双转子容积泵的三维实体建模与分析

陈 欢 胡宏佳 王 浩 王凯博 徐长辉

（齐齐哈尔大学 机电工程学院，齐齐哈尔 161006）

双转子容积泵综合了离心泵的流量大、注射泵的扬程高的特点，可以代替离心泵和注射泵，具有独特的技术优势，技术性能和指标处于世界领先地位。随着双转子容积泵的不断改进，泵的性能也不断提高。泵的延伸系列产品将不断地被开发研究，特别是消防泵系列，它需要大流量、高扬程、高压力、质量轻等特性，对双转子容积泵的进一步开发研究具有重要的意义。

1 工作原理

如图1所示，该设备的工作原理为：动力带动主转子旋转运动，使进口区产生真空，将介质吸入，随泵叶的转动，将介质送往出口，继续转动，出口腔容积变小，产生压力（出口高压区）转子将液体带到排出口，受压排出泵体，完成液体的输送。

1.轴承；2.泵体；3.泵轴；4.泵叶；5.叶轮；6.泵壳；7.泵盖

2 主要部件的设计

2.1 叶轮

叶轮又称为工作轮或转轮，它的作用是将动力机的机械能传递给被抽送的液体，使流体流经叶轮后增加能量。在选择叶轮材料时，除考虑离心力作用下的机械强度外，人们还要考虑材料的耐磨和耐腐蚀性能。目前叶轮多用铸铁、铸钢和青铜制成。双吸叶轮两侧吸水，叶轮盖板对称，双吸离心泵用双吸叶轮，这种泵的流量较大，能自动平衡轴向力。一正一副两个转子的巧妙搭配，给高效容积泵一个有力的“心脏”。

2.2 泵轴

泵轴的作用是支承并带动叶轮旋转，将动力机的能量传递给叶轮。泵轴的一端用平键和向螺母固定叶轮，在旋转时，使叶轮处于拧紧状态；在大、中型水泵中，叶轮的轴向位置采用轴套和并紧轴套的螺母来定位。泵轴的另一端装联轴器。

2.3 泵壳

泵壳是包容和输送液体的外壳，它由泵盖和蜗形体组成。泵盖为泵的吸入室，其作用是将吸水管中的水以最小的损失均匀地引向叶轮。根据结构的不同，吸入室可分为直锥形吸入室、环形吸入室和半螺旋形吸入室。蜗形体由蜗室和扩散锥管组成。闪室的主要作用是汇集叶轮甩出的水流并借助其过水断面的不断增大来保持蜗室中水流速为常数，以减少水头损失。水由蜗室排出后，经扩散锥管流入压力管。扩散锥管的作用是降低水流的速度，把水流的部分动能转换为压能。

3 三维建模

本文采用三维软件UG，以转子半径35mm，泵叶半径20mm，转子宽度70mm为例，通过三维建模对设备结构进行参数化设计。所有部件安装在一个箱体内，经过理论计算分析，该设备的流量效果较好，能够达到工厂连续化运行的要求。其三维建模如图2、图3所示。

图3 纵向剖视图

图2 产品装配图

4 产品分析

双转子回转式容积泵的结构利用的是圆周啮合原理，其主、副转子转向相同，磨损小，使用寿命长。泵的主转子有180°对称半圆刮片，对石油化工的各种原料介质剪切力损耗少，180°的单腔体流速快，泵的转速与流量呈线性函数关系，可适当改变转速来改变泵的流量，其特别适用高粘稠度介质的输送。

泵的结构决定了泵的最佳设计效率点范围很宽，同时其无限制工作区域，无空穴、空蚀区，在不同工况下均有较高效率。在零转以上，即有效率。轴流泵或混流泵都只能在最佳设计工况点附近才能发挥效率，脱离最佳设计工况点，效率直线下降，且有较大的限制工作区域。

在转速的适应性上，大于零转，容积泵即可做工，其间可自由选择使用转速，在一定范围内可自由选择流量。轴流泵或混流泵都存在理论转速下限，且低于额定转速时效率急剧下降，因此无法调控流量、能耗。

该泵转数较低，自吸能力较强，所以，流动性能较差的高粘介质有充分时间和速度充满空穴，泵内部密封面内泻较小，泵的效率较高，可达70%。同时，其可以高压输送介质，对粘度较小的介质也有很好的适应性。

5 结语

结构是双转子容积泵的最大亮点，六个零部件的完美组合、一正一副两个转子的巧妙搭配，为高效容积泵提供了一个有力的“心脏”。这样不仅简化了泵外壳的机构结构，并还给转动轴提供了更好的支撑。正因为有了先进的结构，高效容积泵正常工作时转速已超过1000转，所以具有很大的流量。因为具有独特的结构，高效容积泵没有反流，只要流量大和动力充足，扬程就能做到达到200～300m，甚至更高。同时，该泵体积小、造价低、重量轻，因此好运输，易安装。此泵的体积小是与转速密切关系的，基本和离心泵体积一样。该泵综合考虑了离心泵的流量、注射泵的扬程，因此其技术和性能也具有独特的优势。

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