[发明专利]分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵

说明书

本发明公开了分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，属于水环式真空泵技术领域。其特征为：衬套分为多个单段衬套，单段衬套沿轴向长100‑300mm，外壁呈圆筒状，单段衬套横截面一半的内壁壁厚相同，另一半壁厚经逐渐变厚、变薄和再变厚之后，与内壁壁厚相同的一半衬套圆滑连接。分段式衬套安装于泵体中，形成泵体的异形内壁体型线；分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵包括前泵盖总成、前分配板、叶轮、分段衬套、泵体、后分配板、后泵盖总成、拉紧螺栓、气水分离器总成和供水管路等。叶片周圈分布于叶轮轮毂上，叶片设有多道环形板以保证强度；叶轮于泵体内部为偏心布置；与传统的水环真空泵相比，本发明极限负压与等温压缩效率显著提高。

技术领域

本发明属于水环式真空泵技术领域，特别涉及分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵。

背景技术

水环真空泵内部装有固定叶片且偏心布置的叶轮，叶轮通过旋转将机械能转化为水的动能形成旋转的水环，不可压缩的旋转水环与偏心布置的叶轮形成容积变化的气室，产生压力的变化达到抽吸真空的目的。由于水环真空泵因其所具有的气体等温压缩优点，作为一种输送气体的流体机械，被广泛的应用于煤矿瓦斯抽采系统中。

随着煤层开采的深度不断加深、煤层瓦斯含量增加、瓦斯抽采管网的长度不断加长以及复杂管网造成的负压损失等问题的产生，传统的单台小型水环真空泵或者并联多台小型水环真空泵抽采方式已经不能满足抽采达标需求，亟待研制能够提供大抽气量、高负压、低能耗的特大型水环真空泵。

传统的水环真空泵泵体的内壁为圆形，很难在内壁为圆形的基础上提高水环真空泵的负压。通过自由曲面变形方法和气液两相流场重构的水环真空泵泵体型线响应面优化算法，建立了水环真空泵泵体型线、叶片型线与进气口真空度之间的响应关系，找到了进气口真空度最优的复杂样条异形泵体型线。与传统的水环真空泵相比，拥有异形泵体型线的特大型水环真空泵极限负压与等温压缩效率显著提高。

发明内容

针对传统的水环真空泵泵体内壁为圆形、负压难以提高的技术难题，发明人发明了带有分段式衬套的异形内壁特大型高压水环真空泵。该分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵抽气量为800m³/min~3000m³/min。为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵，其特征在于：分段式衬套由多个单段衬套组成，以一个单段衬套为例，单段衬套沿轴向长100-300mm，外壁呈圆筒状，单段衬套横截面一半的内壁壁厚相同，另一半壁厚经逐渐变厚、变薄和再变厚之后，与内壁壁厚相同的一半衬套圆滑连接，一半壁厚逐渐变厚、变薄和再变厚的壁厚特征是根据变形方法和气液两相流场重构的水环真空泵泵体型线响应面优化算法，建立水环真空泵泵体型线、叶片型线与进气口真空度之间的响应关系，得到进气口真空度最优的复杂样条异形泵体型线。多个单段衬套同轴线依次无缝对接，相邻对接端面均布有配合对接的凸台或凹槽，构成同一轴向位置厚度相同的衬套。单段衬套端面设有3-5个配合对接的凸台或凹槽。凸台高50mm，凹槽深50mm，凸台、凹槽侧面的延长面相交于轴线，两延长面交角为7-9度，分段式衬套通过热装法装配于泵体中。

所述的衬套内壁壁厚相同的一半位于出气口一侧，衬套最薄处位于入气口一侧泵体右下方。

所述的分段式衬套异形内壁特大型高压水环真空泵包括前泵盖总成、前分配板、叶轮、分段式衬套、泵体、气水分离器总成、拉紧螺栓、后分配板、后泵盖总成、供水管路和连接件。前泵盖总成与泵体之间安装有前分配板，后泵盖总成与泵体之间安装有后分配板。叶轮和泵轴横向安装于泵体中，泵轴通过轴承和轴承座安装于前后泵盖轴承座支架上。泵体内壁安装有分段式衬套。气水分离器总成与前后泵盖连接。供水管路与前泵盖总成的放水法兰和后泵盖总成的后盖放水法兰连接。

所述的泵体内壁安装有分段式衬套，安装方法为热装法。分段式衬套有单段衬套前段、单段衬套中段和单段衬套后段三种类型，安装时将单段衬套逐个安装于泵体中，后一单段衬套的凸台嵌入前一单段衬套的凹槽中。安装完毕后，对凸出泵体的单段衬套部分通过立式车床车掉。