜盤(2)上，與相應動盤總成(1)上的一級氣體膨脹動渦旋體(111)、二級氣體膨脹動渦旋體(112)、液體增壓正旋動渦旋體(121)和液體增壓后反旋渦旋體(122)密切配合；密封瓦(6)動裝在各渦旋體的端部；曲軸(3)通過軸承動裝于泵體(4)上；動盤(13)和靜盤(2)上各有一組軸線平行于曲軸(3)軸線、動盤(13)和靜盤(2)上相互對應的限位孔(131、23)，限位輥(5)就位于各自的限位孔(131、23)中起到限制動盤總成(1)只公轉(zhuǎn)而不自轉(zhuǎn)的作用以利于安裝和調(diào)整。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述多元復合渦旋式蒸汽泵，其特征在于一級氣體膨脹動渦旋體(111)、二級氣體膨脹動渦旋體(112)、液體增壓正旋動渦旋體(121)及液體增壓反旋動渦旋體(122)均為由關(guān)于其平隔板(1112、1122、1212、1222)的中心面對稱的左、右渦旋體(111a和111b、112a和112b、1211a和1211b以及1221a和1221b)構(gòu)成，且平隔板(1112、1122、1212、1222)上有一組直徑小于渦旋體端部的密封瓦(6)寬度、軸線平行于渦旋體軸線的通孔(113、1213、1223)，以平衡左、右相對應的膨脹、泵液腔內(nèi)的壓力。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述多元復合渦旋式蒸汽泵，其特征在于液體增壓正旋動渦旋體(121)與液體增壓反旋動渦旋體(122)、液體增壓正旋靜渦旋體(221)與液體增壓反旋靜渦旋體(222)的旋向相反，并且均為一個半圓周(3π弧度)的漸開角，平隔板(1212、1222)上與相配渦旋體端部相應有一月牙形通孔，液體增壓正旋動渦旋體(121)與液體增壓正旋靜渦旋體(221)、液體增壓反旋動渦旋體(122)與液體增壓反旋靜渦旋體(222)相配合而成的一對泵液腔相互并聯(lián)成為一級泵液單元，以消除泵液流速的突變而消除泵液振動。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述多元復合渦旋式蒸汽泵，其特征在于動盤(13)上的限位孔(131)徑與其中限位輥(5)徑之差和靜盤(2)上的限位孔(23)徑與其中限位輥(5)徑之差的和等于動盤總成(1)的公轉(zhuǎn)直徑。
專利摘要多元復合渦旋式蒸汽泵,包括:氣體膨脹渦旋體、液體增壓正、反渦旋體、限位輥等;其一個動盤上既有氣體膨脹渦旋體,又有泵液正、反渦旋體的顯著特點,決定了有其體積小、重量輕、造價低、運行穩(wěn)(無壓力脈沖)、壽命長、噪音低、特別是效率高的顯著優(yōu)點;乏汽凝入源水一起被加壓,蒸汽的能量完全得以利用;它可替代電動泵廣泛地用于各型蒸汽鍋爐的上水和各型直燃式吸收制冷機的泵液,也可作為微小型蒸汽機用于各種需要的場合。
文檔編號F04C2/00GK2433423SQ0021407
公開日2001年6月6日 申請日期2000年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月10日
發(fā)明者呂孟讓 申請人:呂孟讓