[发明专利]混流液环泵

说明书

本发明涉及液环泵，更具体地涉及有锥形孔的液环泵的孔部件的形状。

液环泵的商业性地制成两种熟知的构型。一种构型通常称为有平面的设计(flat sided design)(例如参见Siemen的美国专利1，180，613)。在有平面的泵中，引导待压缩气体流入和流出转子的孔是在平板中形成的，该平板与转子的轴向端部间具有紧密的间隙。流体流入和流出转子的方向为轴向，也就是平行于转子轴；因此有平面的泵也称为轴流孔泵。另一种构型通常称为锥形设计。在该设计中(例如参见Shearwood的美国专利3，712，764)，气体的孔以锥形结构形成，该锥形结构以紧密的运转间隙安装在转子端部内部的锥形凹槽上。通过锥形口流出转子的流体流动路径基本上是沿径向的；因此，锥形设计的泵也称为径流孔泵。

已知设计的锥形结构做成具有小的锥形角度，通常约8度或更小。也生产孔结构有圆筒形的特殊壳体。

本说明书公开一种新颖设计，其特征在于，一个孔结构，沿轴向和径向支承显著的流动分量。为了将其与现有技术区分，本公开中将它称为混流孔结构。该开发提供液环泵在成本和性能方面的若干改进，特别是极宽构造的性能，这将在下面叙述。通过首先考查现有技术构造方法的优缺点，可以最清楚地理解这些改进的意义。

两种已知设计构型具有明显不同的优缺点，这与孔的构型和其设计限制有很大的关系。例如，轴流或有平面的设计比径流锥形设计具有下述优点。

有平面的孔板比起径流锥形来潜在地是一种更易制造的结构。例如，它可以从钢板和基础扁钢(ground flat)通过相对经济的机加工工艺制造。一个锥形通常通过铸造工艺形成而通过车削工艺加工，这些在某些情况下比较费钱。

有平面的头部可能更易于铸造，因为它在被孔板盖住的侧面上是完全敞开的。径流锥形头部设计并不那样敞开，这使铸造工艺中使用的芯子的支承变得复杂。

有平面的泵的轴上的负载更近地分配在轴承上，这可以对一个等价负载形成更小直径的轴。同时，转子和静止部件之间的径向间隙不像径流锥形泵那样要求严格。从而该轴的刚度要求也不太严格。

有平面的转子用的转子机加工工艺并不包括径流锥形凹槽的操作。

轴流泵的转子叶片是沿转子轮毂的完全长度支承(增强)的，由此尽可能减小任何局部化的高应力区域。径流设计中的叶片并不良好地支承在孔被插入的区域内，这可能导致应力集中区域。

有平面的设计相对于径流锥形泵的某些缺点如下。

轴流设计的效率可能不如径流锥形泵，因为孔的速度可能更高而导致更高的入口和出口压力损失。当泵宽度相对于直径增大时，这变得越来越重要。轴流泵的孔尺寸相对固定，与泵的宽度无关。通过改变底座直径和／或锥体插入转子的长度，径流孔泵对孔速度提供更多的尺寸控制。

此外，锥形孔结构在转子下方提供强制通风，这更好地分配流体流入和流出转子。

有平面的排放流体的轴向限制了有平面的泵的水处理能力。该缺点说明如下。液环泵排放的流体性质上固有地为两相--液相和气相。两相流体的特征是，液体组分除非受外部影响如受导向叶片的影响，否则不会改变方向。因为转子内的流动方向(相对于转子)主要是径向的，除了径向叶片外没有外部影响，所以过量液体更易于留在转子内而不是排放掉。这与径流锥形设计相反，径流锥形设计中液流相对于转子的方向与排放方向相同。因此，径流锥形设计中过量液体容易排放。

结果是，比起径流锥形泵来，有平面的设计的性能受到流入气流中液体的更坏的影响。在极端情况下，这导致较早开始空穴化和／或转子损坏。同时，如与孔速度一样，当泵宽度相对于其直径增大时，与过量液体相关的问题也增多。当泵宽度增大时，轴流孔变成离问题的根源更远，这使清除过量液体的问题变复杂。

相对于径流锥形泵设计，有平面的泵的冷凝能力降低。由于较高的入口孔速度，将液体喷射引入入口气流的影响在有平面的泵中产生比在锥形泵中产生的更高的压力降。因此，冷凝入口气流中蒸气含量的重要优点在有平面的设计中减小了。由于有平面的设计不能安全处理气体／蒸气体积中尽可能多的液体馏分，该问题被加重了，因为冷凝能力直接与液体馏分成正比。

有平面的泵的性能对转子和孔板之间的轴向间隙非常敏感。因此用填隙片来控制有平面的间隙常常是不实用的。这在生产许多泵时导致性能变化很大。在制成具有例如8度的角度的径流锥形设计中，间隙调整有7比1的放大。因此可以利用填隙片调整部件的轴向位置来精确控制转子和锥形之间的严格的间隙，并能得到更均匀的性能。