CN104791284A - 一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置，其主要由轴承、机械密封、叶轮、前泵腔、泵体密封环、切割防堵结构、叶轮密封环、叶轮密封环固定螺钉、吸入口、泵体、泵体上方形凹槽等组成。叶轮密封为一种具有螺旋形式的切割防堵结构，其旋转方向与叶轮旋转方向一致。切割防堵结构与泵体形成铣刀切割面，当大纤维、颗粒在压力差的作用下从前泵腔向叶轮进口流动时，流经该配合面处被该铣刀切割面切碎，使纤维等杂质被切碎后在进入污水泵叶轮内，并从污水泵输出至排污管道。本发明的有益结果是：解决了污水泵口环处颗粒堵塞和纤维缠绕问题，实现纤维或者颗粒在口环内直接被多次切割和粉碎，保证了污水泵稳定可靠运行，彻底消除了叶轮口环卡死导致烧毁电机的现象。

Description

一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置

技术领域

本发明涉及一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置，属于流体机械技术领域，尤其适用于离心泵输送污水污物介质。

背景技术

对于一般离心泵来说，叶轮密封口环和泵体密封面是一对间隙配合的零部件。口环的作用是在叶轮与泵体间形成狭窄、曲折的通道，来增加介质的流动阻力，达到减少介质泄漏的目的。叶轮高速旋转而泵体固定不动，所以叶轮口环和泵体间为间隙配合。随着我国环保事业不断发展，泵的应用领域越来越广，在市政、生活污水等的排放中都需要可输送含有固体颗粒悬浮物或纤维状悬浮物液体的污水无堵塞泵。目前无堵塞叶片结构主要有单流道、双流道、旋流泵和螺旋离心泵等结构，这些叶片结构基本解决了叶轮内的污水污物介质的堵塞问题。然而，对于闭式污水离心泵叶轮结构，在输送含有该固体颗粒和纤维介质的污水时，在其前泵腔内易堆积这些颗粒和纤维等杂质，容易产生口环间隙堵塞问题。叶轮前后盖板两侧泵腔与叶轮出口相连，压力很高，叶轮口环处于泵腔高压侧和叶轮进口低压侧中间，口环两侧存在较大的压力差，因此在泵输送介质时，必定会有部分含有颗粒、纤维的污水，在压差作用下，通过叶轮与泵体间的密封口环间隙，颗粒和纤维并从泵腔高压区流到进口低压区。在污水泵实际运行过程中，经常发现纤维或者颗粒在口环内将阻碍叶轮的正常旋转，导致轴功率瞬间上升，情况严重时，固体颗粒或者纤维等杂质会将叶轮卡死，导致叶轮导致污水泵轴功率超载，烧毁电机，从而降低泵的可靠性和使用寿命，并影响污水处理流程的工作效率、耽误工业生产。由此可见，实现污水泵叶轮口环处切割防堵技术是目前污水设备急需解决的关键技术。

经检索，基于CFD的离心泵口环间隙流动研究(赵伟国.基于CFD的离心泵口环间隙流动研究.华中科技大学.2006.pp.23～46)一文中涉及离心泵口环结构，包括前口环、后口环、前泵腔、后泵腔以及叶轮，其为常见的叶轮的口环结构，由前后两个口环组成，各自形成两个口环间隙。叶轮口环间隙对农用离心泵汽蚀性能的影响(牟介刚，苏苗印等.叶轮口环间隙对农用离心泵汽蚀性能的影响.农机化研究.2010(11)：25-29)一文中所示离心泵叶轮口环结构其包括前口环、后口环，但其均为普通口环，不具有切割防堵的功能，一旦输送污水时便会导致叶轮的堵塞，导致泵的使用寿命缩短、效率降低，影响生产作业。我国现有的污水泵及清水泵叶轮目前均采用普通口环密封结构，该结构中的叶轮与泵体的口环结构为圆柱面环，只能用于输送清水介质，若输送还有纤维、颗粒的杂质时，该纤维、颗粒将沉积在前盖板处，情况严重时，常出现叶轮密封口环处卡死的现象，影响泵的运行效率和使用寿命，现有技术的叶轮口环结构仅能适用于单一液体介质输送，不能用于含有固体颗粒悬浮物或纤维状悬浮物液体的输送。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置，其由轴承、机械密封、叶片、杂质、前泵腔、泵体密封环、切割防堵结构、叶轮密封环、叶轮密封环固定螺钉、吸入口、泵体、泵体上方形铣槽等组成。叶轮口环采切割防堵结构，其为一种特殊的矩形螺纹(外螺纹)结构，螺旋线方向与叶轮旋转方向一致。该切割防堵结构可将泵腔内含有固体颗粒悬浮物或纤维状悬浮物液体输送至泵的进口侧，同时该纤维、颗粒输送螺旋槽采用矩形锯齿，其与泵体密封端面形成间隙配合，在泵体密封端面上开有若干刀槽，泵体方形铣槽与叶轮口环矩形锯齿配合，两者形成切碎装置，口环矩形锯齿在输送颗粒和纤维的同时，又实现了切碎功能，彻底解决了污水泵叶轮口环堵塞和卡死问题。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：污水泵正常运行时，叶轮高速运转时，泵体密封面与叶轮密封环上开设的方形铣槽之间形成锋利的高速铣刀切割面，当污水污物介质中所含有的长纤维在叶轮密封环两侧压力差的作用下，从前泵腔向叶轮进口流动时，当介质在叶轮密封环螺旋输送过程中，纤维或固体颗粒经过矩形锯齿螺旋切割槽时，杂质均被铣刀切割面粉碎或切割，切碎后的纤维或颗粒继续通过方形铣槽输送至泵进口，在泵进口来流的冲击下，切碎物可再次进入泵内，再次被输送至泵叶轮出口，最终排入污水泵出口输送管道。

所述的靠近前泵腔的泵体密封面有一定的倾斜角度，并且对该处的泵体密封面靠近前泵腔位置进行倒圆角处理。前泵腔内的纤维、颗粒等在叶轮进、出口压力差的作用下流经切割防堵结构向叶轮进口流动，且越靠近叶轮进口处，叶轮螺旋切割面与泵体密封面之间的间隙越小，其受到的切割作用越明显。泵体密封面倾斜与倒圆角共同作用，使纤维等杂质自动进入方形铣槽中。

所述的泵体的前泵腔倾斜面有一定的倾斜角度，便于堆积的固体颗粒或纤维在自身的重力作用下，自动向粉碎槽运动，在切割防堵结构高速旋转作用下自动进入密封口环进行粉碎。

所述的叶轮密封环切割防堵结构有一定长度，该叶轮口环切割防堵结构对效率、水力损失的影响很小，还可以起到螺旋密封作用，降低容积损失并可实现对长纤维等的多次切割，使其更易通过叶轮排出，最终提高了污水泵的通过能力。

本发明的有益效果是，解决了污水泵口环颗粒堵塞和纤维缠绕问题，实现纤维或者颗粒在口环内直接被多次切割和粉碎，保证了污水泵稳定可靠运行，彻底消除了叶轮口环卡死导致烧毁电机的现象。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是污水泵叶轮处结构示意图。

图2是本发明结构局部示意图。

图3是切割防堵结构二维示意图。

图4是切割防堵结构三维维示意图。

图5是方形铣槽结构示意图。

图1中，1.轴承，2.机械密封，3.叶轮，4.杂质，5.前泵腔，6.泵体密封面，7.泵体前泵腔倾斜面，8.切割防堵结构，9.叶轮密封环，10.叶轮密封环固定螺钉，11.叶轮进口，12.吸入口，13.泵体，14.泵体上方形铣槽；

图2中，α为泵体前泵腔倾斜面(7)切斜角，约为3°～5°；β为泵体密封面倾斜角。

图3中，l为切割防堵结构的齿宽，p为螺距，h为螺纹深度，β为泵体密封面(6)与叶轮密封环(9)竖直方向夹角，其值为2～3°。

图5中，8.泵体上方形铣槽，δ为槽宽4～8mm。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做详细的说明：

图1中，一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置，包括叶轮(3)、前泵腔(5)、泵体密封面环(6)、切割防堵结构(8)、叶轮密封环(9)、叶轮密封环固定螺钉(10)、吸入口(12)、泵体(13)。切割防堵结构(8)设置于叶轮密封环(8)与叶轮(3)进口圆柱面之间，其与叶轮(3)进口圆柱面为间隙配合，用固定螺钉(10)固定。

泵运转时，电机通过驱动泵轴，轴承(1)支撑带动叶轮旋转，将含有长纤维、大颗粒的污水从污水泵吸入口(12)流经叶轮(3)做功排到排污管道内，旋转轴通过机械密封(2)保证污水介质不会进入电机侧。对于闭式污水泵离心叶轮结构(如图4)，在前泵腔(5)内易堆积颗粒和纤维等固态杂质(4)，由于安装在叶轮(3)上的叶轮密封环(9)两侧存在压力差，因此，在泵输送介质时，必然有部分含有颗粒、纤维的污水介质通过叶轮密封环(9)与泵体密封面(6)间的间隙，从叶轮(3)出口高压区流到叶轮进口低压区。

图2中，上述污水污物介质从叶轮(3)出口高压区流到泵进口低压区过程中，含有颗粒、纤维的污水介质，在流经叶轮口环处的切割防堵结构(8)与泵体密封面(6)上的方形凹铣槽(14)共同形成的铣刀切割面时，将被该铣刀面切割，且切割防堵结构(8)具有一定的长度，当螺旋矩形外螺纹与铣槽相互作用时，可实现对纤维、颗粒的在槽内多次切割，将污水污物介质中所含的纤维、颗粒等杂质(4)切碎，通过螺旋槽输送至泵进口时，在进口污水介质的冲击下，切碎后的杂质可再次进入泵内被输送至叶轮出口处排出。切割防堵结构(8)对效率、水力损失的影响很小，但可以起到密封作用、降低容积损失并可实现对长纤维等的多次切割，使其更易通过叶轮(3)排出，提高了污水泵的通过性能，提高污水泵的可靠性和使用寿命。

图2中所述的泵体的前泵腔倾斜面有一定的倾斜角度α，其取值为3°～5°，并且对该处的泵体两侧进行倒圆角处理，圆角半径为10～20mm。前泵腔内长期堆积的固体颗粒或纤维在自身的重力作用下，可自动向粉碎槽位置运动。

图2中，β为泵体密封环(8)倾斜角，当纤维、颗粒等固态杂质(4)从前泵腔(5)处经过时，可通过圆角和大间隙引导纤维顺利进入口环切割防堵结构(8)，并可实现对颗粒和纤维预切割。由于泵体密封环(9)存在一定的倾斜角，泵体密封面(6)与叶轮密封环(8)两者配合间隙逐渐减小，泵体上设置的方形凹铣槽(14)与螺旋矩形外螺纹相互作用，在一定长度的密封环内，可进一步对纤维或者颗粒多次再次切割或切碎，经过多次切割处理后，污水污物介质可更加顺利地通过前泵腔(5)进入叶轮口环处，经过口环切割防堵结构(8)粉碎和切割后，流入叶轮进口。

图3和图4中，切割防堵结构(8)有一定长度，通常取30mm-50mm，该结构简单，不但可以有效降低泵的容积损失，还可实现对纤维、颗粒等杂质(4)的多次切割，使其更易通过叶轮(3)排出，因而提高了污水泵的通过性能、延长了污水泵的使用寿命。矩形螺纹的螺距p为8～10mm mm，齿深h为3～5mm，齿宽l为4-8mm。

图5中，泵盖上开1～2道方形凹槽(铣刀槽)与矩形锯齿结构形成铣刀切割装置，对进入密封环内颗粒和纤维进行粉碎和切割，其宽度δ为8-10mm此处叶轮密封环(9)与泵体密封面(6)当叶轮轴偏心运行时，两密封环之间为齿接触，减小了接触面积，不易卡死，提高了运行可靠性。

本专利优点在于叶轮口环处的切割防堵结构为矩形锯齿结构，且该锯齿尺寸较小。污水泵输送的介质中常常会夹杂各种大颗粒、长纤维如长塑料纤维、麻纤维等杂质，。本专利切割防堵结构采用矩形锯齿结构，大幅减小纤维、颗粒(4)与口环处的接触面积，并在泵盖上开1～2道方形凹槽(铣刀槽)与矩形锯齿结构形成铣刀切割装置，对进入密封环内颗粒和纤维进行粉碎和切割，且该切割防堵结构具有一定的长度，切割间隙由大到小，可以实现预切割和细切割等多次切割过程，最终将污水中的纤维颗粒切碎到一定程度再次排到泵入口，再次被污水泵输送，不需要其他任何装置，因此该结构简单，成本低，且有效防止叶轮密封环堵塞和卡死等不良现象。

Claims (8)

1.一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置，包括轴承(1)，机械密封(2)，叶轮(3)，杂质(4)，前泵腔(5)，泵体密封面(6)，泵体前泵腔倾斜面(7)，切割防堵结构(8)，叶轮密封环(9)，叶轮密封环固定螺钉(10)，叶轮进口(11)，吸入口(12)，泵体(13)，泵体上方形铣槽(14)等。叶轮口环采用切割防堵结构(8)，该切割防堵结构(8)的旋转方向与叶轮(3)的旋转方向一致。

2.如权利要求1所述的一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置，其特征在于切割防堵结构(8)为螺旋形结构，通过螺旋输送的原理将含有纤维、颗粒的污水输送至叶轮进口(11)处。

3.如权利要求1所述的一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置，其特征在于切割防堵结构(8)采用矩形锯齿结构。

4.如权利要求1所述的一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置，其特征在于泵体(13)上开1～2道方形铣槽(14)，使切割防堵结构(8)与相配合的泵体(13)形成铣刀切割面当大纤维在压力差的作用下从前泵腔(5)向叶轮进口流动时，流经该配合面处被该铣刀切割面切碎，可再次进入泵内被输送至叶轮出口；大的颗粒也可以被该铣刀切割面直接绞碎，进而从泵内输出。

5.如权利要求1所述的一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置，其特征在泵体(13)前段有3°～5°的倾斜角度，并且进行倒圆角处理。前泵腔(5)内的纤维、颗粒等杂质(4)在压力差的作用下流经切割防堵结构向叶轮进口流动，且越靠近叶轮进口其受到的切割作用越明显，使纤维等杂质(4)被切碎而二次进入泵内、进而从泵内输出。

6.如权利要求1所述的一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置，其特征在泵体密封面(6)有2°～3°的倾斜角度，且入口位倒圆角处理。圆角和大间隙引导纤维顺利进入口环切割防堵结构(8)，对颗粒和纤维预进行预切割。随着泵体密封面(6)和叶轮密封环(9)配合间隙逐渐减小，可进一步多次细切割和切碎。

7.如权利要求1所述的一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置，其特征在当叶轮轴偏心运行时，叶轮密封环(9)与泵体密封面(6)两密封环之间为矩形齿接触，减小了接触面积，不易卡死，提高了运行可靠性。

8.如权利要求1所述的一种污水泵闭式叶轮口环切割防堵装置，其特征在叶轮密封环(9)与叶轮进口通过固定螺钉(10)进行位置固定，叶轮口环切割防堵装置长时间运行磨损后，可进行维护和更换。