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旋转活塞水泵的性能优势及应用发展前景

    往复活塞水泵和离心水泵是两种综合性能优良的水泵,在电动机、内燃机这些高速原动机问世之前,往复活塞泵是水泵的主导产品,往复活塞结构作为变容积泵的基本结构,原理简单,高效高压。但随着发电技术和电动机的出现,离心泵因其结构简单,与电机配接使用方便,可以在广泛的流量和扬程范围内工作,离心泵技术迅速地得到发展。往复式活塞泵工作方式与旋转动力配接不方便,结构复杂体积大,高速运行受限制,且流量较小,因而完全被离心泵取代,离心泵继而成为水泵的主导产品,进入全盛时期已持续了一个世纪,水泵技术的研究主要成了离心泵的结构研究,成为机械设计制造的一个专门学科。往复活塞结构基本退出水泵应用领域,但其高效高压的特点一直应用在追求高性能的特殊水泵以及内燃机结构中。

    离心泵是非容积式泵,其流量随着压力的变动有大幅度的变化。效率随转速、流量、扬程变动而变化,相对容积泵,其效率较低,一些应用功能受限。离心泵特性曲线和性能参数是泵内流体运动参数的外部表现形式,泵内流体的运动状况由泵的转速和泵的几何参数所决定。离心泵的几何参数与设计参数流量Q、扬程H、转速n有关,设计参数决定几何参数,设计参数是多变元的参数,设计参数之间又是关联的,与几何参数之间是复杂的非线性关系,因而严格分析泵内流体情况是困难的。离心泵的几何参数确定之后,离心泵的性能随设计参数亦即使用条件变化而剧烈变化,使用条件偏离设计参数之后,离心泵性能指标下降较大,这主要受离心泵工作原理和结构所限。几十年来从设计到应用人们为提高离心泵性能不懈的努力,离心泵的技术不断成熟,但在很多应用领域或场合需进一步提高水泵性能。而仅从离心泵原理基础上对其结构进行改进,希望水泵性能大幅度提高,难度很大。为了提高水泵的性能,寻找到一种新原理、新结构的高性能水泵来取代离心泵显得尤其重要,冲破传统对创新思维的限制,而不一定非要把提高水泵性能的方法限定在离心泵结构上。
    旋转活塞水泵是一种新型结构的水泵,工作运行状态十分合理,采用变容积压缩原理工作,直接旋转方式驱动,相对于离心式水泵有一系列突出的性能优势,旋转活塞泵结构的复杂程度与离心泵一样,由外壳和带叶片的转子组成,转子与外壳形成连续的旋转变容积区,形成连续的扩张和压缩,实现抽水和扬水的功能。旋转活塞水泵流量连续无脉动,工作原理十分简单,理论分析与设计和往复活塞泵一样,集中了离心泵和往复活塞泵两种最优秀水泵的双重优势,其突出的性能优势具体表现为:
    1、效率高,效率为70%—95%,节能效果十分显著,尤其是中小功率的水泵,效率稳定,不随扬程变化波动。
    2、体积小,同流量旋转活塞水泵体积远小于离心泵,流量较大时体积仅为离心泵的几分之一,因而重量轻,安装使用方便。

    3、运行状态合理,工作原理简单,使水泵的设计变的很方便,很容易设计出适用于各种特殊目的的高性能水泵。
    4、设计参数与泵体几何参数关系简单,对泵体内的水流无严格要求,可根据使用要求设计泵体外型,适用于深井泵,潜水泵和其它外形特殊的水泵。
    5、结构简单,制作加工容易,价格低廉。
    6、压力大,变容积压缩泵很容易产生较高的压力,在高压条件下还能保持高效率,单级旋转活塞泵可轻松实现几十到几百米的扬程,特别适用于需要高压力的地方。
    7、具有自吸功能,给使用带来很大方便。
    8、旋转活塞水泵为恒流量泵,流量与扬程无关,流量与转速成正比,压力与扭矩成正比,转速不变时流量恒定,属计量泵。
    9、转速变化范围很大,转速从每分钟几十转到每分钟几千转都可正常工作。
    10、应用场合广泛,流量从每小时零点几立方米到每小时几万立方米,都可应用旋转活塞水泵的结构。
    11、可方便地与各种动力源配接,电力、内燃机、风力、水力、人力等。
    12、双向可逆,旋转活塞水泵可作成对称结构形式,改变旋转方向,进出水口可互易。
    13、旋转活塞水泵反过来使用,可作为水力驱动机,控制调整水压水量,可以输出功率。
    14、旋转活塞水泵外形设计灵活,进出水口可设计在一条轴线上,直接接在输水管道中,即可作为管道增压泵。
    依上所述,旋转活塞水泵的综合性能优势远远高于离心泵和其它水泵,是水泵领域一项重大的创新与突破,其中的一项或几项性能优势组合都具有很大的应用价值,所有的性能优势综合起来,可以在很多领域提高现有水泵技术性能指标。实现更新换代的目的。诸多在离心泵结构上很难解决的问题,应用旋转活塞泵结构就很容易解决,并由此派生出许多新的应用领域。
    试举应用实例说明,120电机驱动的带自吸功能的旋转活塞水泵,泵体外形Φ55×75mm,流量每小时3.5吨,扬程10米,电机可连续工作,增大电机功率扬程可增大到100米以上,自吸程大于5米。可以带动4个低压力喷灌喷头,喷头喷射半径10米,可喷灌面积1—2亩。水泵性能远高于同功率的离心泵。还可以从原理性设计方面加以论证比较,每小时1万立方米的大流量泵,泵体圆周高度为1.2米,厚度为1米,体积和重量为同等流量离心泵的几分之一,压力很容易超过100米,效率90%—95%以上,工作压力大范围变化时保持恒流量且高效的特性不变。旋转活塞水泵可制作成适于各种使用目的的高性能水泵。
    现代社会水泵的使用量很大,提高水泵性能不仅仅是为了满足少数特殊泵使用的需求,而是可以产生重大社会效益,经济效益和生态效益的事情,水泵使用量巨大,消耗的能量也十分巨大,使用量最大的中小功率离心水泵效率为40%—70%,如果使用旋转活塞水泵,把水泵效率提高百分之几到百分之几十,全社会水泵节能的经济效益将是十分可观的,一个大型提水工程消耗的电力达几十万千瓦,每天的电费消耗达几百万元,如果水泵的效率提高百分之几,其节能的经济效益将是不言而喻的。水泵性能提高后,将促使许多相关应用领域的工作得到发展,并可开拓出一些新的水泵应用领域,最具代表性的是推动国家大力推广的节水灌溉工作得到长足发展,进而带来良好的社会效益和生态效益。下面简单介绍一些旋转活塞水泵的应用及发展前景。
    一、小功率旋转活塞水泵水泵:
    小功率水泵广泛应用于民用、节水灌溉、食品加工、化工、制药等领域,离心泵作为小功率泵,效率较低,在一些应用领域甚至失去实用价值。例如人力水泵,离心泵在人力驱动条件下受转速,及泵体尺寸限制,效率低。八十年代国家组织几个省试制自行车水泵,设计定型了几种型号产品,但都因离心泵性能所限,效率,扬程,流量达不到实用的要求,未能得到推广。
    人力是最方便的动力,在很多场合需要使用人力提水,最常见的是用在水井中往上抽水的手压泵,流行于全世界,它的工作原理是往复式活塞结构。
人力方便但是非常宝贵,人力水泵要追求的第一指标就是效率。近年来北方推广集雨节灌,集雨的方法可行有效,因而得到大力推广,但截止目前方便、实用、高效的节水灌溉方法尚不配套,社会急需相关产品。集雨节灌多为自然条件较差的地方,动力配备困难,为此人们研制了各种人力泵产品用于集雨节灌的配套产品,但工作原理主要是往复活塞结构水泵,产品结构复杂、体积大,往复操作方式不方便,限制了推广。旋转活塞水泵的优越性能能满足人力泵的需求,旋转活塞人力泵扬程超过10米,自吸程大于5米,流量每小时1—3立方米,可手摇或装在自行车上使用,配合微喷带、低压力喷头、微喷头等有效灌溉手段更好地实施节水灌溉。国家每年用几十亿元的投资补助农民发展集雨节灌,发展势头强劲,效果很好,需要大量的旋转活塞人力水泵用于集雨节水灌溉。旋转活塞人力泵可以方便地把水打到屋顶的水箱或水缸储水装置中,配合方便的PVC管道材料,组成农户自备自来水,以提高生活质量,广泛运用于做饭、洗衣、砂滤净化水、太阳能热水器洗澡等各种生活用水途径。旋转活塞人力水泵还可以用于喷洒农药、洗汽车、种草植树、建筑施工、庭院养殖业等等,具有非常广泛的用途,巨大的市场潜力。
    小功率旋转活塞水泵在效率、压力、自吸功能、体积与动力配套的灵活性方面都超过了离心泵,因而可以派生出来许多新用途,国家大力推广节水灌溉,水资源的匮乏决定必须走节约用水的路,节水灌溉是节水的重头戏,但目前推广节水灌溉有许多实际困难,节水灌溉的主要方法是喷灌、滴灌、渗灌等。近年来由国外引进的先进灌溉方法,推广的难点是设备昂贵,规模较大,操作复杂,使用成本高。农村的现状即生产规模是以家庭为主的联产承包,土地规模较小,不利于使用规模较大的灌溉设备,真正要推广节水灌溉,首先要降低灌溉成本,其次要设备简单使用方便,旋转活塞水泵的使用可以有效地推动节水灌溉发展。
    最简单的节水灌溉方法是喷灌,通过加压将水均匀地喷在地里,实用的节灌方法不但要求设备简单,运行费用低,灌溉效果好,还要解决方便的动力装置,除了前面所说的人力外,可以采用电力或内燃机,但在田间少数地区可解决电源,多数地区用电不方便,内燃机价格高,配套不方便自然使用也少。而旋转活塞水泵可以借助使用广泛的农用三轮车,小排量摩托车的动力,这些动力,通常功率可以达到1—4千瓦,带动旋转活塞泵进行低压力的喷灌,每小时可喷20—100立方米的水量,可完成1—5亩地的灌溉。旋转活塞水泵转速变化范围很宽,很容易与摩托车或农用车的动力配接,控制油门改变转速,实现控制泵出水量的大小,适用于复杂多变的喷灌条件,与灌溉系统配套实现低能耗,低成本喷灌,使整个节水灌溉达到良好实用状态,建立起方便有效的节水灌溉模式,形成新的水泵需求市场。如果用电力驱动旋转活塞水泵喷灌,效果会更好。旋转活塞水泵还可以选用畜力或风力作动力,尤其适用于草原集雨灌溉防治草场退化的项目。与旋转活塞水泵配套的节水灌溉设备价格可以控制在几百元,每亩地的灌溉能耗费用能控制在1元左右,一套设备可以灌溉相当大的面积,这样可以由专门的灌溉专业户为别人提供灌溉服务,这种实用的节水灌溉设备有巨大的市场需求。小功率旋转活塞水泵由于有自吸功能,还特别适用于塑料温室的灌溉和各种特殊要求的灌溉。
    二、旋转活塞水泵在工农业方面的用途
    旋转活塞水泵最突出的性能优势是高效节能,一台泵在运行期间节能的价值,远超过泵本身的价值。在下述应用领域能显示出其优越性能。
    1)高扬程泵: 离心水泵在效率较高时单级泵扬程往往用在50米左右,追求单极泵扬程容易使效率下降,在一些需要高扬程的地方,采用多级水泵供水,向200米以上山顶提水需建多级泵站,建泵站厂房费用很高,如果使用旋转活塞水泵,只用一级就可以实现200米的扬程,在高扬程状态下还能保持高效率,也就是说可以大大降低泵站的造价,同时运行费用又低,旋转活塞泵作为高扬程水泵,应用优势是十分明显的。

    2)消防用水泵: 旋转活塞水泵是恒流量泵,又是高压泵,因而特别适用于消防水泵,旋转活塞水泵流量不随压力变化,消防队员可以通过改变消防水枪出水口面积而改变喷水压力,从而控制喷水高度及喷水的形式和效果。同时旋转活塞水泵的体积小、效能高、转速变化范围大易与消防车动力源配接等优势,也是消防水泵发展的趋势和消防行业所企盼的。
    3)深井泵: 用多级离心泵形式制成的深井泵效率较低,原因之一是深井泵为适应深井条件外径较小,转速高,而旋转活塞水泵外径大小与泵的性能关系不大,可以把泵制造成外径较小的细长形式,相同流量旋转活塞水泵体积小于离心水泵,旋转活塞水泵压力又大,用单级或两级即可实现很大的压力,同时保持较高的效率,还能运行在较低的转速条件下,这些都保证了旋转活塞结构的深井水泵的性能优势。
    4)潜水泵: 旋转活塞水泵有自吸功能,在很多使用条件下不一定要制作成潜水泵。但制作成潜水泵同样具有十分明显的性能优势,如同深井泵,旋转活塞水泵体积小,外形又可做得细长,压力大、效率高的优势是离心泵不可比的,配套潜水电机之后,外形更紧凑,使用效果更好。
    5)楼宇供水加压泵: 城市楼层越来越高,高层不能直接利用自来水供水,需要加压,加压的方式较多,用旋转活塞水泵加压,可以实现定流量楼层水箱加压,变频调速控制加压水量,便于控制压力与流量。
    6)锅炉供水泵: 旋转活塞泵是定流量泵,用于锅炉热水泵可方便地控制热水供水量,从而改善了供热效果。
    7)其它水泵: 旋转活塞水泵的综合性能优越,设计制造简单方便,可以将其设计成各种适用目的的高性能水泵,各种专用泵可单独制作,以发挥其独特性能优势,而不必用通用泵代替,这样可以根据用户使用需要来制作水泵。水泵的使用更加得心应手,应用的领域更加广泛。
    三、大型旋转活塞水泵
    大型泵的使用场合主要是大型提水工程,大型自来水厂的水泵。工程设备投资巨大,运行费用很高,如果能将这些泵的效率提高一些,那么每天的节能费用将是相当可观的,这些水泵作为专用水泵第一个追求的技术指标是效率,水泵在流量较大时往往效率较高,通常每小时上万立米流量的水泵,效率可超过85%.国外先进的水泵机组,效率可超过90%。这些水泵严格按照流量,扬程,转速,设计参数来使用,效率较一般水泵高出很多,如进一步提高效率则难度很大,但旋转活塞水泵的大流量水泵效率可超过95%。还有进一步提高效率的潜力,旋转活塞水泵在大流量时除效率高外,还较离心水泵有更多的优势,如压力高,扬程很容易达到一百多米,且保持高效率,体积较之离心泵小很多,仅为同流量离心泵的几分之一,重量轻,给设备安装运行,维护带来了极大的方便,且设备的造价也远远低于离心泵的价格。在大型水泵使用领域,旋转活塞水泵的应用前景也同样十分广阔。
    四、特殊功能的旋转活塞泵:
    旋转活塞水泵在结构上有独特的品质,据此可以形成一系列特殊使用目的的泵,如:
    1)双向泵 旋转活塞水泵改变轴旋转方向,进出水口可逆向使用。
    2)管道泵 旋转活塞水泵可作为管道增压泵直接接在管道中间,配合辅助设备,受管道内压力控制,压力较高时,不需要增压,水直接流过,管道内压力较小时,旋转活塞管道水泵自动开启增压。
    3)输油泵,输气泵, 旋转活塞泵作为变容积压力泵压力高、流量大,很适合做输油泵和输气泵,同时不存在抗锈、润滑问题。在油气输送这一巨大领域旋转活塞泵也可一显身手。
    五、旋转活塞泵的其它功能:
    旋转活塞泵的结构性能优势还可用于其它一些使用目的如:
    1、真空泵 ;
    2、空压机 ;
    3、冰箱、空调压缩机;
    4、液压泵 ;
    5、液压马达等。
    六、旋转活塞结构亦可作为内燃发动机的结构,其结构在很多方面比往复式活塞结构内燃机优越。
    旋转活塞水泵优越的性能和广泛的用途作为新技术推广具有深远的发展前景,旋转活塞水泵属于新原理源头技术,是水泵技术的一种创新与突破,涉及各种水泵的应用领域,使水泵性能和功能跃上了一个台阶。旋转活塞水泵集中了往复活塞水泵和离心水泵两种最优秀水泵的优点,其结构为变容积压缩泵,效率高,压力大,具自吸功能,又直接采用旋转的方式驱动,并且有超越两者的地方,如转速变化范围大,体积小等,具有广泛的市场需求。市场需求分两个层面。第一个层面是对现用水泵的替代,旋转活塞水泵优越性能势必在很多应用领域取代离心泵,这将形成很大的应用规模。另一个层面是随着水泵性能和功能的提高,开拓出中小功率泵应用新领域,如前面介绍的小规模节水灌溉中的巨大应用市场。
    水泵行业是传统的机械行业,离心水泵制造技术和性能已日趋完善,水泵市场日趋饱和,水泵市场的竞争对生产厂家冲击越来越厉害,在兰州一家水泵厂门前,有几十家经销全国各地水泵产品的商店。这一方面说明水泵市场的巨大,另一方面说明水泵市场的竞争日趋激烈,很多厂家都生产相同规模和性能的水泵,随着更多的乡镇企业陆续进入水泵制造业,几乎白热化的竞争迫使许多生产常规水泵的企业陷入困境。这些企业的根本出路在于水泵的性能和功能的创新,以全新优质产品取代传统产品,以技术革命开拓出新的应用市场,而旋转活塞水泵技术就是首选的创新技术,旋转活塞水泵巨大的市场前景将会给首先涉足这一新技术、新成果的企业带来发展的优势和机遇。旋转活塞水泵简单的原理和结构,使水泵产品设计、生产变得简单易行,可使水泵企业毋需更改设备就能转型生产本行业具有代表性前瞻性的高性能水泵。水泵的研究将主要变为材料及加工工艺的研究,从而引发出一个新的研究方向。
    旋转活塞水泵结构在国内查新,属国内首创,已获国家专利。但目前没有形成产品,需要尽快把这一先进的新技术转化为产品,适应市场需求。首先需要让更多的人知道和了解旋转活塞水泵,进而认可它的先进性和应用发展前景,通过生产企业将其转化为产品。认可旋转活塞水泵先进性需要进行原理可行性分析和实际效果鉴定。旋转活塞水泵工作原理十分简单、合理,可以就其原理的合理性、先进性在理论上进行分析论证。很多技术性能优势直接在理论上就可以得到论证,在对原理先进性认可的基础上,可以方便地设计制作出旋转活塞水泵样品,检测其性能指标,达到检验旋转活塞水泵技术性能指标的目的。

    旋转活塞水泵大幅度的提高了水泵性能指标,又简化了设计制造过程,是一项具有双重优势的创新技术。我们发明旋转活塞水泵原理之后,对其结构进行了多年研究,设计了许多种不同使用目的的旋转活塞水泵结构,并制作了一部分样品,验证了旋转活塞水泵的优越性能。我们还掌握着数量巨大的直接市场需求,仅集雨节灌一项社会对旋转活塞水泵的需求就超过亿元之多。受试验和制造条件的限制,我们需要和生产企业合作进行旋转活塞水泵产品的开发和生产。旋转活塞水泵优越的性能,广泛的应用前景,巨大的市场需求,具有实力的企业确认这三点并不费力。只要确认了旋转活塞水泵的优势,将其转化为相关产品就很容易了,企业可通过自身技术和设备优势得心应手地开发、生产各类先进的水泵产品。当今世界高新技术作为企业发展的动力,我们希望慧眼识宝的有识之士能够认识到旋转活塞水泵技术巨大发展前景,以最小的努力,最小的风险,最小的投入抓住这一机遇,作一篇大有作为的文章。我们愿以诚实、科学的态度与合作者配合做好每一项工作。旋转活塞水泵如同透出地平线的曙光,充满着发展的希望,我们期望与相关的研究机构和生产企业的合作,共同开发生产旋转活塞水泵产品,旋转活塞水泵的开发、生产、推广将带来巨大的社会效益,经济效益和生态效益,必将为研究和生产机构带来丰厚回报和发展机遇。

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