双三角形转子泵

　王映辉

　　 摘要：如今的水泵原理是几百年以来一直沿用下来的，结构大同小异，是它们很完美吗？答案相反，人们在水力机械“泵”上面常常遇到了困难重重的问题，其根本原因就是能力严重不足，破解泵的能力只要做到流量和压力同时提升就行，能力越大作用越大。

　　 关键词： 能力； 同时提升： 流量比： 压力比： 功率比。

1  引言

从图上看双三角形转子泵和罗茨泵差不多，其实差别很大，罗茨泵的两个转子一样大，双三角转子泵是一大一小，玄机就在这一大一小上面，两个转子一样大在轴上的受力分配极不合理，两根轴同样粗，主轴却要承担两倍于副轴的负荷，副转子越大齿轮承受的负荷就越大，更严重的问题是两个转子在大小均等的情况下具有共振，所以罗茨泵的噪音都非常大，由此极度地限制了它转速的提高。而双三角形转子泵由于副转子缩小了，承受负荷减轻，传动齿轮不仅可以做的更薄，更重要的是它彻底解决了共振问题，使得这种泵的转速可以大幅提高，引发了功效的变化，它同离心泵相比在功率相同的情况下体积要小几倍甚至于十几倍，它能做很多用途的泵，还特别适合做渣浆泵，渣浆泵的使用寿命一直是一个世界性难题，而这种泵对此会得到有效突破，除此以外在泵的方面它会有很多突破，由于它体积的大幅度缩小，能使泵的功率极限，流量极限将跨入到新的里程碑。

2　名词的意义

功率比、流量比、压力比这些词是指做功机械相对于体积而言，与容积效率、阻力系数、水力损失、摩擦、发热等无关。之前尚未有过详细描述，常常有人称作“单位体积”的多少或是“能量密度”，虽然这样说简单易懂，可是表达的意思还是过于笼统。自然界有一种现象，蚂蚁能举起比自身体积大20倍的重物，跳蚤能跳超出自己身长100倍的高度，不能不说它们的能力比要超过大象几十倍甚至于100倍，能力比自然就是功率比，包括流量比、压力比也是与它自身体积的关系。它们是做功机械中用以比对或可以参照的一个指标。

有了指标才便于表示，分辨、区别、衡量、比较、评价能力大小的诸多是是非非，当然这些指标只能是一个抽象的基础，也无需精确数据，在泵的方面要算是轴流泵的流量比最大，但是它的压力比却很低，柱塞泵的流量比很低，压力比却很高。

如果把柱塞泵的流量比定为1，轴流泵的流量比至少要达到3.5以上，如果把轴流泵的压力比定为1，柱塞泵的压力比至少在7000以上，两者之间的功率比相差超过一百多倍，能力也就相差一百多倍。

以产品350ZLB7.3^[1]轴流泵为例，它的流量是1130m³/h，压力0.711kg/cm²轴功率26.84kw体积0.35m³。

以产品A7V225^[2]柱塞泵为例，它的流量是24.3m³/h，压力400kg/cm²，轴功率236kw，体积0.027m³

（轴流泵的）流量比：1130÷0.35=3228

            压力比：0.711÷0.35=2.03

            功率比：26.84÷0.35=76.7

（柱塞泵的）流量比：24.3÷0.027=900

            压力比：400÷0.027=14815

            功率比：236÷0.027=8740

两者之间的流量比相差3.6倍，压力比相差7298倍，功率比相差113.9倍。

由以上数据能够清楚的看到，水泵能力之所以薄弱，原因在于压力差距太大，最大和最小相差7000多倍，因此它的能力无从发挥。

在水力机械中使用量最大的是离心泵，离心泵的3项指标是介于上述两种泵之间，比较折中，因此用途十分广泛，离心泵与柱塞泵相比压力相差仍然很大，所以它的能力还是薄弱。

3  正比效应

流体机械不能像起重机械、铲土机械那样，做的越大能力越大，由于线速和转动惯量的关系，转子越大它的转速越低，当体积加大到一定程度，流量就再也提不高了，所以它有一个流量极限，流量比越大极限数越大，从历史记载了解：^[3]

（轴流泵的流量极限是）200000m³/h

（离心泵的流量极限是）3000m³/h

（柱塞泵的流量极限是）100m³/h

可见上述3种泵流量极限最大与最小竟然相差2000倍。泵的功率大小是由流量和压力这两个参数决定的，流量是功效的前提，压力是功率的支撑，缺一不可，两者齐升才会相得益彰，产生正比效应，0×10＝0，1×10＝10，而10×10＝100。

功率计算公式：

N＝QP/s

公式中表明了功率、流量、压力和时间的关系，上述谈到不同泵的压力差别，流量极限的差别，不是几倍几十倍的差别而是几百倍几千倍差别，这就非同小可，假如一种泵具有或者接近轴流泵的流量比又同时具有柱塞泵或接近柱塞泵压力比，两者都在大级别比值的情况下，显然正比效应必将使泵能力发生颠覆性的变化。

4  能力与作用

人类社会发展到今天形形色色的科学技术都发生了翻天覆地的变化，唯独水力机械“泵”几百年以来仍然大同小异，因此在很多情况下，在大自然面前人们常常显得束手无策、万般无赖。

（1）大规模的输水问题，南水北调的东线要求总抽水能力要达到10200m³/s，^[4]扬程65m，目前能达到 1100m³/s，单机流量15～40m3/s不等，最大达到40m³/s，也就是144000m³/h，这种大流量只有轴流泵可以做到，按平均单机28m³/s计算，现有的1100m³/s就需要30路泵站，每一路需要30级泵站阶梯式安装，一共要900多台泵的泵站群，每一路30台泵，其中任意一台泵有故障，30台泵都不能使用，900多台泵维修工作量是何等的巨大？上述900台还不包括全部抽水量，全部建成需要10000多台泵，人类付出的代价是否太大了。

（2）石油抽吸，一直以来都是用柱塞泵，长长的拉杆达几百米几千米，几十吨重，因此配重也非常庞大，称为磕头机，磕头机的抽油效率只有30％，因为它要背负巨大配重一起运转。陆地上用磕头机，海上则不行，不能背负那么大的配重，因此海油泵一直是在研发过程中，当今使用最多的也是相对较成功的是双螺杆泵，^[5]双螺杆泵能达到的流量还远远不够，况且体积大，抗杂质能力太差。

（3）大型空压机，通常的空压机都是容积式，以活塞式居多。石油化工合成氨需要达到的流量只能使用离心式压缩机，离心式压缩机由多级构成，体积很大，驱动它的动力转速要达到13000 r/min^[6]以上，一般都是用蒸汽机作为动力。如今天然气的输送，也是用这种压缩机，而且用量巨大，过去都是从国外进口，由于价格昂贵，现在我国已经能够自行研制生产这种离心式空压机，然而它的动力要求是一个避不开的麻烦。

由于泵能力太弱，功率比不够，迄今为止人们要常常在困难重重当中去面对许许多多的事情，上面我只是举了三个例子

5  三角泵

双三角形转子泵以下简称（三角泵），这种泵转子的状态确实同罗茨泵相似，然而罗茨泵尤其是两叶罗茨泵叶齿交叉量过大，以至于它的流量比已经超过了轴流泵，流量比高本来是好事，可是它产生了六个不利因素，一是不能承受高压力，叶齿部分占位过大，使芯轴变得很细。二是两个转子同样大，对于共轭齿轮和两根轴要承受更大的负荷。三是两个转子大小均等会产生共振。四是噪音太大。五是共振阻碍了转速提高。六是无法解决密封问题。因为这六个不利因素，所以罗茨泵大多都是用于鼓风机、真空泵或低转速的浓浆泵、砂浆泵。

三角泵属于容积泵，产生高压力容积泵具有先天优势，压力能达到的程度完全取决于密封效果和结构承载能力，该泵把转子做成三角形，缩小了两个转子的交叉量，降低交叉量就是降低了轴的负荷，加上转子做成一大一小，正好主转子大，给主轴的加粗腾出了空间，有利于受力状态的分配趋于合理，所以它的结构承载能力大大提高。三角泵的叶齿交叉量缩小了，虽然会降低一定流量比，然而剩下的叶齿交叉量能达到的流量比也不可小视，根据现有的三角泵经测试，它的流量与体积的比值已经达到了11574，超过了轴流泵3228流量比的3.5倍，这个数值已经大到难以让人相信，只能说史无前例。

该三角泵是本人找地方加工出来的，当时是为了做一种移动式消防泵，目前使用的移动消防泵都是离心式，它有两个弱点，一是压力不够二是效率偏低，它的扬程最高50m，效率也是50％，本人设计的三角泵扬程是按100m，效率按70％设计的，但是在测试中扬程基本达到了100m，可是效率最高才达到45.94％，算是失败了，由于心情不好，视频都没有留下，后来拆开看了后才知道在设计上犯了一个错误，有一个隔离板太薄，承受不了高压力而变形，引起内漏严重。该泵尺寸为0.12m×0.12m×0.15m＝0.00216m³，测试的数据在表中都能见到，本来设计流量是25m³/h，在表中看到最大流量才达到21.91m³/h，因为转子较粗糙，加上径向密封采取的方法不好，有几处需要再改进。如果把内密封搞好了，它的流量不仅表现会更出色，效率也会更高。根据三角泵的结构特征和密封方式要使它达到柱塞泵的压力是不可能的，本人认为它与滑片泵的特征非常接近，滑片泵最高可以达到250kg/cm²的压力，而三角泵本人认为最高可以达到200kg/cm²的压力，如果压力可以达到这个程度，根据推算它的功率比就是63000，比柱塞泵的8740还要高7倍，比轴流泵的76.7要高出800多倍，在相同功率的情况下三角泵的体积要比离心泵小几倍甚至于几十倍，就是这个原因。因为它的流量比超过轴流泵3倍多，压力接近柱塞泵。则压力比超过柱塞泵达6倍多，双双大比值的缘故。

6  结束语

俗话说，没有金刚钻不揽瓷器活，三角泵可算金刚钻了。当然现在还尚未证明它完全成功。我认为成功只是一个时间问题。上述举例大规模输水的问题，要用900台轴流泵去完成的抽水量，三角泵10多台就能做到，10000多台轴流泵要完成的抽水量200台就够了。海油泵、大型空压机要解决的问题也不用去伤那么多脑筋了，涉及泵方面的难题远远不止上述的三个例子，当然还有其它领域，这里就不再一一举例了。破解泵能力其根本就是提高功率比，如果说蚂蚁、跳蚤、大象它们的能力比是相差几十倍上百倍，而泵的功率比最大和最小要相差800多倍，就非常意外了，有了这种泵的出现岂不无比强悍，让水力机械“泵”如同其它科学一样，进入飞速发展的快车道，创造出一个又一个想不到的奇迹，使我们的世界发生翻天覆地的变化，并且预示着又一大国重器的崛起，我期待这一天的到来，也相信这一天一定会到来。

参考文献   本人另有三角泵的试运行视频，有心了解请联系：13765141306，QQ2055957942

[1]  淘宝网，轴流泵；

[2]  徐 灏，邱宣怀，蔡春源，汪 恺，余 俊，机械设计手册，第5卷，1995.12第1版37-160页；

[3]  范德明，孙之郛，陈 伟，工业泵选用手册，北京化学工业出版社1998.4第1版第1页；

[4]  互联网，南水北调东线；

[5]  李松山，曹  锋，邢子文.海底油气多相混输泵的研究与应用[J]流体机械,2011,39(3)40-44．

[6]  陈 弘，泵和压缩机，中国石油大学出版社，2007.3第2版118页