单螺杆泵及使用该单螺杆泵的风力抽水系统 |
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| 申请号 | CN201480039710.3 | 申请日 | 2014-05-16 | 公开(公告)号 | CN105408631B | 公开(公告)日 | 2017-10-13 |
| 申请人 | 广州华力新能源发展有限公司; | 发明人 | 何嘉庆; 李成波; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种变容 泵 ，特别是涉及一种 螺杆泵 及 风 力 发动机 驱动螺杆泵抽 水 的 风力 抽水系统。其目的是为了提供一种 密封性 能好、输送效率高、出水口压力大、内漏少、使用安全的一种单螺杆泵及一种 风能 利用率高、结构简单、体积小、运行成本低的风力抽水系统。本发明一种单螺杆泵及风力抽水系统其中包括螺杆和与其相配合的内下密封筒，圆台轴与内下密封筒通过 烧结 石墨 油封密封，烧结石墨油封的 外圈 材料为丁晴 橡胶 ，烧结石墨油封的 内圈 材料为烧结石墨，下 密封唇 与圆台轴的侧面可转动的密封 接触 ，烧结石墨油封的内圈的内侧与 主轴 的圆周面可转动的密封接触。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种单螺杆泵，包括螺杆(209)和内下密封筒(222)，螺杆(209)配装在内下密封筒(222)内，所述内下密封筒(222)设有进水口(291)和出水口(292)，其特征在于：所述螺杆(209)上边依次设有与其制成一体的圆台轴(208)和主轴(207)，螺杆(209)、圆台轴(208)、主轴(207)构成螺杆轴(20)，螺杆(209)外径大于等于圆台轴(208)下端直径，圆台轴(208)下端直径大于上端直径，圆台轴(208)上端直径大于等于主轴(207)直径，所述内下密封筒(222)上端设有内上密封筒(221)，所述内上密封筒(221)下端面设有圆环状梯形凹槽(2211)，所述内下密封筒(222)上端面设有轴截面为梯形的圆环凸起(2221)，梯形凹槽(2211)与圆环凸起(2221)的凹凸形状相配合，内上密封筒(221)、内下密封筒(222)通过周向均布的螺栓加强固定在一起形成内密封筒，所述螺杆轴(20)配装在所述内密封筒内，圆台轴(208)与内下密封筒(222)通过烧结石墨油封(202)密封，烧结石墨油封(202)由外圈和镶嵌在外圈内的内圈组成，外圈材料为丁晴橡胶，内圈材料为烧结石墨，外圈下部的内侧为下密封唇(2021)，下密封唇(2021)与圆台轴(208)侧面可转动的密封接触，内圈的上密封唇(2022)与主轴(207)圆周面可转动的密封接触，内圈的上密封唇(2022)的内侧与外圈的下密封唇(2021)之间有间隙， |
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| 说明书全文 | 单螺杆泵及使用该单螺杆泵的风力抽水系统技术领域背景技术[0007] 作为一种价格低廉、运行可靠、无温室气体排放的新型风力抽水系统，风力抽水系统的安装量正在以每年超过30％的速度增长。风力抽水在世界范围内得到日益广泛的应用，已经形成一个年产值超过五十亿美元的全球性产业。但是，用于边远地区独立用水的小型风力抽水系统还需要克服很多技术上的难点才能广泛应用。 发明内容[0010] 本发明的目的是克服上述缺点，提供一种密封性能好、输送效率高、出水口压力大、内漏少、使用安全的单螺杆泵。本发明的另一个目的是提供一种风能利用率高、结构简单、体积小、运行成本低的风力抽水系统。 [0011] 本发明一种单螺杆泵包括螺杆和内下密封筒，螺杆配装在内下密封筒内。所述内下密封筒设有进水口和出水口。所述螺杆上边依次设有与其制成一体的圆台轴和主轴，螺杆、圆台轴、主轴构成螺杆轴，螺杆外径大于等于圆台轴下端直径，圆台轴下端直径大于上端直径，圆台轴上端直径大于等于主轴直径，内下密封筒上端设有与其通过凹槽和凸台相互嵌合固定的内上密封筒，凹槽和凸台周向均布螺钉，圆台轴与内下密封筒通过烧结石墨油封密封，烧结石墨油封由外圈和镶嵌在外圈内的内圈组成，外圈材料为丁晴橡胶，内圈材料为烧结石墨，外圈下部的内侧为下密封唇，下密封唇与圆台轴侧面可转动的密封接触，内圈的上密封唇与主轴圆周面可转动的密封接触，内圈的上密封唇的内侧与外圈的下密封唇之间有间隙，内上密封筒和烧结石墨油封之间固定有预紧力弹簧。所述预紧力弹簧套装在主轴上。 [0013] 本发明一种单螺杆泵，其中还包括风涡轮、传动部和支承部。所述风涡轮包括下平板、左翼板、中翼板、右翼板和上平板。所述上平板和下平板的两端分别与左翼板和右翼板固定连接，中翼板固定在上、下平板的中部，左翼板和右翼板形状结构完全相同，左翼板和右翼板以中翼板的旋转轴线为中心对称布置。所述左翼板和右翼板的横截面的形状为平凸翼型，左翼板和右翼板的内表面为平面。所述通过中翼板横截面两顶点连线所作的竖直假想平面与左翼板内表面之间的夹角∠a为39°—59°，中翼板包括中前板和中后板，中前板的横截面为弓形，中后板的横截面为弓形，中前板和中后板的结构形状完全相同，中前板和中后板连成横截面为橄榄球形的空心壳体，中翼板的内壁为内孔壁。所述内孔壁通过传动部与螺杆轴传动连接，所述传动部包括加速箱，中翼板的旋转轴线和加速箱的输入轴的旋转轴线均为竖直方向，单螺杆泵的进水口连接有进水管，单螺杆泵的出水口连接有出水管，单螺杆泵和风涡轮通过支承部与地表固定。 [0014] 本发明一种风力抽水系统，其中所述单螺杆泵的出水管还与一个高架水箱的顶部连接。所述高架水箱通过高架与地表固定，高架水箱位于单螺杆泵上侧。 [0016] 本发明一种风力抽水系统，其中所述支承部包括外密封筒和单螺杆泵架。所述外密封筒顶部通过法兰与内上密封筒顶部固定，外密封筒与内孔壁之间安装有轴承，外密封筒底部固定有底法兰。所述底法兰轴线与外密封筒轴线重合，外密封筒通过底法兰与单螺杆泵架顶部固定连接，单螺杆泵架与地表固定，外密封筒的外圆周面与底法兰之间设有加强筋。所述加强筋绕外密封筒的轴均匀分布8个。所述传动部包括上盖、中盖。所述加速箱的输入轴通过上盖与内孔壁固定连接。所述加速箱的输入轴与加速箱内的第一齿轮固定连接。所述第一齿轮与加速箱内的第二齿轮啮合。所述第二齿轮和加速箱内的第三齿轮通过传动轴固定在加速箱壳体内。所述第三齿轮与加速箱内的第四齿轮啮合。所述第四齿轮轴线与螺杆轴轴线重合，第四齿轮与加速箱的输出轴同轴固定连接，加速箱的输出轴与主轴传动连接，加速箱的输入输出比为1:25，加速箱通过加速箱支撑筒与内上密封筒上部固定。上盖与所述中盖通过套筒固定成空心箱体。所述加速箱位于空心箱体内，中盖位于内上密封筒顶部法兰的上侧，中盖中部设有通孔，通孔用来使加速箱支撑筒穿过中盖，中盖与内孔壁固定连接，中盖通过轴承安装在加速箱支撑筒上。 [0017] 本发明一种风力抽水系统，其中所述通过中翼板横截面两顶点连线所作的竖直假想平面与左翼板内表面之间的夹角∠a为49°。 [0018] 本发明一种风力抽水系统，其中所述中翼板横截面两顶点之间长度L1为左翼板前端到右翼板前端之间距离L2的1/3。 [0019] 本发明一种风力抽水系统，其中所述左翼板横截面的长弧形边为圆弧。所述圆弧的圆心位于内孔壁的旋转轴线处。 [0020] 本发明一种单螺杆泵与现有技术不同之处在于本发明一种单螺杆泵由烧结石墨油封密封，烧结石墨油封的外圈为丁晴橡胶，丁晴橡胶有优秀的耐磨性和密封性，实现烧结石墨油封与螺杆轴的第一重密封。烧结石墨油封的内圈为烧结石墨材料，烧结石墨材料能够有很低的表面粗糙度，又有很好的硬度。因此烧结石墨油封的内圈与螺杆轴的可转动密封接触，既起到第二重密封的作用，又起到导向的作用。预紧力弹簧和烧结石墨油封通过内上密封筒和内下密封筒共同夹住，预紧力弹簧能够从上到下压烧结石墨油封，增加烧结石墨油封的预紧力，从而增加单螺杆泵出水口的压力，达到增加单螺杆泵扬程的效果。并且内下密封筒和内上密封筒接触的部位采取凹凸形状相配合的梯形凹槽和圆环凸起，并通过螺栓加强固定。这样就能增加内上密封筒和内下密封筒的密封程度，实现单螺杆泵的第三重密封。烧结石墨油封上密封唇与下密封唇的之间上下方向有间隙能够保证下密封唇有足够的弹性变形空间，使烧结石墨油封的密封性更强。 [0021] 本发明一种单螺杆泵，其中螺杆轴底部通过下轴承与下盖固定，即螺杆底部通过下轴承与下盖固定，下盖与内下密封筒底部固定，能够辅助加速箱的输出轴对螺杆轴进行固定，形成螺杆轴顶部和底部的同时固定，增加了螺杆轴转动时的稳定性。 [0022] 本发明一种风力抽水系统与现有技术不同之处在于本发明一种风力抽水系统通过将左翼板和右翼板的横截面的形状改为平凸翼型并且配合摆放角度，能够使左翼板内表面产生的空气湍流自内表面靠近大端处向内表面靠近小端处流动时，湍流快速脱离内表面，使空气湍流与内表面之间形成低气压区，其中内表面靠近大端部位气压最低。随着空气湍流的发散，左翼板和右翼板小端附近的气流会从内表面靠近小端处流向气压较低的内表面靠近大端处，形成附加的空气动力推动左翼板和右翼板，使本发明一种风力抽水系统能够利用风能抽水并更加充分利用风能。并且风能驱动单螺杆泵进行抽水，能够大大节省运行成本。 [0023] 本发明一种风力抽水系统，其中通过高架水箱将单螺杆泵抽出来的水进行贮存，方便需要时使用。 [0024] 本发明一种风力抽水系统，其中通过水管连接高架水箱和喷水装置，能够在需要时灌溉农田。 [0025] 本发明一种单螺杆泵，其中支承部使单螺杆泵和风涡轮固定在地表上，加强筋能够使外密封筒和单螺杆泵架更好地固定，增加本实用一种单螺杆泵的强度和刚性。单螺杆泵的通过加速箱的输出轴与螺杆轴的主轴传动连接，能够加速螺杆轴的旋转速度，从而增加单螺杆泵的抽水速度。并且加速箱的输入、输出轴同轴，能够使单螺杆泵占用空间降低。 [0026] 本发明一种风力抽水系统，其中通过中翼板横截面两顶点连线所作的竖直假想平面与左翼板内表面之间的夹角∠a为49°，能够最大限度保证本发明一种风力抽水系统的周向力，并且最小程度的减少本发明一种风力抽水系统旋转时的风阻，此角度为多年实践验证的最佳角度。 [0027] 本发明一种风力抽水系统，其中通过中翼板横截面两顶点之间长度L1为左翼板前端到右翼板前端之间距离L2的1/3，保证了上述大迎风口和小迎风口的尺寸差距，使风涡轮的周向力更大，又尽可能减少因中翼板过大造成的中翼板在旋转时风阻过大的问题。 [0028] 本发明一种风力抽水系统，其中通过左翼板横截面的长弧形边为圆弧，长弧形边的圆心位于中翼板圆心处，左翼板与右翼板结构相同，使左翼板和右翼板在转动过程中风阻大大减小。 附图说明[0030] 图1是本发明使用单螺杆泵的风力抽水系统的主视图； [0031] 图2是图1中单螺杆泵的主视图； [0032] 图3是图2中A处的局部放大图； [0033] 图4是图2中B处的局部放大图； [0034] 图5是图2中C处的局部放大图； [0035] 图6是图1中风涡轮的俯视图； [0036] 图7是图1中风涡轮的主视图； [0037] 图8是图1中风涡轮的轴测视图； [0038] 图9是图6中线段长度标注图； [0039] 图10是图1中喷水装置的示意图。 具体实施方式[0040] 如图1～图10所示，参见图1，本发明使用单螺杆泵的风力抽水系统，包括单螺杆泵2、传动部(参见图3)、支承部(参见图2)、风涡轮3、高架水箱4和喷水装置5。风涡轮3利用风能驱动传动部，传动部增大输出转速后驱动单螺杆泵2转动，单螺杆泵2将地下水01抽入高架水箱4，高架水箱4与喷水装置5通过水管连接。风力抽水系统通过支承部固定在地表1上。 [0041] 如图2和图4所示，单螺杆泵2包括螺杆轴20、由内上密封筒221及内下密封筒222组成的内密封筒和烧结石墨油封202。 [0042] 如图4所示，内上密封筒221下端面设有圆环状梯形凹槽2211，内下密封筒222上端面设有轴截面为梯形的圆环凸起2221。梯形凹槽2211与圆环凸起2221的凹凸形状相配合，并通过周向均布的螺栓加强固定在一起，螺杆轴20配装在内密封筒内。 [0043] 如图2和图4所示，螺杆轴20自上到下由主轴207、圆台轴208、螺杆209三部分制成的一体结构，主轴207直径小于等于圆台轴208上端直径，圆台轴208上端直径小于下端直径，圆台轴208下端直径小于等于螺杆209外径，螺杆209设置在与其相配合的内下密封筒222内，内下密封筒222底部密封固定有下盖223，内下密封筒222设有进水口291和出水口 292。 [0044] 如图2所示，穿过支承部的进水管91与单螺杆泵2的进水口291连接，单螺杆泵2的出水口292连接有出水管92，单螺杆泵2的进水口291通过进水管91将地下水01吸入，进水口291和进水管91之间设有开关装置，开关装置用来开启、关闭风力抽水系统。单螺杆泵2的出水口292通过出水管92将吸入的地下水01排出。 [0045] 如图5所示，螺杆209底部设有螺杆轴凸起200。螺杆轴凸起200和下盖223之间安装有下轴承204。 [0046] 如图4所示，内下密封筒222上部与圆台轴208之间通过烧结石墨油封202密封。烧结石墨油封202由外圈和镶嵌在外圈内的内圈组成。外圈材料为丁晴橡胶，内圈材料为烧结石墨。外圈下部的内侧为下密封唇2021。下密封唇2021与圆台轴208侧面可转动的密封接触，内圈的内侧为上密封唇2022，上密封唇2022与主轴207圆周面可转动的密封接触，上密封唇2022的内端与外圈的下密封唇2021之间有间隙。 [0048] 如图6～图8所示，风涡轮3包括下平板34、左翼板32、中翼板31、右翼板33和上平板35。上平板35和下平板34的两端分别与左翼板32和右翼板33固定连接，中翼板31固定在上、下平板35、34的中部。 [0049] 如图6所示，中翼板31包括中前板311和中后板312，中前板311的横截面为弓形，中后板312的横截面为弓形，中前板311和中后板312的结构形状完全相同，中前板311和中后板312连成横截面为橄榄球形的空心壳体，中翼板31的内壁为内孔壁310。下平板34中部设有通孔。通孔与内孔壁310内径相同，左翼板32和右翼板33形状结构完全相同，左翼板32和右翼板33以中翼板31的旋转轴线为中心对称布置。左翼板32和右翼板33的横截面的形状为平凸翼型，左翼板32和右翼板33的内表面为平面。 [0050] 如图6所示，通过中翼板31横截面两顶点连线所作的竖直假想平面与左翼板32内表面之间的夹角∠a为39°～59°，优选为49°。 [0051] 为遵循合理的控制变量法，现将中翼板高2.3米、左右翼板最近距离3.4米的由铝合金材料制成的背景技术风力发电机的风涡轮、∠a为39°的新技术方案的风涡轮、∠a为59°的新技术方案的风涡轮、∠a为49°的新技术方案的风涡轮安置于本发明单螺杆泵上，单螺杆泵螺杆的容积为56ml/圈，螺杆的圈数为10圈。将风涡轮置于相同风速、温度、湿度、气压的条件下进行扬程为20m的抽水效率测试。所得发电功率数据均为测量十次后的平均值。 [0052] [0053] [0054] 如图9所示，中翼板31横截面两顶点之间长度L1为左翼板32前端到右翼板33前端之间距离L2的1/3。 [0055] 如图6所示，左翼板32横截面的长弧形边321为圆弧。圆弧的圆心位于内孔壁310轴线处。 [0056] 如图2和图3所示，传动部包括上盖231、中盖232和加速箱21。上盖231与内孔壁310中部固定连接，上盖231与加速箱21的输入轴210通过第一法兰212固定，加速箱21的输入轴210与加速箱21内的第一齿轮213固定连接。第一齿轮213与加速箱21内的第二齿轮214啮合，第二齿轮214和加速箱21内的第三齿轮215都通过传动轴218固定在加速箱壳体211内。 第三齿轮215与加速箱21内的第四齿轮216啮合。第四齿轮216轴线与螺杆轴20轴线重合，第四齿轮216与加速箱21的输出轴217同轴固定连接。加速箱21的输出轴217与螺杆轴20固定连接，加速箱21的输入输出比为1:25。 [0057] 如图3所示，加速箱壳体211下端与加速箱支撑筒233上端固定连接，加速箱支撑筒233下部与内上密封筒221上部通过螺栓固定连接。加速箱支撑筒233套装在主轴207上，并用若干个沿内上密封筒221顶端均匀分布的螺栓锁紧。内上密封筒221顶端与支承部通过法兰固定连接。 [0058] 如图3所示，上盖231与中盖232通过套筒230固定成空心箱体，加速箱21位于空心箱体内，中盖232位于内上密封筒221顶部法兰的上侧。中盖232中部设有通孔，通孔用来使加速箱支撑筒233穿过中盖232，中盖232与内孔壁310固定连接，中盖232通过轴承安装在加速箱支撑筒233上。 [0059] 如图2所示，支承部包括外密封筒24和单螺杆泵架11，外密封筒24通过单螺杆泵架11与地表1固定，外密封筒24与内孔壁310之间安装有轴承。 [0060] 如图2所示，外密封筒24底部固定有底法兰241。底法兰241轴线与外密封筒24轴线重合，外密封筒24通过底法兰241与单螺杆泵架11顶部固定连接，外密封筒24的外圆周面与底法兰241之间设有加强筋25。加强筋25绕外密封筒24的轴线均匀分布8个。 [0061] 如图1所示，单螺杆泵2的出水口292通过出水管92与高架水箱4顶部连接。高架水箱4通过高架12与地表1固定，高架水箱4位于单螺杆泵2上侧。 [0062] 如图1和图10所示，高架水箱4底部通过水管连接有喷水装置5。喷水装置5包括喷头架52和喷头51，喷头51通过喷头架52与地表1固定。水管与喷头51连接，喷水装置5为多个。安装单螺杆泵2时，如图1所示，首先，将内下密封筒222套装在螺杆轴20上，将下盖223上的下轴承204套装在螺杆轴凸起200上，调整好螺杆轴20与内下密封筒222的同轴度后将下盖223与内下密封筒222底部固定连接。其次，将烧结石墨油封202和预紧力弹簧201依次套装在螺杆轴20圆周面上。最后，将内上密封筒221固定内下密封筒222上，实现内上密封筒221和内下密封筒222将预紧力弹簧201和烧结石墨油封202压紧的作用。 [0063] 在风涡轮3的旋转过程中，如图6所示，左翼板32和右翼板33的横截面的形状为平凸翼型并且配合摆放角度，能够使左翼板32内表面产生的空气湍流自内表面靠近大端处向内表面靠近小端处流动时，湍流快速脱离内表面，使空气湍流与内表面之间形成低气压区，其中内表面靠近大端部位气压最低。随着空气湍流的发散，左翼板32和右翼板33小端附近的气流会从内表面靠近小端处流向气压较低的内表面靠近大端处，形成附加的空气动力推动左翼板和右翼板，使本发明一种风力抽水系统更加充分利用风能。 [0064] 使用时，风涡轮3利用风能带动中翼板31旋转，中翼板31通过上盖231、加速箱21带动螺杆轴20旋转，单螺杆泵2将地下水01抽送到高架水箱4中，高架水箱4能够贮存风力高峰时期单螺杆泵2抽出的多余的地下水01，并且在需要的时候供人们使用或配合喷水装置5进行灌溉。 |
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