高效率雙級水環真空泵的製作方法

2023-09-15 14:46:00

本實用新型涉及一種高效率雙級水環真空泵，屬於真空泵技術領域。

背景技術：

國內現有的2SK系列雙級水環真空泵是在SK系列單級泵的基礎上增加了一級葉輪，成為雙級水環泵，多與大氣噴射泵配合使用，以提高真空度，但適用範圍有限。由於各方面的原因，該類產品自上世紀80年代初至今未再進行改進設計，基本上停留在原有技術水平。

現有技術缺陷在於：

效率低、性能不穩定、安全可靠性差、結構複雜、裝配工藝難度大，耗用原材料多。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種高效率雙級水環真空泵，氣流流動更順暢，效率高，性能穩定。

本實用新型所述的高效率雙級水環真空泵，包括順次布置的前級泵和後級泵，前級泵包括前級分配盤，後級泵包括後級分配盤，前級分配盤上設有前級進氣孔和前級排氣孔，後級分配盤上設有後級進氣孔和後級排氣孔，前級排氣孔和後級進氣孔之間設有連通管；前級進氣孔和前級排氣孔比為2:1～1:1。

現有的雙級水環真空泵前級進氣孔和前級排氣孔比為3:1，經過多次研究實驗，發現，氣體進入前級腔的量大，同時排出的氣體量小，導致前級腔內氣體流動不順暢，前級腔和後級腔是連通的，導致後級腔氣體排出也不通暢，降低了雙級水環真空泵的效率，而且，性能不穩定。通過設定前級進氣孔和前級排氣孔的比值為2:1～1:1，大大提高了氣體排出的速度，前級腔內氣體流動順暢，後級腔內氣體流動也順暢，提高了所述的高效率雙級水環真空泵的效率和穩定性。

進一步優選地，前級排氣孔設有前級排氣閥片。採用前級排氣閥片取代了現有技術所用的膠球，提高了排氣調節性能。隨著進氣口與排氣口壓差的增大，達到一定的壓差下膠球受力離開圓盤的排氣孔，增大圓盤排氣孔的面積。膠球阻力大，閥片阻力小。同樣面積下膠球重量大，閥片重量小。膠球改進為閥片，減小阻力，開關靈活。

進一步優選地，前級分配盤上設有前級洩壓孔，後級分配盤上設有後級洩壓孔。增加了排氣面積，減小負載，保徵了所述的高效率雙級水環真空泵安全、穩定運行。

進一步優選地，前級泵還包括前級葉輪輪轂，前級葉輪輪轂上設有前級葉輪，前級葉輪包括前級葉片，前級葉片外端部之間設有前加強筋；後級泵還包括後級葉輪輪轂，後級葉輪輪轂上設有後級葉輪，後級葉輪包括後級葉片，後級葉片外端部之間設有後加強筋；前級葉輪輪轂為直圓錐體，後級葉輪輪轂為直圓錐體，前級葉輪輪轂和後級葉輪輪轂大端連接。前級葉輪輪轂和後級葉輪輪轂大端連接，連接更穩固。

進一步優選地，前級葉片厚度為2～7mm，後級葉片厚度為2～7mm。前級葉片之間設有前加強筋，能夠增強前級葉輪的強度，前級葉片的厚度可以適當減少；後級葉片之間設有後加強筋，能夠增強後級葉輪的強度，後級葉片的厚度可以適當減少。前級葉片和後級葉片的厚度減少，增加了從泵腔內排出的氣體介質容積，在轉速不變的情況下，增加了抽氣量，提高了泵效率，實現節能效果，並通過設置加強筋保證葉輪強度。

進一步優選地，前級葉輪和後級葉輪長度比為1.9:1～1.5:1。

進一步優選地，前級葉片數量為10～19片，後級葉片數量為10～19片。前級葉輪數量從現有技術20-22片減少到10-19片，後級葉輪的數量從現有技術20-22片減少到10-19片。經過多次實驗測試，前級葉輪片18片，後級葉輪片18片效果較好，增加了從泵腔內排出的氣體介質容積，在轉速不變的情況下，增加了抽氣量，提高了泵效率，實現節能效果。

進一步優選地，前級泵還包括前級泵體，後級泵還包括後級泵體，前級泵體和後級泵體之間設有中間壁，中間壁為一體成型。中間壁由現有技術的2塊中間壁組合設置改為完整的一塊中間壁，減少了積累誤差，縮短了泵的總體長度，整體結構更加緊湊，減少空間佔用，增加了強度和剛性，設備整體運行穩定性增強了，振動噪音降低了。

進一步優選地，中間壁上設有汽蝕保護孔。前級泵內設有前級腔，後級泵內設有後級腔，汽蝕保護孔能夠減小進入前級腔和後級腔氣體的壓力，減少前級腔和後級腔內液體沸騰，減少汽蝕現象，延長使用壽命。

進一步優選地，包括轉子結構和定子結構，定子結構包括前級分配盤和後級分配盤，前級分配盤和後級分配盤之間順次設有前級泵蓋、前級泵體，前級泵體、中間壁、後級泵體、後級泵蓋；轉子結構包括設於泵體內的前級葉輪和後級葉輪，前級葉輪和後級葉輪套裝在泵軸上，泵軸貫穿前級泵體和後級泵體設置；轉子結構和定子結構的偏心距與泵體內徑比值為2.3:39～3:39。現有技術下，偏心距和泵體內徑比值為22:399，通過減小前級葉輪和後級葉輪外徑，前級葉輪外徑從350mm減小到335mm，後級葉輪外徑從350mm減小到335mm，前級泵體胡有機泵體的內徑由399mm減小到390mm，保持前級葉輪和前級泵體靠近側的距離不便，保持後級葉輪和後級泵體靠近側的距離不便，定子結構和轉子結構的偏心距增大了3mm，減小了軸功率，增加了抽氣量。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

(1)本實用新型通過縮小前級進氣孔和前級排氣孔比值，解決了前級分配盤中前級進氣孔和前級排氣孔面積比例過大，運行中大量氣體無法及時排出，壓力驟升，導致負載過大，造成斷軸的弊端，從而提高了高效率雙級水環真空泵運行的安全可靠性；

(2)前級分配盤排氣孔設有前級排氣閥片，提高排氣調節能力，運行中氣體流動更順暢，前級腔和後級腔中氣壓更穩定，設備運行效率更好更穩定；

(3)通過設置前級洩壓孔和後級洩壓孔，增加排氣面積，減小負載，防止特殊情況下排氣不及時，保證了所述的高效率雙級水環真空泵安全、穩定運行；

(4)通過設置整體式中間壁，減少了積累誤差，縮短的所述的高效率雙級水環真空泵的總體長度，整體結構更加緊湊，降低材料消耗，減少空間佔用，增加了強度和剛性，整體設備運行穩定性增強，振動噪音降低了；

(5)通過設置直圓錐體的前級葉輪輪轂和直圓錐體的後級葉輪輪轂，前級葉輪輪轂和後級葉輪輪轂大端連接，連接狀態更穩固；

(6)前級葉片之間通過設置前加強筋，後級葉片之間通過設置後加強筋，有效增強了前級葉輪和後級葉輪的強度，前級葉片和後級葉片厚度以及數量相應縮減，增加了從泵腔內排出的氣體介質容積，在轉速不變的情況下，增加了抽氣量，提高了泵效率，實現節能效果；

(7)保持前級泵體和後級泵體內腔不變甚至縮小的情況下，增大轉子結構和定子結構的偏心距，降低了軸功率，實現了節能效果。

附圖說明

圖1是本實用新型的一實施例的結構示意圖，

圖2是前級進氣孔和前級排氣孔結構示意圖，

圖3是中間壁結構示意圖，

圖4是前級洩壓孔位置結構示意圖，

圖5是汽蝕保護孔位置結構示意圖，

圖6是前級葉輪結構示意圖，

圖7是前級進氣孔、前級排氣孔、後級進氣孔和後級排氣孔位置結構示意圖圖。

圖8是現有技術的結構示意圖。

圖中：1、後級泵蓋 2、後級分配盤 3、後級泵體 4、後級葉輪 5、中間壁 6、前級泵體 7、前級葉輪 8、泵軸 9、緊固螺栓 10、前級分配盤 11、連通管 12、前級泵蓋 13、前級葉輪輪轂 14、後級葉輪輪轂 15、前級洩壓孔 16、汽蝕保護孔 17、前級葉片 18、前加強筋 19、後級進氣孔 20、前級進氣孔 21、前級排氣孔 22、後級排氣孔 23、前級泵 24、中間壁組件 25、後級泵。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

如圖1～圖2和圖7所示，本實用新型所述的高效率雙級水環真空泵，包括順次布置的前級泵23和後級泵25，前級泵23包括前級分配盤10，後級泵25包括後級分配盤2，前級分配盤10上設有前級進氣孔20和前級排氣孔21，後級分配盤2上設有後級進氣孔19和後級排氣孔22，前級排氣孔21和後級進氣孔19之間設有連通管11；前級進氣孔20和前級排氣孔21比為2:1～1:1。前級排氣孔21設有前級排氣閥片。現有的雙級水環真空泵前級進氣孔20和前級排氣孔21比為3:1，經過多次研究實驗，發現，氣體進入前級腔的量大，同時排出的氣體量小，導致前級腔內氣體流動不順暢，前級腔和後級腔是連通的，導致後級腔氣體排出也不通暢，降低了雙級水環真空泵的效率，而且，性能不穩定。通過設定前級進氣孔20和前級排氣孔21的比值為2:1～1:1，大大提高了氣體排出的速度，前級腔內氣體流動順暢，後級腔內氣體流動也順暢，提高了所述的高效率雙級水環真空泵的效率和穩定性。

如圖4所示，前級分配盤10上設有前級洩壓孔15，後級分配盤2上設有後級洩壓孔。增加了排氣面積，減小負載，保徵了所述的高效率雙級水環真空泵安全、穩定運行。

如圖1和圖6所示，前級泵23還包括前級葉輪輪轂13，前級葉輪輪轂13上設有前級葉輪7，前級葉輪7包括前級葉片17，前級葉片17有若干，前級葉片17外端部之間設有前加強筋18；後級泵25還包括後級葉輪輪轂14，後級葉輪輪轂14上設有後級葉輪4，後級葉輪4包括後級葉片，後級葉片有若干，後級葉片外端部之間設有後加強筋；前級葉輪輪轂13為直圓錐體，後級葉輪輪轂14為直圓錐體，前級葉輪輪轂13和後級葉輪輪轂14大端連接。前級葉輪輪轂13和後級葉輪輪轂14大端連接，連接更穩固。前級葉片17厚度為2～7mm，後級葉片厚度為2～7mm。前級葉片17之間設有前加強筋18，能夠增強前級葉輪7的強度，前級葉片17的厚度可以適當減少；後級葉片之間設有後加強筋，能夠增強後級葉輪4的強度，後級葉片的厚度可以適當減少。葉片厚度減至6mm，減薄20％，前級葉片17和後級葉片的厚度減少，增加了從泵腔內排出的氣體介質容積，在轉速不變的情況下，增加了抽氣量，提高了泵效率，實現節能效果，並通過設置加強筋保證葉輪強度。前級葉輪7和後級葉輪4長度比為1.9:1～1.5:1。前級葉片17數量為10～19片，後級葉片數量為10～19片。前級葉輪7的前級葉片17的數量從現有技術20-22片減少到10-19片，後級葉輪4的後級葉片的數量從現有技術20-22片減少到10-19片。經過多次實驗測試，前級葉片17設為18片，後級葉片設為18片效果較好，增加了從泵腔內排出的氣體介質容積，在轉速不變的情況下，增加了抽氣量，提高了泵效率，實現節能效果。

如圖1和圖3所示，前級泵23還包括前級泵體6，後級泵25還包括後級泵體3，前級泵體6和後級泵體3之間設有中間壁5，中間壁5為一體成型。中間壁5由現有技術的2塊中間壁組件24設置改為完整的一塊中間壁5，減少了積累誤差，縮短了泵的總體長度，整體結構更加緊湊，減少空間佔用，增加了強度和剛性，設備整體運行穩定性增強了，振動噪音降低了。

如圖5所示，中間壁5上設有汽蝕保護孔16。前級泵23內設有前級腔，後級泵25內設有後級腔，汽蝕保護孔16能夠減小進入前級腔和後級腔氣體的壓力，減少前級腔和後級腔內液體沸騰，減少汽蝕現象，延長使用壽命。

如圖1所示，包括轉子結構和定子結構，定子結構包括前級分配盤10和後級分配盤2，前級分配盤10和後級分配盤2之間順次設有前級泵蓋12、前級泵體6、中間壁5、後級泵體3、後級泵蓋1；轉子結構包括設於前級泵體6內的前級葉輪7和設於後級泵體3內的後級葉輪4，前級葉輪7和後級葉輪4套裝在泵軸8上，泵軸8貫穿前級泵體6和後級泵體3設置；轉子結構和定子結構的偏心距與前級泵體6或後級泵體3內徑比值為2:39～3:39。偏心距為h2。

如圖1和圖8所示，現有技術下，偏心距和前級泵體6或後級泵體3內徑比值為22:399，通過減小前級葉輪7的外徑和後級葉輪4的外徑，前級葉輪7外徑從350mm減小到335mm，後級葉輪4外徑從350mm減小到335mm，前級泵體6和後級泵體3的內徑由399mm減小到390mm，保持前級葉輪7和前級泵體6靠近側的距離不便，保持後級葉輪4和後級泵體3靠近側的距離不便，定子結構和轉子結構的偏心距現有技術下為h1，改進後本實用新型中定子結構和轉子結構偏心距為h2，h2比h1增大了3mm，減小了軸功率，增加了抽氣量。所述高效率雙級水環真空泵，根據兩葉輪軸功率之比與兩葉輪直徑之比的立方成正比關係這一理論，在減小前級葉輪輪轂13直徑並相應減小前級葉片17外徑尺寸，減小後級葉輪輪轂14直徑並相應減小後級葉片外徑尺寸，保證前級葉片17之間有足夠的空間，保證後級葉片之間有足夠空間的前提下，得出了前級葉輪7和後級葉輪4外徑的最佳設計尺寸範圍。

計算公式如下：P』/P＝[D』2/D2]3

基於上式，並經實際驗證，確定了前級葉輪7外徑和前級泵體6內徑，後級葉輪4外徑和後級泵體3內徑，以及轉子結構與定子結構之間的偏心距的最佳設計參數範圍。例如，前級葉輪7和後級葉輪4外徑與背景技術相比，均減小了15mm，前級泵體6與後級泵體3的內徑只相應減小了9mm，轉子結構與定子結構之間的偏心距增大了3mm，我們通過研究發現，國外高效率水環泵偏心都比較大，原因也是出自節能考慮。因為偏心距每提高1mm，在前級泵體6和後級泵體3的內徑以及徑向間隙不變的情況下，前級葉輪7和後級葉輪4可以減小2mm，可以減小軸功率。有效降低了泵的軸功率，實現了節能效果。

所述高效率雙級水環真空泵，通過理論計算和實驗驗證，確定了前級葉輪7和後級葉輪4總長度的最佳設計參數範圍。例如，將前級葉輪7與後級葉輪4的總長度之比由背景技術的2:1更新為1.8:1，其目的是在確保泵抽氣速率不降低的前提下，適度減少前級泵23的排氣量，從而減小後級泵25吸氣-壓縮-排氣整個工作過程的負載，降低軸功率，實現節能效果。

前級葉輪7空間和後級葉輪4空間是承載水汽容積變化的腔體，轉速不變的情況下，增加單位時間內從泵腔內排出的氣體容積，即提高抽氣速率，達到提高泵效率的有益效果。

前級泵23和後級泵25通過緊固螺栓9連接。

工作過程或工作原理：

前級葉輪7被偏心地安裝在前級泵體6中，後級葉輪4被偏心地安裝在後級泵體3中，工作液，通常為水，由前級泵蓋12上的前級進水口注入前級腔，由後級泵蓋1上的後級進水口注入後級腔，前級葉輪7和後級葉輪4旋轉時，由於離心力的作用，形成一個與前級腔及後級腔形狀相同、等厚度的封閉水環，前級葉輪7和後級葉輪4旋轉一圈，前級葉片17和後級葉片的空間容積改變一次，所述的高效率雙級水環真空泵就連續不斷地抽吸氣體，完成吸氣-壓縮-排氣過程。

本實用新型是同軸串聯的雙級水環泵，設計兩級壓縮過程，其工作過程是：前級泵23的前級排氣孔21排出的氣體被後級泵25的後級進氣孔19吸入，然後經過後級泵25壓縮排出，由此降低了前級泵23的排氣壓力，從而提高了前級泵23吸入端的極限真空度。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。

本實用新型中對結構的方向以及相對位置關係的描述，如前後左右上下的描述，不構成對本實用新型的限制，僅為描述方便。