CN109595152A

CN109595152A - 一种大流量双管道并联三角转子泵

Info

Publication number: CN109595152A
Application number: CN201910002480.8A
Authority: CN
Inventors: 吴爱祥; 兰文涛
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2019-01-02
Filing date: 2019-01-02
Publication date: 2019-04-09

Abstract

本发明提供一种大流量双管道并联三角转子泵，属于膏体充填泵技术领域。该转子泵包括前端盖、后端盖、主轴、转子、缸体、密封片、外齿轮和内齿轮，缸体与前端盖、后端盖共同组成转子泵的工作空间，转子在该工作空间内部旋转，主轴穿过后端盖，主轴带动转子旋转，内齿轮与转子相接触，前端盖上设置密封片对转子泵的工作空间进行密封。本发明能够克服柱塞泵结构复杂、效率低、零件多、制造工艺高、成本昂贵、使用和维护要求高、流量脉动大、噪声大等缺陷，且满足膏体充填高压大流量泵送的需求，解决了大流量泵送采用大直径管道导致的安装、维护与更换等难题，结构简单、成本低、高压、能够小直径管道大流量泵送。

Description

一种大流量双管道并联三角转子泵

技术领域

本发明涉及膏体充填泵技术领域，特别是指一种大流量双管道并联三角转子泵。

背景技术

膏体充填技术在国内外得到了广泛的应用，合理的管道输送工艺是充填***经济、高效运行的关键。膏体黏度高、管流阻力大，一般情况下主要采用泵压输送工艺。由于膏体的塑性黏度和屈服应力较大，一般情况下依靠重力自流输送是比较困难的，尤其在大倍线远距离输送时，泵压输送几乎是膏体充填的唯一方法。泵压输送是膏体管道输送的主要方式，而输送泵是该工艺的关键设备，是泵送充填***的核心。泵送设备的技术参数、性能直接关系到膏体泵送充填工艺的成败。

膏体泵送的特点要求所用泵机具有高压、大流量的特点。而高压只能利用液体不可压缩的特点通过容积泵来实现。根据容积泵运动特点可将其分为往复泵和转子泵两类。而往复泵根据往复泵活塞与输送介质的接触方式又可分为活塞泵与隔膜泵两种。转子泵则分为齿轮泵、螺杆泵、滑片泵，挠性叶轮泵、罗茨泵、胶管泵、凸轮转子泵、双凸轮转子泵、旋转活塞泵等，其中齿轮泵和螺杆泵是最常见的转子泵。除此之外其他类型的泵机有离心式渣浆泵、水隔离泵等。常见的转子泵的压头较高，但流量小，适用于输送粘度高、有润滑性、但不含固体颗粒的液体，所以不适用于大流量膏体泵送。而离心泵等则由于压力太小不能满足膏体泵送工况。目前，国内外应用于膏体泵送的主要是往复式柱塞泵。

往复式柱塞泵的优点是原理简单、主要部件受压均匀、压力高、流量大，主要缺点是结构非常复杂、零件数非常多、制造工艺要求高且成本昂贵、对使用和维护要求高、流量脉动大、噪声大、每一个往复循环只有效泵送一次、柱塞与缸体为面接触阻力大，液压油对污染敏感等。同时，随着泵送能力不断增大，大流量管道输送技术是面临的又一个问题，膏体充填管道输送的工作流速在1.0m/s左右，在大流量矿山中为了保证流量导致管道直径超大，例如200mm的管道仅安装费用就超过150mm管道成本和安装费用的总和，非常不利于管道安装以及平时的维护与更换；如果采用较小的管径，为保证大流量输送又会导致流速的大幅度上升，造成管道输送的沿程阻力上升过快加速管道磨损。为此，有必要发明一种新型泵机，结合往复式柱塞泵和转子泵之高压泵送的优点，且具有大流量泵送、结构简单的特点。该技术与小直径管道并联技术相结合，克服了柱塞泵的缺点，且可以利用较小的管径实现大流量泵送。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大流量双管道并联三角转子泵。

该转子泵包括前端盖、后端盖、主轴、转子、缸体、密封片、外齿轮和内齿轮，缸体与前端盖、后端盖共同组成转子泵的工作空间，转子在该工作空间内部旋转，主轴穿过后端盖，主轴带动转子旋转，外齿轮固定在前端盖上，内齿轮固定在转子上，内齿轮和外齿轮啮合，前端盖上设置密封片对转子泵的工作空间进行密封。

其中，转子为三角形，转子将缸体内分隔为3个不同的工作室，分别完成不同的工作循环。

转子在缸体内旋转。

前端盖、后端盖与转子紧密配合，形成端面密封；缸体与转子的3个顶点相接触，完成顶点密封。

主轴将外接电机的扭矩转换为转子泵泵机的泵压。

内齿轮和外齿轮始终保持啮合，内齿轮和外齿轮齿数比为3：2。

三角转子泵缸体的理论型线为双弧长短幅圆外旋轮线，转子的理论型线为缸体型线的内包络线。

缸体内表面型线即圆外旋轮线方程如下：

其中，R为圆外旋轮线的创成半径；e为气缸中心与转子中心之间的距离，即偏心距；a为主轴转角。

三角转子的型线是气缸内壁圆外旋轮线的内包络线，其型线方程解析如下：

x＝2ecosucos 3v+Rcos 2v

y＝2esinusin 3v+Rsin 2v

其中，u和v是两个不独立的变量，其关系为：

3e sin 3v+Rsin(2v-u)＝0

转子泵的3个基本参数为转子创成半径R、转子宽度B(转子宽度即为转子厚度，转子宽度B应为偏心距e的4～5倍)以及偏心距e。这3个基本参数的确定，即可以确定大流量双管道并联三角转子泵的工作室容积：

式中φ_max为最大摆动角，e为偏心距，B为转子宽度，R为转子创成半径，α为主转轴角，V_ao为凹槽容积。

本发明大流量双管道并联三角转子泵的主机构是由一对相位内外齿轮和偏心轴所组成的行星机构，缸体理论型线为双弧长短幅圆外旋轮线，转子的理论型线为缸体型线的内包络线。外齿轮固定在泵体前端盖上，大流量双管道并联三角转子泵主轴颈穿过外齿轮并与之同心，内齿轮固定在转子上，主轴的偏心轴颈穿在转子的轴承孔内。内、外齿轮始终保持啮合，其齿数比为3：2，可将输入扭矩扩大三倍。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，能够克服柱塞泵的结构复杂、效率低、零件多、制造工艺高、成本昂贵、使用和维护要求高、流量脉动大、噪声大等缺陷，且满足膏体充填高压大流量泵送的需求，解决了大流量泵送采用大直径管道导致的安装、维护与更换等难题，实现了结构简单、成本低、高压、小直径管道大流量泵送等膏体泵送技术要求。

附图说明

图1为本发明的大流量双管道并联三角转子泵结构示意图；

图2为本发明大流量双管道并联三角转子泵的原理图；

图3为本发明大流量双管道并联三角转子泵的工作过程图，其中，a为转子角A左侧吸入料浆、右侧排出料浆，转子角B右侧吸入料浆、左侧排出料浆；b为转子角B左侧吸入料浆、右侧排出料浆，转子角C右侧吸入料浆、左侧排出料浆；c为转子角B左侧吸入料浆、右侧排出料浆，转子角A右侧吸入料浆、左侧排出料浆；d为转子角C左侧吸入料浆、右侧排出料浆，转子角B右侧吸入料浆、左侧排出料浆；

图4为本发明大流量双管道并联三角转子泵机剖面图；

图5为本发明大流量双管道并联三角转子泵机左视图；

图6为本发明大流量双管道并联三角转子泵机转子三维设计图；

图7为本发明大流量双管道并联三角转子泵机缸体三维设计图；

图8为本发明大流量双管道并联三角转子泵机主轴三维设计图；

图9为本发明大流量双管道并联三角转子泵机齿轮三维设计图；

图10为本发明转子泵三维组装效果图。

其中：1-后端盖；2-主轴；3-转子；4-缸体；5-密封片；6-内齿轮；7-前端盖；8-外齿轮；11-1号管道循环；22-2号管道循环。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种大流量双管道并联三角转子泵。

如图1、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，该转子泵包括前端盖7、后端盖1、主轴2、转子3、缸体4、密封片5、外齿轮8和内齿轮6，缸体4与前端盖7、后端盖1共同组成转子泵的工作空间，转子3在该工作空间内部旋转，主轴2穿过后端盖1，主轴2带动转子3旋转，外齿轮8固定在前端盖7上，内齿轮6固定在转子3上，内齿轮6和外齿轮8啮合，前端盖7上设置密封片5对转子泵的工作空间进行密封。

其中，转子3为三角形，转子3将缸体4内分隔为3个不同的工作室，分别完成不同的工作循环。转子3在缸体4内旋转。对于大流量双管道并联三角转子泵来说，转子同时起着往复柱塞泵当中活塞的作用。

前端盖7、后端盖1与转子3紧密配合，形成端面密封；缸体4与转子3的3个顶点相接触，完成顶点密封。对于大流量双管道并联三角转子泵来说，其端面及顶点的密封，主要通过密封片保证的，大流量双管道并联三角转子泵端面加工凹槽，以便安装密封条进行端面密封，而3个顶点则需要安装密封销及密封片。

主轴2将外接电机的扭矩转换为转子泵泵机的泵压。

内齿轮和外齿轮的作用主要是保证转子及主轴的旋转相位，其本身并不承受力的作用，但由于加工误差等方面的原因，齿轮仍会承受部分应力，因此需要具有一定的强度。内齿轮6和外齿轮8始终保持啮合，内齿轮6和外齿轮8齿数比为3：2。

在具体应用中，大流量双管道并联三角转子泵是利用外接电机为动力源，将电机的动能转化为膏体的机械能。在运动过程中三角转子顶点的运动轨迹始终与泵机内壁相重合，缸体内部空间被转子分成三个独立工作室，随着转子转动，三个工作室的容积不断的变化。输入工作时，泵体静止不动，主轴带动偏心轴颈推动转子沿泵体内表面滑动，转子一边绕自身中心自转，又一边绕泵体中心公转，从而完成了膏体进料、排料工作过程，其工作过程如图3所示。电机带动转子旋转带动工作室的容积由大变小，膏体被排出工作室1号管道循环11的出口和2号管道循环22的出口(图2)，当工作室的容积由小变大的过程中，膏体开始由1号管道循环11的进口和2号管道循环22的进口被吸入直到工作室容积最大，从而完成一个循环周期。另外其它两个工作室同时在进行工作，容积变化规律与其相同，只是存在一个时间位置差。因此电机轴转三周，三角转子自转一周，三个工作室分别完成了两次循环，大流量双管道并联三角转子泵共吸料排料各两次。当三角转子泵机单个工作室容积与往复式柱塞泵相同时，效率为其两倍。

大流量双管道并联三角转子泵的主要特点是：三角转子只做旋转运动，每一次转动都进行两次进料排料，由于没有无效往复运动，效率非常之高。在一定程度上它兼有往复柱塞泵、胶管泵、叶轮泵和罗茨泵的所有优点，而与它们相比，大流量双管道并联三角转子泵的构造是最简单的，且还有重量轻、体积小等优点。从工作过程角度来看，大流量双管道并联三角转子泵和往复式柱塞泵都属于容积泵，但它们在构造上大不相同。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种大流量双管道并联三角转子泵，其特征在于：包括前端盖(7)、后端盖(1)、主轴(2)、转子(3)、缸体(4)、密封片(5)、外齿轮(8)和内齿轮(6)，缸体(4)与前端盖(7)、后端盖(1)共同组成转子泵的工作空间，转子(3)在该工作空间内部旋转，主轴(2)穿过后端盖(1)，主轴(2)带动转子(3)旋转，外齿轮(8)固定在前端盖(7)上，内齿轮(6)固定在转子(3)上，内齿轮(6)和外齿轮(8)啮合，前端盖(7)上设置密封片(5)对转子泵的工作空间进行密封。

2.根据权利要求1所述的大流量双管道并联三角转子泵，其特征在于：所述转子(3)为三角形，转子(3)将缸体(4)内分隔为3个不同的工作室，分别完成不同的工作循环。

3.根据权利要求1所述的大流量双管道并联三角转子泵，其特征在于：所述转子(3)在缸体(4)内旋转。

4.根据权利要求2所述的大流量双管道并联三角转子泵，其特征在于：所述前端盖(7)、后端盖(1)与转子(3)紧密配合，形成端面密封；缸体(4)与转子(3)的3个顶点相接触，完成顶点密封。

5.根据权利要求1所述的大流量双管道并联三角转子泵，其特征在于：所述主轴(2)将外接电机的扭矩转换为转子泵泵机的泵压。

6.根据权利要求1所述的大流量双管道并联三角转子泵，其特征在于：所述内齿轮(6)和外齿轮(8)始终保持啮合，内齿轮(6)和外齿轮(8)齿数比为3：2。

7.根据权利要求1所述的大流量双管道并联三角转子泵，其特征在于：所述三角转子泵缸体的理论型线为双弧长短幅圆外旋轮线，转子的理论型线为缸体型线的内包络线。