¾术领域

本发明涉及一种变容泵， 特别是涉及一种螺杆泵及风力发动机驱动螺杆 泵抽水的风力抽 水系统。

螺杆泵属于转子泵的一种， 与往复泵相比具有以下优点：

( 1 )具有离心泵运转的平稳性， 无噪声 （仅听到电机声）， 出水口压力小时无漏油现象， 不需污油回收装置及水冷却等附属设备；

( 2 ) 具有容积式泵效率高的特点， 且压力变化时排量恒定 （定速）；

( 3 ) 泄漏点少、 维护量小、 维修费用低、 维修时间短。

然而螺杆泵因其落后的密封技术导致只能用于 输送高粘度的油品， 输送稀油或水的效率 比较低， 液体容易从密封圈中漏出， 且出水口的出水压力不能太高， 否则内漏增加、 影响泵 的安全使用。

作为一种价格低廉、 运行可靠、 无温室气体排放的新型风力抽水系统， 风力抽水系统的 安装量正在以每年超过 30%的速度增长。 风力抽水在世界范围得到日益广泛的应用， 已经形 成一个年产值超过五十亿美元的全球性产业。 但是用于边远地区独立用水的小型风力抽水系 统还需要克服很多技术上的难点才能得以广泛 的应用。

风力抽水系统是将风能转换为机械能、 并带动单螺杆泵运转来抽水的。 广义地说， 它是 一种以太阳为热源， 以大气为工作介质的热能利用单螺杆泵。 风力抽水利用的是自然能源， 相对柴油抽水、 电抽水要好的多。

现有的风涡轮并未直接用于抽水， 而且现有的风涡轮左翼板和右翼板横截面的形 状为凹 凸翼型。 经过长期的实践摸索， 此种形状的左翼板和右翼板对于风能的利用率 较低。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺点， 提供一种密封性能好、 输送效率高、 出水口压力大、 内 漏少、 使用安全的一种单螺杆泵。本发明的另一个目 的是提供一种风能利用率高、 结构简单、 体积小、 运行成本低的风力抽水系统。 本发明一种单螺杆泵包括螺杆和及内下密封筒 ， 螺杆配装在内下密封筒内。 所述内下密 封筒设有进水口和出水口。 所述螺杆上边依次设有与其制成一体的圆台轴 和主轴， 螺杆、 圆 台轴、 主轴构成螺杆轴， 螺杆外径大于等于圆台轴下端直径， 圆台轴下端直径大于上端直径， 圆台轴上端直径大于等于主轴直径， 内下密封筒上端设有与其通过凹槽和凸台相互 嵌合固定 的内上密封筒， 凹槽和凸台周向均布螺钉， 圆台轴与内下密封筒通过烧结石墨油封密封， 烧 结石墨油封由外圈和镶嵌在外圈内的内圈组成 ， 外圈材料为丁晴橡胶， 内圈材料为烧结石墨， 外圈下部的内侧为下密封唇， 下密封唇与圆台轴侧面可转动的密封接触， 内圈的上密封唇与 主轴圆周面可转动的密封接触， 内圈的上密封唇的内侧与外圈的下密封唇之间 有间隙， 内上 密封筒和烧结石墨油封之间固定有预紧力弹簧 。 所述预紧力弹簧套装在主轴上。

本发明一种单螺杆泵， 其中所述内下密封筒的底端密封固定有下盖。 所述螺杆底部设有 螺杆轴凸起， 螺杆轴凸起和下盖之间安装有下轴承。

本发明一种单螺杆泵， 其中还包括风涡轮、 传动部和支撑部。 所述风涡轮包括下平板、 左翼板、 中翼板、 右翼板和上平板。 所述上平板和下平板的两端分别与左翼板和右 翼板固定 连接， 中翼板固定在上、 下平板的中部， 左翼板和右翼板形状结构完全相同， 左翼板和右翼 板以中翼板的旋转轴线为中心对称布置。 所述左翼板和右翼板的横截面的形状为平凸翼 型， 左翼板和右翼板的内表面为平面。 所述通过中翼板横截面两顶点连线所作的竖直 假想平面与 左翼板内表面之间的夹角 Za为 39° — 59° ， 中翼板包括中前板和中后板， 中前板的横截面 为弓形， 中后板的横截面为弓形， 中前板和中后板的结构形状完全相同， 中前板和中后板连 成横截面为橄榄球形的空心壳体， 中翼板的内壁为内孔壁。 所述内孔壁通过传动部与螺杆轴 传动连接， 中翼板的旋转轴线和输入轴的旋转轴线均为竖 直方向， 单螺杆泵的进水口连接有 进水管， 单螺杆泵的出水口连接有出水管， 单螺杆泵和风涡轮通过支承部与地表固定。

本发明一种风力抽水系统， 其中所述单螺杆泵的出水管还与一个高架水箱 的顶部连接。 所述高架水箱通过高架与地表固定， 高架水箱位于单螺杆泵上侧。

本发明一种风力抽水系统， 其中所述高架水箱底部通过水管连接有喷水装 置。 所述喷水 装置包括喷头架和喷头， 喷头通过喷头架与地表固定。 所述水管与喷头连接， 喷水装置为多 个。 本发明一种风力抽水系统， 其中所述支承部包括外密封筒和单螺杆泵架。 所述外密封筒 顶部通过法兰与内上密封筒顶部固定， 外密封筒与内孔壁之间安装有轴承， 外密封筒底部固 定有底法兰。 所述底法兰轴线与外密封筒轴线重合， 外密封筒通过底法兰与单螺杆泵架顶部 固定连接， 单螺杆泵架与地表固定， 外密封筒的外圆周面与底法兰之间设有加强筋 。 所述加 强筋绕外密封筒的轴均匀分布 8个。 所述传动部包括上盖、 中盖和加速箱。 所述加速箱的输 入轴通过上盖与内孔壁固定连接。 所述加速箱的输入轴与加速箱内的第一齿轮固 定连接。 所 述第一齿轮与加速箱内的第二齿轮啮合。 所述第二齿轮和加速箱内的第三齿轮通过传动 轴固 定在加速箱壳体内。 所述第三齿轮与加速箱内的第四齿轮啮合。 所述第四齿轮轴线与螺杆轴 轴线重合， 第四齿轮与加速箱的输出轴同轴固定连接， 加速箱的输出轴与主轴传动连接， 加 速箱的输入输出比为 1:25， 加速箱通过加速箱支撑筒与内上密封筒上部固 定。 上盖与所述中 盖通过套筒固定成空心箱体。 所述加速箱位于空心箱体内， 中盖位于内上密封筒顶部法兰的 上侧， 中盖中部设有通孔， 通孔用来使加速箱支撑筒穿过中盖， 中盖与内孔壁固定连接， 中 盖通过轴承安装在加速箱支撑筒上。

本发明一种风力抽水系统， 其中所述通过中翼板横截面两顶点连线所作的 竖直假想平面 与左翼板内表面之间的夹角 Za为 49° 。

本发明一种风力抽水系统，其中所述中翼板横 截面两顶点之间长度 L1为左翼板前端到右 翼板前端之间距离 L2的 1/3。

本发明一种风力抽水系统， 其中所述左翼板横截面的长弧形边为圆弧。 所述圆弧的圆心 位于内孔壁的旋转轴线处。

本发明一种单螺杆泵与现有技术不同之处在于 本发明一种单螺杆泵由烧结石墨油封密 封， 烧结石墨油封的外圈为丁晴橡胶， 丁晴橡胶有优秀的耐磨性和密封性， 实现烧结石墨油 封与螺杆轴的第一重密封。 烧结石墨油封的内圈为烧结石墨材料， 烧结石墨材料能够有很低 的表面粗糙度， 又有很好的硬度。 因此烧结石墨油封的内圈与螺杆轴的可转动密 封接触， 既 起到第二重密封的作用， 又起到导向的作用。 预紧力弹簧和烧结石墨油封通过内上密封筒和 内下密封筒共同夹住， 预紧力弹簧能够从上到下压烧结石墨油封， 增加烧结石墨油封的预紧 力， 从而增加单螺杆泵出水口的压力， 达到增加单螺杆泵扬程的效果。 并且内下密封筒和内 上密封筒接触的部位采取凹凸形状相配合的梯 形凹槽和圆环凸起， 并通过螺栓加强固定。 这 样就能增加内上密封筒和内下密封筒的密封程 度， 实现单螺杆泵的第三重密封。 烧结石墨油 封上密封唇与下密封唇的之间上下方向有间隙 能够保证下密封唇有足够的弹性变形空间， 使 烧结石墨油封的密封性更强。

本发明一种单螺杆泵， 其中螺杆轴底部通过下轴承与下盖固定， 即螺杆底部通过下轴承 与下盖固定， 下盖与内下密封筒底部固定， 能够辅助加速箱的输出轴对螺杆轴进行固定， 形 成螺杆轴顶部和底部的同时固定， 增加了螺杆轴转动时的稳定性。

本发明一种风力抽水系统与现有技术不同之处 在于本发明一种风力抽水系统通过将左翼 板和右翼板的横截面的形状改为平凸翼型并且 配合摆放角度， 能够使左翼板内表面产生的空 气湍流自内表面靠近大端处向内表面靠近小端 处流动时， 湍流快速脱离内表面， 使空气湍流 与内表面之间形成低气压区， 其中内表面靠近大端部位气压最低。 随着空气湍流的发散， 左 翼板和右翼板小端附近的气流会从内表面靠近 小端处流向气压较低的内表面靠近大端处， 形 成附加的空气动力推动左翼板和右翼板， 使本发明一种风力抽水系统能够利用风能抽水 并更 加充分利用风能。 并且风能驱动单螺杆泵进行抽水， 能够大大节省运行成本。

本发明一种风力抽水系统， 其中通过高架水箱将单螺杆泵抽出来的水进行 贮存， 方便需 要时使用。

本发明一种风力抽水系统， 其中通过水管连接高架水箱和喷水装置， 能够在需要时灌溉 农田。

本发明一种单螺杆泵， 其中支承部使单螺杆泵和风涡轮固定在地表上 ， 加强筋能够使外 密封筒和单螺杆泵架更好地固定， 增加本实用一种单螺杆泵的强度和刚性。 单螺杆泵的通过 加速箱的输出轴与螺杆轴的主轴传动连接， 能够加速螺杆轴的旋转速度， 从而增加单螺杆泵 的抽水速度。 并且加速箱的输入、 输出轴同轴， 能够使单螺杆泵占用空间降低。

本发明一种风力抽水系统， 其中通过中翼板横截面两顶点连线所作的竖直 假想平面与左 翼板内表面之间的夹角 为 49° ， 能够最大限度保证本发明一种风力抽水系统的 周向力， 并且最小程度的减少本发明一种风力抽水系统 旋转时的风阻， 此角度为多年实践验证的最佳 角度。

本发明一种风力抽水系统，其中通过中翼板横 截面两顶点之间长度 L1为左翼板前端到右 翼板前端之间距离 L2的 1/3， 保证了上述大迎风口和小迎风口的尺寸差距， 使风涡轮的周向 力更大， 又尽可能减少因中翼板过大造成的中翼板在旋 转时风阻过大的问题。

本发明一种风力抽水系统， 其中通过左翼板横截面的长弧形边为圆弧， 长弧形边的圆心 位于中翼板圆心处， 左翼板与右翼板结构相同， 使左翼板和右翼板在转动过程中风阻大大减 小。

下面结合附图对本发明的单螺杆泵及使用该单 螺杆泵的风力抽水系统作进一步说明。

附图说明

图 1是本发明使用单螺杆泵的风力抽水系统的主� �图；

图 2是图 1中单螺杆泵的主视图；

图 3是图 2中 A处的局部放大图；

图 4是图 2中 B处的局部放大图；

图 5是图 2中 C处的局部放大图；

图 6是图 1中风涡轮的俯视图； 图 7是图 1中风涡轮的主视图；

图 8是图 1中风涡轮的轴测视图；

图 9是图 6中线段长度标注图；

图 10是图 1中喷水装置的示意图。 具体实施方式

如图 1〜图 10所示， 参见图 1， 本发明使用单螺杆泵的风力抽水系统， 包括单螺杆泵 2、 传动部 （参见图 3 )、 支承部 （参见图 2)、 风涡轮 3、 高架水箱 4和喷水装置 5。 风涡轮 3利 用风能驱动传动部， 传动部增大输出转速后驱动单螺杆泵 2转动， 单螺杆泵 2将地下水 01抽 入高架水箱 4， 高架水箱 4与喷水装置 5通过水管连接。 风力抽水系统通过支承部固定在地 表 1上。

如图 2和图 4所示， 单螺杆泵 2包括螺杆轴 20、 由内上密封筒 221及内下密封筒 222组 成的内密封筒和烧结石墨油封 202。

如图 4所示， 内上密封筒 221下端面设有圆环状梯形凹槽 2211， 内下密封筒 222上端面 设有轴截面为梯形的圆环凸起 2221。 梯形凹槽 2211与圆环凸起 2221的凹凸形状相配合， 并 通过周向均布的螺栓加强固定在一起， 螺杆轴 20配装在内密封筒内。

如图 2和图 4所示， 螺杆轴 20自上到下由主轴 207、 圆台轴 208、 螺杆 209三部分制成 的一体结构， 主轴 207直径小于等于圆台轴 208上端直径， 圆台轴 208上端直径小于下端直 径， 圆台轴 208下端直径小于等于螺杆 209外径， 螺杆 209设置在与其相配合的内下密封筒 222内， 内下密封筒 222底部密封固定有下盖 223， 内下密封筒 222设有进水口 291和出水口 292。

如图 2所示， 穿过支承部的进水管 91与单螺杆泵 2的进水口 291连接， 单螺杆泵 2的出 水口 292连接有出水管 92， 单螺杆泵 2的进水口 291通过进水管 91将地下水 01吸入， 进水 口 291和进水管 91之间设有开关装置， 开关装置用来开启、 关闭风力抽水系统。 单螺杆泵 2 的出水口 292通过出水管 92将吸入的地下水 01排出。

如图 5所示， 螺杆 209底部设有螺杆轴凸起 200。 螺杆轴凸起 200和下盖 223之间安装 有下轴承 204。

如图 4所示， 内下密封筒 222上部与圆台轴 208之间通过烧结石墨油封 202密封。 烧结 石墨油封 202由外圈和镶嵌在外圈内的内圈组成。 外圈材料为丁晴橡胶， 内圈材料为烧结石 墨。 外圈下部的内侧为下密封唇 2021。 下密封唇 2021与圆台轴 208侧面可转动的密封接触， 内圈的内侧为上密封唇 2022， 上密封唇 2022与主轴 207圆周面可转动的密封接触， 上密封 唇 2022的内端与外圈的下密封唇 2021之间有间隙。

如图 4所示， 用不锈钢制作的预紧力弹簧 201套装在螺杆轴 20的主轴 207上， 预紧力弹 簧 201固定在内上密封筒 221和烧结石墨油封 202之间。

如图 6〜图 8所示， 风涡轮 3包括下平板 34、 左翼板 32、 中翼板 31、 右翼板 33和上平板 35。上平板 35和下平板 34的两端分别与左翼板 32和右翼板 33固定连接， 中翼板 31固定在 上、 下平板 35 34的中部。

如图 6所示， 中翼板 31包括中前板 311和中后板 312， 中前板 311的横截面为弓形， 中 后板 312的横截面为弓形， 中前板 311和中后板 312的结构形状完全相同， 中前板 311和中 后板 312连成横截面为橄榄球形的空心壳体， 中翼板 31的内壁为内孔壁 310。 下平板 34中 部设有通孔。 通孔与内孔壁 310内径相同， 左翼板 32和右翼板 33形状结构完全相同， 左翼 板 32和右翼板 33以中翼板 31的旋转轴线为中心对称布置。左翼板 32和右翼板 33的横截面 的形状为平凸翼型， 左翼板 32和右翼板 33的内表面为平面。

如图 6所示， 通过中翼板 31横截面两顶点连线所作的竖直假想平面与左� ��板 32内表面 之间的夹角 Za为 39° ~59° ， 优选为 49°

为遵循合理的控制变量法， 现将中翼板高 2.3米、左右翼板最近距离 3.4米的由铝合金材 料制成的背景技术风力发电机的风涡轮、 为 39 ° 的新技术方案的风涡轮、 为 59 ° 的 新技术方案的风涡轮、 为 49° 的新技术方案的风涡轮安置于本发明单螺杆泵 上， 单螺杆 泵螺杆的容积为 56ml/圈， 螺杆的圈数为 10圈。 将风涡轮置于相同风速、 温度、 湿度、 气压 的条件下进行扬程为 20m的抽水效率测试。 所得发电功率数据均为测量十次后的平均值。

如图 9所示， 中翼板 31横截面两顶点之间长度 L1为左翼板 32前端到右翼板 33前端之 间距离 L2的 1/3 如图 6所示， 左翼板 32横截面的长弧形边 321为圆弧。 圆弧的圆心位于内孔壁 310轴线 处。

如图 2和图 3所示，传动部包括上盖 231、 中盖 232和加速箱 21。上盖 231与内孔壁 310 中部固定连接， 上盖 231与加速箱 21的输入轴 210通过第一法兰 212固定， 加速箱 21的输 入轴 210与加速箱 21内的第一齿轮 213固定连接。 第一齿轮 213与加速箱 21内的第二齿轮 214啮合， 第二齿轮 214和加速箱 21内的第三齿轮 215都通过传动轴 218固定在加速箱壳体 211内。 第三齿轮 215与加速箱 21内的第四齿轮 216啮合。 第四齿轮 216轴线与螺杆轴 20 轴线重合， 第四齿轮 216与加速箱 21的输出轴 217同轴固定连接。 加速箱 21的输出轴 217 与螺杆轴 20固定连接， 加速箱 21的输入输出比为 1 :25。

如图 3所示，加速箱壳体 211下端与加速箱支撑筒 233上端固定连接，加速箱支撑筒 233 下部与内上密封筒 221上部通过螺栓固定连接。 加速箱支撑筒 233套装在主轴 207上， 并用 若干个沿内上密封筒 221顶端均匀分布的螺栓锁紧。 内上密封筒 221顶端与支承部通过法兰 固定连接。

如图 3所示， 上盖 231与中盖 232通过套筒 230固定成空心箱体， 加速箱 21位于空心箱 体内， 中盖 232位于内上密封筒 221顶部法兰的上侧。 中盖 232中部设有通孔， 通孔用来使 加速箱支撑筒 233穿过中盖 232， 中盖 232与内孔壁 310固定连接， 中盖 232通过轴承安装 在加速箱支撑筒 233上。

如图 2所示， 支承部包括外密封筒 24和单螺杆泵架 11， 外密封筒 24通过单螺杆泵架 11 与地表 1固定， 外密封筒 24与内孔壁 310之间安装有轴承。

如图 2所示， 外密封筒 24底部固定有底法兰 241。 底法兰 241轴线与外密封筒 24轴线 重合， 外密封筒 24通过底法兰 241与单螺杆泵架 11顶部固定连接， 外密封筒 24的外圆周面 与底法兰 241之间设有加强筋 25。 加强筋 25绕外密封筒 24的轴线均匀分布 8个。

如图 1所示， 单螺杆泵 2的出水口 292通过出水管 92与高架水箱 4顶部连接。高架水箱 4通过高架 12与地表 1固定， 高架水箱 4位于单螺杆泵 2上侧。

如图 1和图 10所示， 高架水箱 4底部通过水管连接有喷水装置 5。 喷水装置 5包括喷头 架 52和喷头 51， 喷头 51通过喷头架 52与地表 1固定。 水管与喷头 51连接， 喷水装置 5为 多个。 安装单螺杆泵 2时， 如图 1所示， 首先， 将内下密封筒 222套装在螺杆轴 20上， 将下 盖 223上的下轴承 204套装在螺杆轴凸起 200上，调整好螺杆轴 20与内下密封筒 222的同轴 度后将下盖 223与内下密封筒 222底部固定连接。 其次， 将烧结石墨油封 202和预紧力弹簧 201依次套装在螺杆轴 20圆周面上。 最后， 将内上密封筒 221固定内下密封筒 222上， 实现 内上密封筒 221和内下密封筒 222将预紧力弹簧 201和烧结石墨油封 202压紧的作用。 在风涡轮 3的旋转过程中， 如图 6所示， 左翼板 32和右翼板 33的横截面的形状为平凸 翼型并且配合摆放角度，能够使左翼板 32内表面产生的空气湍流自内表面靠近大端处� ��内表 面靠近小端处流动时， 湍流快速脱离内表面， 使空气湍流与内表面之间形成低气压区， 其中 内表面靠近大端部位气压最低。 随着空气湍流的发散， 左翼板 32和右翼板 33小端附近的气 流会从内表面靠近小端处流向气压较低的内表 面靠近大端处， 形成附加的空气动力推动左翼 板和右翼板， 使本发明一种风力抽水系统更加充分利用风能 。

使用时， 风涡轮 3利用风能带动中翼板 31旋转， 中翼板 31通过上盖 231、 加速箱 21带 动螺杆轴 20旋转， 单螺杆泵 2将地下水 01抽送到高架水箱 4中， 高架水箱 4能够贮存风力 高峰时期单螺杆泵 2抽出的多余的地下水 01， 并且在需要的时候供人们使用或配合喷水装置 5进行灌溉。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施 方式进行描述， 并非对本发明的范围进行 限定， 在不脱离本发明设计精祌的前提下， 本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出 的 各种变形和改进， 均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内 。 工业实用性

本发明单螺杆泵及使用该单螺杆泵的风力抽水 系统对于抽水领域特别是风力抽水领域具 有重大影响。 本发明单螺杆泵及使用该单螺杆泵的风力抽水 系统使得风力抽水系统对风能利 用率高、 单螺杆泵密封性能好。 经过具体实验检验， 本发明单螺杆泵及使用该单螺杆泵的风 力抽水系统的抽水效率较背景技术相比有着显 著提高， 可以为更多用户供水。 本发明单螺杆 泵及使用该单螺杆泵的风力抽水系统具有很强 的工业实用性和可操作性， 对于充分利用大自 然的风能和水资源意义重大。