高溫鋁液輸送泵的製作方法

2023-06-14 10:55:51

本實用新型屬於容積式螺轉子泵製造技術領域，特別是涉及一種高溫鋁液輸送泵。

背景技術：

目前，隨著機械、灌溉、化工、石油、核工業和航天等諸多領域的不斷發展，需要輸送高溫、含顆粒性介質、腐蝕性介質和高揚程小流量泵的場合越來越多，與齒輪泵、螺轉子泵和其它容積泵相比(揚程和流量相同)，這種新型泵要具有結構簡單、小流量、高揚程、比轉速低、效率高，能實現氣、液混輸等優點。現有技術中的齒輪泵、螺轉子泵和其它容積泵由於其結構限制，無法滿足高溫、高壓、易燃、易爆、腐蝕和含顆粒介質的工況使用要求。

技術實現要素：

本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種高溫鋁液輸送泵。

本高溫鋁液輸送泵的轉子和定子通過特殊材質的設計，能輸送介質為1000℃左右高溫的鋁液實現小流量下獲得高揚程。螺旋槽型的設計可防止氣吞和氣蝕的發生，由於其工作原理建立在紊流理論基礎上，故被輸送介質不受粘度限制，可實現液固、液氣混輸，進而拓寬了輸送泵的使用空間。轉子和定子均為高速均勻的旋轉體，運轉穩定，振動、噪音小，轉子和定子不相接觸，故可以輸送含顆粒的介質。

本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是：

高溫鋁液輸送泵，包括泵殼、軸承箱、轉子、定子、軸承和防塵蓋，其特徵在於：所述泵殼採用DSA-1.5特種化工陶瓷，在泵殼內裝有採用DSA-1.5等靜壓特種石墨材料製作的轉子和定子，所述定子一端連接隨轉軸同步轉動的多頭外螺紋杆；所述定子與轉子之間留有微小間隙，在轉子和定子的圓柱面上分別制有形狀相同且旋向相反的螺紋，在泵殼一端固裝有帶進口法蘭的軸承箱，泵體另一端固裝有帶出口法蘭的軸承箱，所述軸承箱內裝有採用DSA-1.5特種化工陶瓷製作且帶防塵蓋的球軸承，在定子的一端上開有U形槽，所述U形槽內安裝有用於密封介質和隔離高、低壓腔的O型圈。

本實用新型還可以採用如下技術方案：

所述螺紋的螺旋槽為梯形螺旋槽。

所述螺旋槽的有效長度為200-400mm，螺旋槽的槽深為1.5-4.5mm，所述齒形角為20°-40°，所述螺稜寬為0.15-0.6mm。

所述定子與轉子之間的間隙為0.1-0.5mm。

所述軸承箱和防塵蓋均採用DSA-1.5特種化工陶瓷製作。

本實用新型具有的優點和積極效果是：由於本實用新型採用上述技術方案，即高溫鋁液輸送泵螺旋體的轉子由動力帶動旋轉時，轉子和定子配合間隙產生強烈的湍流剪切流動，湍流剪切力作用於轉子、定子螺紋，分別形成了轉子、定子壓力面和吸力面。流體在轉子壓力面的作用下獲得壓力和速度，作複雜的三維流動。轉子壓力面周圍流體產生強烈的離心運動，由轉子進入定子，受定子螺紋壁阻滯，部分動能轉變成壓力能。同時，在定子壓力面和轉子吸力面壓差作用下，定子的螺旋槽部分流體徑向流迴轉子的螺旋槽，在轉子中再次獲得動量和能量。螺旋槽作為輸送介質的作功組件，其槽型、槽深、間隙和螺旋槽的有效長度等參數設計至關重要。梯形螺旋槽有利於將液體束縛在槽內而在螺紋推動下獲得較大的壓能，液體在螺旋腔中周向流動時，易在螺紋背面形成旋渦，產生負壓，負壓高到一定值時會產生汽蝕，因此流體沿轉子、定子表面周向流動截面是漸變的。為達到小流量、高揚程的要求，螺旋槽深採用3.8mm；同時為了減少阻力損失和泵的結構、裝配、轉速、加工精度等因素出發考慮，轉子與定子之間的間隙採用0.2mm。綜合介質的動力粘度、間隙等參數，將螺旋槽的有效長度選為300mm，即螺旋槽的有效長度加大，則介質在螺旋腔內有較長的增壓過程，使得液體總壓升高，揚程增加。本高溫鋁液輸送泵螺能實現小流量下獲得高揚程，且運轉穩定，振動、噪音小，避免了氣吞和氣蝕的發生，因此可以輸送高溫、高壓、易燃、易爆、腐蝕和含顆粒的介質。

此外，本高溫鋁液輸送泵無需進、排液閥、密封和安全閥等零部件，使其結構簡單，維修方便，造價低；流量、揚程穩定，無脈動現象，尤其適用於精密生產工藝過程流；可以實現液固、液氣混輸，拓寬了使用空間；高溫鋁液輸送泵轉子部件為高速均勻的旋轉體，運轉穩定，振動、噪音均很小。泵殼轉子和定子不相接觸，故可輸送含顆粒的介質且被輸送介質不受粘度的限制。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是本實用新型的轉子與定子裝配結構示意圖。

圖中：1、泵殼；2、定子；3、轉子；4、墊片；5、前軸承箱；6、前蓋；7、鍵；8、後軸承箱；9、後蓋；10、深溝球軸承；11、支撐墊圈；12、軸用擋圈；13、O型圈；14、螺釘。

具體實施方式

為能進一步了解本實用新型的實用新型內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下：

請參閱圖1-圖3，高溫鋁液輸送泵，包括泵殼1、軸承箱、轉子3、定子2、軸承和防塵蓋，所述泵殼採用DSA-1.5特種化工陶瓷，在泵殼內裝有採用DSA-1.5等靜壓特種石墨材料製作的轉子和定子，所述定子一端連接隨轉軸同步轉動的多頭外螺紋杆。所述定子與轉子之間留有微小間隙，在轉子和定子的圓柱面上分別制有形狀相同且旋向相反的螺紋，在泵殼一端固裝有帶進口法蘭的前軸承箱5，泵體另一端固裝有帶出口法蘭的後軸承箱8。所述前軸承箱和後軸承箱內分別裝有採用DSA-1.5特種化工陶瓷製作且帶防塵蓋的深溝球軸承10、墊片4、支撐墊圈11和軸用擋圈12，所述前軸承箱外側通過螺釘14固裝有前蓋6，所述後軸承箱外側通過螺釘14固裝有後蓋9。在定子的一端上開有U形槽，所述U形槽內安裝有用於密封介質和隔離高、低壓腔的O型圈13。

本實施例中，所述泵殼1、深溝球軸承10、軸承箱、防塵蓋和緊固件螺釘14均採用DSA-1.5特種化工陶瓷製作，能實現液固、液氣混輸，並能輸送1000℃左右的高溫介質。機械強度和熱力學仿真分析計算得出：抗壓強度12000-15000kg/cm2,抗拉強度1410-2000kg/cm2,抗彎強度2100-2500kg/cm2,硬度HRC＞90，彈性模量＞3.94×106kg/cm2，吸水率＜0.05％，氣孔率＜0.5％，抗衝強度7-8.6kg/cm2,熱膨脹係數＜0.15(10-6/℃)，熱傳導300-400(千卡/米.小時.℃)。

氧化物含量要求：SiO2＝0.32％-0.82％,Al2O2＝98.66％-99.1％,Fe2O3＝0.07％-0.11％,CaO＝0.36％-0.42％,MgO＝0.04％-0.08％,Cr2O3＝1.86％-2.43％,Si3M4＝98.3％-99.5％。

本實施例中，所述轉子和定子採用DSA-1.5等靜壓特種石墨材料製作，其機械強度和熱力學試驗分析計算參數要求：純度(C)≥99.9999％，抗壓強度≥250MPa，電阻率＜7μΩ.m，顆粒結構＜1μm，抗折強度＞130MPa，肖氏硬度87-90，彈性模量22-30MPa，洛氏硬度43-45HRC，氣孔率＜10％。熱膨脹係數＜1.6(10-6/℃)，熱導率138-154W/(m.k)。主要元素含量要求：C＝93.85％-96.29％，O＝3.14％-4.08％，S＝0.26％-0.67％，Fe＝0.31％-1.4％。通過上述分析計算，螺旋體的材質選用新型DSA-1.5熱等靜壓特種石墨，滿足上述強度要求和耐高溫、耐磨、耐腐蝕性等特點，並能在1000℃下長期使用。

本實施例中，為了防止氣吞和氣蝕的發生，應該考慮到由輸送介質的粘性和流態對螺旋槽形狀的要求，所述螺紋的螺旋槽為梯形螺旋槽。由於介質在粘性力的作用下，始終束縛在螺旋槽中，並在螺紋推動過程中獲得反輸壓力，若介質的粘性小，則液體相互間的動壓效應小，液體在離心力的作用下，輕易地被甩到螺旋套上，螺紋無法對其繼續做功,從而影響了泵送效果。從螺旋槽的截面形狀出發，梯形有利於將液體束縛在槽內而在螺紋推動下獲得較大的壓能。液體在螺旋腔中周向流動時，易在螺紋背面形成旋渦，產生負壓，負壓高到一定值時會產生汽蝕，因此流體沿杆、螺旋套表面周向流動截面是漸變的，經上述分析，螺旋槽選用梯型螺紋。

本實施例中，所述螺旋槽的槽深為1.5-4.5mm，螺旋轉子(杆)旋轉所產生的粘性剪切力應帶動流體介質在槽內形成周向運動，由流動的收斂性產生壓力的增加，槽深的取值將影響液膜所產生的動壓效應，槽深h越小動壓效應越強，泵送能力增大，相應的揚程也就越高。另外，所輸送介質的粘度、螺旋轉子轉速對h的取值也有要求。為達到小流量、高揚程，所述螺旋槽的槽深優選為3.8mm。

本實施例中，所述螺旋槽的有效長度取200mm-400mm，螺旋槽的有效長度與揚程有直接關係，螺旋槽的有效長度加大，則介質在螺旋腔內有較長的增壓過程，使得液體總壓升高，揚程增加。綜合介質的動力粘度、間隙等參數，所述螺旋槽的有效長度優選為300mm。

本實施例中，所述齒形角為20°-40°，增大齒形角θ僅能使流量有不大的增加，但會影響泵的效率；對於輸送水或低粘度液體時，θ通常取小值；隨著輸送液體的粘度增高，為增加液體在槽中的流動性，θ角增大。由於泵的過流斷面面積與在螺旋轉子、螺旋定子上面所車的螺紋頭數z、螺旋升角以及螺紋形狀的幾何參數有關，於是可以在滿足螺旋轉子(杆)強度要求的前提下，在直徑不同的圓柱側面上車達到過流面積要求的螺紋。因此螺旋轉子齒頂圓半徑R3的選取要兼顧強度和過流面積的需求。確定齒頂圓半徑R3後，螺旋轉子齒根圓半徑R1、節圓半徑R2可根據螺紋集合關係可求得。當螺旋升角螺紋對液體的輸送能力較低；而螺旋升角時，揚程係數達到最大，並且基本不再隨螺旋升角增大而變化。此時，泵H-Q曲線相對平緩，泵的效率較高，因此，螺旋升角取10°-25°。

本實施例中，為獲得足夠的強度，螺稜寬a應適當放大取值。螺稜寬a與螺槽寬b之和為常數時，螺稜寬a與螺槽寬b的比值增大，H-Q曲線平緩，揚程降低。這是由於螺紋對過寬螺槽中流體束縛減小，同時螺紋槽中流體動壓效應相對減弱；若螺稜寬a與螺槽寬b的比值減小，螺旋腔內單位體積流體與各壁面接觸面增大，磨損加劇，泵效率降低。因此在滿足強度條件下，螺稜寬a取值為0.15-0.6mm。

本實施例中，所述定子與轉子之間的間隙為0.1-0.5mm，轉子和定子之間的間隙過大會導致螺旋槽中的動壓交換劇烈，從而使泵送能力下降，揚程降低。同時為了減少阻力損失和泵的結構、裝配、轉速、加工精度等因素出發考慮，所述定子與轉子之間的間隙優選為0.2mm。

本實用新型的工作原理為：

泵工作時，介質由泵殼周向的進口處打入，在轉子和定子的相互作用下不斷被沿軸向推向前進，介質流過轉子和定子上的螺紋，形成旋渦，方向與液體流出的方向相反。在通過轉子與定子間隙的名義分界面上產生摩擦力，液體中產生的摩擦力就在轉子和定子表面產生了壓力和摩擦力形成軸向反壓，轉子和定子對液體的總軸向推力就形成了螺旋體的泵送壓力。並在輸送過程中經多頭螺紋推進作用而使壓力逐漸升高建立起壓頭，最後經泵殼的出口打出，完成介質的輸送過程。

本實用新型附圖中描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。