雙轉子容積泵的三維實體建模與分析

陳 歡 胡宏佳 王 浩 王凱博 徐長輝

（齊齊哈爾大學 機電工程學院，齊齊哈爾 161006）

雙轉子容積泵綜合了離心泵的流量大、注射泵的揚程高的特點，可以代替離心泵和注射泵，具有獨特的技術優勢，技術性能和指標處于世界領先地位。隨著雙轉子容積泵的不斷改進，泵的性能也不斷提高。泵的延伸系列產品將不斷地被開發研究，特別是消防泵系列，它需要大流量、高揚程、高壓力、質量輕等特性，對雙轉子容積泵的進一步開發研究具有重要的意義。

1 工作原理

如圖1所示，該設備的工作原理為：動力帶動主轉子旋轉運動，使進口區產生真空，將介質吸入，隨泵葉的轉動，將介質送往出口，繼續轉動，出口腔容積變小，產生壓力（出口高壓區）轉子將液體帶到排出口，受壓排出泵體，完成液體的輸送。

1.軸承；2.泵體；3.泵軸；4.泵葉；5.葉輪；6.泵殼；7.泵蓋

2 主要部件的設計

2.1 葉輪

葉輪又稱為工作輪或轉輪，它的作用是將動力機的機械能傳遞給被抽送的液體，使流體流經葉輪后增加能量。在選擇葉輪材料時，除考慮離心力作用下的機械強度外，人們還要考慮材料的耐磨和耐腐蝕性能。目前葉輪多用鑄鐵、鑄鋼和青銅制成。雙吸葉輪兩側吸水，葉輪蓋板對稱，雙吸離心泵用雙吸葉輪，這種泵的流量較大，能自動平衡軸向力。一正一副兩個轉子的巧妙搭配，給高效容積泵一個有力的“心臟”。

2.2 泵軸

泵軸的作用是支承并帶動葉輪旋轉，將動力機的能量傳遞給葉輪。泵軸的一端用平鍵和向螺母固定葉輪，在旋轉時，使葉輪處于擰緊狀態；在大、中型水泵中，葉輪的軸向位置采用軸套和并緊軸套的螺母來定位。泵軸的另一端裝聯軸器。

2.3 泵殼

泵殼是包容和輸送液體的外殼，它由泵蓋和蝸形體組成。泵蓋為泵的吸入室，其作用是將吸水管中的水以最小的損失均勻地引向葉輪。根據結構的不同，吸入室可分為直錐形吸入室、環形吸入室和半螺旋形吸入室。蝸形體由蝸室和擴散錐管組成。閃室的主要作用是匯集葉輪甩出的水流并借助其過水斷面的不斷增大來保持蝸室中水流速為常數，以減少水頭損失。水由蝸室排出后，經擴散錐管流入壓力管。擴散錐管的作用是降低水流的速度，把水流的部分動能轉換為壓能。

3 三維建模

本文采用三維軟件UG，以轉子半徑35mm，泵葉半徑20mm，轉子寬度70mm為例，通過三維建模對設備結構進行參數化設計。所有部件安裝在一個箱體內，經過理論計算分析，該設備的流量效果較好，能夠達到工廠連續化運行的要求。其三維建模如圖2、圖3所示。

圖3 縱向剖視圖

圖2 產品裝配圖

4 產品分析

雙轉子回轉式容積泵的結構利用的是圓周嚙合原理，其主、副轉子轉向相同，磨損小，使用壽命長。泵的主轉子有180°對稱半圓刮片，對石油化工的各種原料介質剪切力損耗少，180°的單腔體流速快，泵的轉速與流量呈線性函數關系，可適當改變轉速來改變泵的流量，其特別適用高粘稠度介質的輸送。

泵的結構決定了泵的最佳設計效率點范圍很寬，同時其無限制工作區域，無空穴、空蝕區，在不同工況下均有較高效率。在零轉以上，即有效率。軸流泵或混流泵都只能在最佳設計工況點附近才能發揮效率，脫離最佳設計工況點，效率直線下降，且有較大的限制工作區域。

在轉速的適應性上，大于零轉，容積泵即可做工，其間可自由選擇使用轉速，在一定范圍內可自由選擇流量。軸流泵或混流泵都存在理論轉速下限，且低于額定轉速時效率急劇下降，因此無法調控流量、能耗。

該泵轉數較低，自吸能力較強，所以，流動性能較差的高粘介質有充分時間和速度充滿空穴，泵內部密封面內瀉較小，泵的效率較高，可達70%。同時，其可以高壓輸送介質，對粘度較小的介質也有很好的適應性。

5 結語

結構是雙轉子容積泵的最大亮點，六個零部件的完美組合、一正一副兩個轉子的巧妙搭配，為高效容積泵提供了一個有力的“心臟”。這樣不僅簡化了泵外殼的機構結構，并還給轉動軸提供了更好的支撐。正因為有了先進的結構，高效容積泵正常工作時轉速已超過1000轉，所以具有很大的流量。因為具有獨特的結構，高效容積泵沒有反流，只要流量大和動力充足，揚程就能做到達到200～300m，甚至更高。同時，該泵體積小、造價低、重量輕，因此好運輸，易安裝。此泵的體積小是與轉速密切關系的，基本和離心泵體積一樣。該泵綜合考慮了離心泵的流量、注射泵的揚程，因此其技術和性能也具有獨特的優勢。

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