液环螺旋泵
阅读：258发布：2020-05-11
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液环螺旋泵
技术领域
背景技术
[0002] 上述类型的泵目前常用于船舶、航空飞机和火车上的真空排水系统。然而，由于减小的需水量和易于对废水进行操作和处理，以及就管道安装和由这样的系统给出的布局方面而言的灵活性，这样的系统还越来越多地用于陆地上。
[0003] 本申请的申请人在1987年参照欧洲专利第0 287 350号首次引入新型真空排水系统，其中通过以下类型的液环螺旋泵在该系统中产生真空，即，该泵还用来从真空槽(tank)或类似结构(泵连接至该真空槽或类似结构)中排出污水。
[0004] 该申请人还提交了欧洲专利第0 454 794号，进一步示出了真空排水系统的革命性的改进，其中液环螺旋泵设置有研磨机或碎渣机，并且与该系统的抽吸管道直接连接，由此，在污水抽吸管道中产生真空并且通过泵直接从该系统中排出污水。
[0006] 上述类型的液环螺旋泵通常包括壳体，该壳体在一个端部处具有抽吸入口部分并且在另一个端部处具有压力出口部分，并且在该壳体内，可旋转地设置有通过电动机经由轴驱动的阿基米德式螺旋件(螺旋转子)。在已知现有技术的泵和马达中，例如在上述欧洲专利第0 454 794号中所示的，转子通常设置在泵壳体的中央轴线处或靠近该中央轴线设置。
发明内容
[0007] 本发明提供了具有改进设计的液环螺旋泵，其中与现有的泵设计相比，通过优化泵壳体内的螺旋转子的位移(displacement)而使得效率增加了几个百分点(％)。
[0008] 本发明的特征在于由以下内容所限定的特征。
[0009] 一种液环螺旋泵，包括具有抽吸入口部分和压力出口部分的壳体，并且在所述壳体内，能旋转地设置有通过马达经由轴驱动的阿基米德式螺旋转子，所述抽吸入口部分和所述压力出口部分均设置有用于各自的抽吸管道和压力管道的连接装置，其中，所述螺旋转子相对于所述壳体的中央轴线的位移CD基于以下方程确定：
[0010]
[0011] 其中，Rr是螺旋转子半径，CRmin是最小螺旋转子芯半径，CD是中央位移，并且其中k是一范围。本发明的有利实施方式在以下内容中进一步限定。
[0013] 通过实例的方式并参照附图，将在下面进一步描述本发明，在附图中：
[0014] 图1示出了根据本发明的液环螺旋泵，
[0015] 图2以更大的比例示出了图1中示出的泵的截面。
[0016] 图3是示出容量曲线的图解，即相对于泵转子中央(轴线)位移，流体(液体和空气)的泵吸体积对比于(vs)泵抽吸真空。
[0017] 图4示出了具有不同的转子轴线位移的相同图解。
[0018] 图5是基于试验的柱状图，示出了基于泵转子的位移的每个步长(step)的容量改变的百分比。
具体实施方式
[0019] 如上所述，图1示出了包括壳体2的液环螺旋泵1的实例，该壳体在一个端部处具有抽吸入口部分4并且在另一个端部处具有压力出口部分3，并且在壳体2内可旋转地设置有通过马达6经由轴(未示出)驱动的阿基米德式螺旋件(也未示出)。入口部分4还包括设置有前覆盖件或盖子5的抽吸腔室，该前覆盖件或盖子利用多个螺钉和螺母8通过凸缘连接部7固定至抽吸腔室。在本实例中，包括马达的泵设置有两对腿状件或支撑件9，其中，图中示出了每对中的一个腿状件或支撑件9(另一侧的腿状件未示出)。在这方面，应该注意的是，一些已知的解决方案甚至可以具有三对或更多对腿状件，包括针对马达6的至少一对。图1中示出的解决方案的腿状件或支撑件9设置在中间环元件10上。
[0020] 具有抽吸入口部分4和压力出口部分3的壳体2通过穿过所述中间元件10的纵向设置的螺栓11而可拆卸地保持在一起。
[0021] 图2示出了图1中示出的泵的截面，包括转子壳体2、螺旋转子12和转子芯13。参考标号14表示空气囊，参考标号15表示液环16，其是在泵的运转条件下产生的。
[0022] 本发明人旨在探究螺旋转子12直径、转子芯13直径以及转子12轴线相对于转子壳体2轴线的位移CD之间的关系。
[0023] 通过理论评估和试验，发明人发现该关系可以通过由范围k(其代表泵效率最佳的区域或范围)定义的方程获得。因为k定义了一个区域，所以确定该位移的精确值是不可能的，但是可以确定一个范围，在该范围内，泵将具有其最佳的效率和容量(capacity)。
[0024] 参照图2，发明人提出了一组方程来确定螺旋转子在壳体内的位移的最佳范围：
[0025] k*CRmin＝Lseal
[0026] Rr+CRmin-Lseal＝LDmax
[0027] 为了进一步确定范围k，发明人得出了以下方程：
[0028]
[0029] 其中：
[0030] Rr是螺旋转子半径
[0031] CRmin是最小螺旋转子芯半径
[0032] CD是中央位移
[0033] Lseal是液体密封长度
[0034] LDmax是最大理论液环直径
[0035] 为了寻找范围k的下界值，利用液环螺旋泵进行了试验，其中仅完成了(done，获得了，测量了)转子相对于泵壳体的位移。所有其它的设计特征未改变。对于每次试验，转子的位移是0.2mm，并且相对于泵的抽吸侧处的真空(％，大气以下)测量了以m2/h为单位的容量。图3示出了试验的结果，并且如可以看出的，容量曲线在从13.3至13.5的中央位移处显著地改变，并且当CD大于13.4时，5％真空处的值小于10％和20％真空处的值。
[0036] 为了寻找范围k的上界值，进行了另一个试验，其中CD逐步地变化0.2mm。试验的结果描述于图4，并且如可以看出的，在曲线中存在一个“跳跃”，并由此从11.3至11.1mm，容量显著的改变。
[0037] 图5的柱状图示出了随着位移每改变0.2mm，容量改变了多少百分比。
[0038] 基于执行的试验，当增加和减少螺旋转子的CD时，可以看出，当CD大于13.3和小于11.3时，图3和图4中的曲线显著地改变。通过将这些结果应用于上述发明人提出的经验方程，可以得到以下结果：
[0039]
[0040] 当把已记下/已记录的数字代入方程中时，范围k计算如下：
[0041]
[0042] 这意味着当范围k在0.14与0.29之间时，液环螺旋泵具有其最佳的容量。
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