一種雙級雙作用液環(huán)泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種液環(huán)栗，具體涉及一種雙級雙作用液環(huán)栗。
技術(shù)背景
[0002]液環(huán)栗是一種利用高速旋轉(zhuǎn)的液體形成的空間與葉片配合，從而達到壓縮和輸送氣體的目的的流體機械。其作用原理可利用圖6所示的典型液環(huán)栗的原理圖予以說明。在圓形栗體中有一個帶有葉片的葉輪。葉輪與栗體的中心有一個不大的距離(此距離稱為偏心距)。栗體內(nèi)部充有一定量的液體。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，帶動液體旋轉(zhuǎn)。由于離心力的作用，液體將緊貼栗體內(nèi)壁流動，從而形成一個液環(huán)。由于栗體偏心距的存在，使得液環(huán)內(nèi)表面與葉輪輪轂之間形成一個偏心的空腔。這樣，兩個葉片與液環(huán)內(nèi)表面之間就形成了一個封閉的空間。在圖示的旋轉(zhuǎn)方向下，位于右邊的封閉空間的容積逐漸增大，而左邊的封閉空間的容積則逐漸縮小。如果將右邊的空間與外界聯(lián)通，則會從進氣窗口吸入氣體，左邊的空間與外界相通，則可以壓縮并通過排氣窗口排出氣體。這個工作過程與液壓和氣動工程中的滑片(葉片)栗類似。液環(huán)栗的液環(huán)就相當(dāng)于滑片栗的栗體。但由于液環(huán)本身是非剛性的，其形狀和大小將隨著速度與壓力的變化而變化，從而氣體流量也會變化，這與滑片栗有很大的不同。在工程中，工作液體大部分是水，所以液環(huán)栗又稱為水環(huán)栗。但實際上液體不限于水，例如在化學(xué)工程中輸送氯氣時，工作液體就是濃硫酸。
[0003]液環(huán)栗工作時，如果進口壓力低于大氣壓力，出口壓力等于大氣壓，則為真空栗。如果進口壓力等于大氣壓力，出口壓力高于大氣壓，則為壓縮機。也有進口壓力低于大氣壓而出口壓力高于大氣壓的情況。此時的液環(huán)栗同時作為真空栗和壓縮機工作。與其他輸送氣體的容積式機械相比。液環(huán)栗具有結(jié)構(gòu)簡單，維護方便的特點，同時，由于不需要潤滑油，所以不會使輸送的氣體受到油的污染，這對于食品工業(yè)的應(yīng)用是很重要的。由于這些特點，液環(huán)栗廣泛地應(yīng)用于真空度或壓力不很高的工藝過程中，例如真空過濾(化學(xué)制品處理、選礦、造紙等)，真空蒸餾(食品、造紙)，真空消毒(醫(yī)院、實驗室等)，化工流程(輸送易燃易爆、腐蝕性氣體)和動力工程(汽輪機凝汽器的真空保持)等領(lǐng)域。
[0004]單作用和雙作用栗。圖6所示的液環(huán)栗的封閉空間，在葉輪旋轉(zhuǎn)一周的過程中，吸排氣一次，所以稱為單作用栗。圖7所示的為雙作用栗，栗體的內(nèi)表面不是一個圓，而是有一定距離的兩個半圓，這樣，液環(huán)內(nèi)表面的形狀也形成了兩個半圓，與雙作用滑片栗的定子內(nèi)表面類似。葉片之間的封閉工作空間在葉輪旋轉(zhuǎn)一周的過程中，有兩次吸排氣的過程，故稱為雙作用。與單作用栗比較，在尺寸基本相同的條件下，氣量可增加一倍，使栗的結(jié)構(gòu)更緊湊。同時，還使作用于葉輪的徑向力得以平衡，減輕了軸承的負荷，提高了壽命。
[0005]軸向配氣和徑向配氣。圖6所示的結(jié)構(gòu)中，氣體從葉輪的端面沿軸向進出葉輪，稱為軸向配氣。圖7的結(jié)構(gòu)中，氣體從葉輪中心沿徑向進出葉輪，稱為徑向配氣。雖然圖6中軸向配氣用于單作用栗，圖7中徑向配氣用于雙作用栗，但實際上配氣方式與作用方式無關(guān)。
[0006]單級與雙級栗。由于液環(huán)是非剛性的，所以使用的壓力受到限制。為了提高真空度(對真空栗)和排出壓力(對壓縮機)，發(fā)展出雙級液環(huán)栗，即將兩個葉輪串聯(lián)使用，以提高壓力或真空度(總之是提高壓縮比)。如圖2所示，工程實踐中，常常將兩個葉輪制作成一個整體，中間帶一個隔板將兩級葉輪分開。
[0007]液環(huán)栗的設(shè)計方法。液環(huán)栗中液體和氣體的流動過程非常復(fù)雜，目前還難以依靠CFD技術(shù)進行流動計算。所以設(shè)計計算仍需利用傳統(tǒng)的計算方法并進行足夠的試驗改進。
[0008]現(xiàn)有液環(huán)栗，若要提高抽氣量必須加大葉輪直徑或者提高轉(zhuǎn)速，加大葉輪直徑需要消耗更多的鋼才和加工成本，提高轉(zhuǎn)速則效率會降低；同時葉輪偏心布置，存在不平衡的徑向力，加大振動和噪聲，軸承壽命也受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了使栗的結(jié)構(gòu)更緊湊，同時使作用于葉輪的徑向力得以平衡，減輕軸承的負荷，提高栗的使用壽命，本發(fā)明將雙級和雙作用這兩個技術(shù)措施集成到一個栗體和一個葉輪之中，成為雙級雙作用液環(huán)栗。具體發(fā)明構(gòu)思為:
[0010]一種雙級雙作用液環(huán)栗，包括葉輪，栗體，右側(cè)蓋、左側(cè)蓋、軸、軸承部件、密封部件和工作液質(zhì)，其特征在于:所述葉輪包括多個葉片以及一體的輪轂體和葉輪隔板；多個葉片呈放射狀均勻固連于輪轂體上，葉輪隔板位于輪轂體上，將各個葉片分隔為左葉片、右葉片;
[0011]所述栗體為空腔筒狀體，其內(nèi)腔設(shè)置有與葉輪隔板相對應(yīng)的栗體隔板，葉輪隔板與栗體隔板共面，垂直于栗體中心軸，共同將栗體內(nèi)腔在軸向方向分割成左右兩部分；栗體隔板和葉輪隔板之間在半徑方向間隙配合，使得葉輪可以在栗體內(nèi)自由轉(zhuǎn)動；所述栗體隔板、葉輪隔板、左葉片、右葉片、右側(cè)蓋、左側(cè)蓋形成了左、右兩級獨立的雙作用液環(huán)栗；左、右兩部分軸向長度的比值為K，所述K值由兩級間壓縮比的分配決定；
[0012]所述栗體的內(nèi)腔注有工作液質(zhì)，葉輪同軸安裝在栗體內(nèi)，軸穿入輪轂體并與其通過鍵槽或熱壓配合連接；軸兩端分別通過軸承部件與左右側(cè)蓋旋轉(zhuǎn)配合，并分別由密封部件密封；葉輪、栗體和軸三者中心軸重合；
[0013]所述右側(cè)蓋、左側(cè)蓋上均設(shè)有進氣口、排氣口 ；
[0014]工作中，通過外部管路，將右側(cè)蓋和左側(cè)蓋的進氣口連通，右側(cè)蓋和左側(cè)蓋的排氣口連通，使兩級工作空間并聯(lián)，形成一臺單級雙作用栗；或者將右側(cè)蓋的進氣口作為栗的進口，右側(cè)蓋的排氣口與左側(cè)蓋的進氣口連通，左側(cè)蓋的出氣口作為栗的出口，使液環(huán)栗兩級工作空間串聯(lián)，構(gòu)成一臺雙級雙作用栗。
[0015]進一步的，所述的雙級雙作用液環(huán)栗中，栗體內(nèi)左端左葉片和密封部件之間裝有左分配器，栗體內(nèi)右端右葉片和密封部件之間裝有右分配器。
[0016]進一步的，所述的雙級雙作用液環(huán)栗中，栗體的內(nèi)腔表面，由上下兩段圓柱面和左右兩段圓柱面平滑連過渡而成；上下兩段圓柱面半徑為R、偏心距為e，左右兩段圓柱面半徑為r ;上下兩段圓柱面的圓心(^和O 2與葉輪軸中心O在同一直線上，O:和O 2相對于O等距對稱；R、r和e可按現(xiàn)有的雙作用栗的設(shè)計方法計算確定。
[0017]進一步的，在對所述的雙級雙作用液環(huán)栗結(jié)構(gòu)描述中，左右關(guān)系是相對的，左右位置指代關(guān)系是可以互換的。
[0018]圖2是葉輪的簡圖。兩級葉輪制成一個整體零件，中間隔板將兩級葉輪分開。圖3為栗體的結(jié)構(gòu)，實際上是將兩個雙作用的栗體合成為一個零件，中間仍然是用隔板將二者分開。與葉輪的隔板配合，就形成了兩個雙作用栗的工作空間，也就是兩個獨立的雙作用液環(huán)栗。盡管由于葉輪是旋轉(zhuǎn)的，栗體是靜止的，所以栗體隔板和葉輪隔板之間在半徑方向一定有間隙存在，但這個間隙足夠小，從工程上來看，可以認為兩個空間是獨立的。這樣，如果將兩級葉輪中一級和另一級的進氣口連通，一級和另一級的排氣口連通，即將兩級工作空間并聯(lián)，則形成了一個單級雙作用栗，如果將兩級葉輪中的一級的排氣口和另一級的進氣口連通，則形成雙級雙作用栗。當(dāng)然，兩種連接方式下，分配器的配氣窗口的角度是不同的。這兩個雙作用栗的幾何尺寸都可以用現(xiàn)有的設(shè)計計算方法確定。至于分配器及配氣方式，管路的連接方式，以及軸承、密封、傳動等等構(gòu)成一個完整產(chǎn)品必須的結(jié)構(gòu)部件，均可采用現(xiàn)有的通用技術(shù)。
[0019]與現(xiàn)有單作用栗比較，本發(fā)明提出的雙級雙作用液環(huán)環(huán)式真空栗，在尺寸基本相同的條件下，氣量可增加一倍，使栗的結(jié)構(gòu)更緊湊。同時，還使作用于葉輪的徑向力得以平衡，減輕了軸承的負