CN105229309B - 多级自吸离心泵机组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多级自吸离心泵机组，其具有至少两个沿着主流动方向(32)相继设置的泵级(4)和平行于至少一个泵级(4)设置的回流通道(13)。所述回流通道(13)沿着所述主流动方向(32)汇入第一泵级或另一泵级(4)之后。

Description

多级自吸离心泵机组
技术领域
本发明涉及一种多级自吸离心泵机组。
背景技术
由专利文献EP2505842A1可知一种这样的多级离心泵机组，其被构造为在仅由较少量的输送流体填充的情况下，实现自吸的性能。在这里描述的离心泵机组已经成功地经受住了考验，然而对于自吸过程而言需要一定的起动时间。
由专利文献DE4415157A1的现有技术可知，在一种多级离心泵中，在吸取阶段期间通过打开止回阀来引导输送流体返回。此外，空气分离器被设置为，使得位于机组中的空气能够在吸取阶段期间由流体代替，所述流体被存储在泵的腔室中，由此能够确保泵的自吸。
发明内容
本发明的目的在于，在离心泵机组的自吸性能方面进一步改进这种离心泵机组。
根据本发明，该目的通过具有本发明特征的多级自吸离心泵机组来实现。本发明的有利的设计方案在以下的说明以及附图中给出。根据本发明，在此在说明书中给出的特征可以分别但还能以合适的组合来进一步构成根据本发明的解决方案。
根据本发明的多级自吸离心泵机组具有至少两个沿流动方向相继设置的泵级，以及平行于至少一个泵级设置的回流通道。根据本发明，回流通道被构造并设置为，沿着泵的主流动方向观察，回流通道汇入第一泵级或另一泵级之后，亦即，沿着主流动方向观察在泵级的导向器之后。
根据本发明的解决方案的基本思想在于，不同于现有技术中将回流通道设置为平行于第一泵级，而是将回流通道设置为平行于第二泵级或者一个或多个其他泵级。在此，根据本发明的离心泵机组是这种其中泵级被立式相叠地设置的离心泵机组。令人惊喜地证实，根据本发明，当沿着泵的主流动方向观察回流通道汇入第一泵级或另一泵级之后，亦即在泵级的导向器之后时，自吸的过程显著地更为强化并且特别是在更短的时间期限中实现，这是有利的，因为泵的自吸的时间被缩短，以及由此使泵明显更早地可用于其确定的用途(例如输送灭火流体)。虽然，在根据本发明的离心泵机组中需要一定的基本量的流体，以使自吸过程开始，但后续的吸取、即负压/真空的产生，实现得明显快于根据现有技术的泵。通过所输送的流体的导回不是如同现有技术所公知的在叶轮与导向器之间实现，而是沿流动方向在导向器之后实现，这防止了在导向器的区域中的导回的流体的不必要的涡流。流体在导回通道的入口之前由一个或多个泵级输送的部分通过导向器引导，而不会受到导回的流体的干扰影响，也就是说，在叶轮的出口处的动能可以由后续的导向器转化为压力能，然后才实现与导回的流体的混合。由此实现了在泵开动时自吸过程的明显改进。
当沿着主流动方向观察，回流通道汇入到第一泵级之后，即汇入到在第一泵级的流动侧的出口处、第一泵级的导向器之后时，是有利的。在此根据本发明，回流通道可桥接在一个或多个泵级上，优选该回流通道应桥接在至少两个泵级上。当吸取通道桥接在四个泵级上、即例如被引导为平行于第二至第五泵级时，产生特别快速并良好的吸取性能。当沿着主流动方向观察，回流通道汇入第一泵级之后、即汇入在第一泵级的流动侧的出口处、第一泵级的导向器之后时，是有利的。
为了尽可能有效地设计吸取过程，有利地，在离心泵机组内设有气体分离器，根据本发明的扩展方案，优选该气体分离器被设置在至少第二泵级的出口侧。适宜地，将气体分离器沿着主流动方向设置在被设计为用于吸取过程的泵级之后、即紧接着泵级，回流通道处于与所述泵级平行。
根据本发明的有利的设计方案，气体分离器由固定在壳体上的管状体构成，该气体分离器连接在泵级的导向器上并在其壁上具有至少一个凹口，所述凹口液体连通地与回流通道连接。这样的设置是可低成本制造并且高效的，因为来自于导向器的要求螺旋地离开的输送液体-气体混合物在管状体上螺旋线状地上升，并由于离心力而通过壁中的至少一个凹口以及由此到达回流通道中，然而气体被向上引导以及由此从吸取循环中移开。
根据本发明的有利的扩展方案，在沿着主流动方向跟随在第一泵级之后的两个泵级之间设有缓冲存储器。优选地，这样的缓冲存储器沿着主流动方向设置在气体分离器之后。缓冲存储器用于在泵内储存一定的水量并特别是为此被设计为，在吸取较大的空气泡时、例如在可从腾空的罐朝端部实现吸取时，这些空气泡不会导致对于吸取过程所必需的水无法被输送离开泵。因此，缓冲存储器被构造为，一方面在流经泵时该缓冲存储器被自动填充，然而另一方面至少在时间上又延迟地释放存储在该处的输送流体，也就是说，通过回流通道又导回被设置用于吸取过程的泵级中。
根据本发明，这样的缓冲存储器可有利地由固定在壳体上的管状体构成，该缓冲存储器间隔地包围离心泵机组的共同的驱动器并且该缓冲存储器相对于外壳体壁间隔地设置。如果该管状体通过环形的底部被连接，则该底部一方面与管状体连接并且另一方面与泵的壁连接并且该底部具有至少一个凹口，该凹口液体连通地与回流通道连接。也就是，这是在管状体与泵壁之间的环形的存储容器，在其中在底部侧设有凹口，这些凹口被设计为通过这些凹口的回流在时间上行进为，使得被一起输送的大气泡不会导致自吸性能被干扰。
一方面为了确保良好的吸取性能，然而另一方面又要保证在正常的运行中通过回流通道不会发生泵的效率降低，根据本发明的扩展方案设计为，回流通道通过根据压力控制的阀可关上。优选地，这样的阀被设计在回流通道的入口侧，因为在该处在第二或更高的泵级的出口中在流体输送时已经要求相比较而言较高的压力，该压力可以被用于控制阀，特别是用于关上阀。有利地，阀被压差控制，而且取决于回流通道上的压差，使得在超过回流通道的预定的压差时被关上。以这种方式确保，回流通道仅对于实际上的吸取过程起作用，并在泵的正常运行中没有降低效率的影响。
优选地，回流通道被构造为环形通道，其包围至少一个、然而优选二至四个泵级。
根据本发明的扩展方案，设有用于防止泵空运转的装置。根据泵的使用来选择这些装置。因此根据本发明，当机组仅为了运行而被设计并被构造有立式相叠设置的多个泵级并在泵的足部具有吸入接口时，管段前置连接于该吸入接口，该管段在机组的侧向延伸、优选延伸至最后的泵级的高度。通过该管段确保了，离心泵机组不会由于输送流体的回流而空运转。因此，以这种方式还进一步确保自吸性能。在此，基本上，前置连接的管段被引导至达到处于回流通道的区域中的多个泵级中的至少一个的高度，而且对于自吸性能是必须的。
根据本发明的有利的扩展方案，前置连接的管段被构造为U形，并在其连接U的支脚的区域上、即在其上端部设有换气开口，所述换气开口能够借助换气阀被可选地打开或关闭。特别地在继续向下引导的吸取管道的情况下，换气开口保证了，防止由于吸取管道中的负压使得前置连接的管段以及由此还使得连接在其上的泵被空吸取。通过打开阀、即通过自由接通换气开口，吸取管道的引导负压的部分被空气填充，使得在泵随后开始运行时管段的另一支脚以及由此还使得泵本身保持被流体填充，并且泵又开始自吸。在此有利地，换气开口在换气阀的中间接通的条件下与最后的泵级的压力空间管道连接，使得在换气阀打开时始终确保靠近泵的管段以及泵本身保持被流体填充，而不论在另一管段中(即吸取管道上)的压力比如何。
有利地，使用可电控制的磁力阀作为换气阀。这样的阀可以成本低廉地、可靠地并且简单地操控。
替代地，为了防止泵空运转，还可以在吸入侧、即在第一泵级之前设置止回阀。这样的止回阀可以是泵机组的一部分，或者还可以设置在吸入侧的前置连接的管段中。
有利地，在泵的足部中设有压力接口，该压力接口通过环形空间与最后的泵级管道连接。由此，泵构成内联结构(Inlinebauart)。
为了驱动离心泵机组，根据本发明有利地设有电动机，该电动机驱动中央的、承载叶轮的轴。有利地，电机被设置在机组的上侧。
附图说明
下面参照在附图中示出的实施例说明本发明。其中：
图1示出了根据本发明的离心泵机组的纵剖面的非常简化的示意图，
图2示出了图1的前四个泵级的区域的放大视图，
图3示出了图1中的第四泵级与最后的泵级之间的区域的放大视图，
图4示出了在第四泵级之后的压力侧的壳体区域的纵剖面的放大视图，
图5示出了根据图4的壳体区域的横截面图，
图6示出了安装有阀的根据图1的离心泵机组，以及
图7以与图1相应的视图示出了前置连接有止回阀的实施方式变形。
具体实施方式
借助图1至图5示出的离心泵机组是内联结构的多级自吸离心泵机组，其被设计为立式地运行、即直立地放置。在此，在图1中仅示出了离心泵机组的泵侧的部分，该离心泵机组在足部部分1上被设计为立于水平取向的面上，并且该离心泵机组具有吸入接口2以及与该吸入接口对准的压力接口3，如同在内联泵(Inlinepumpen)中所常见的。在被构造为铸件的该足部部分1上，连接具有多个泵级4的中间的泵部分5，所述泵部分在其上端部被同样由浇铸构成的头部部分6封闭，所述头部部分同时构成用于在该处待接入的电动机的电机座7。该(未示出的)电动机通过(同样未示出的)联接件与中央轴8连接，该中央轴从头部部分6贯穿泵直到足部部分1，被可转动地安置，并且承载泵级4的叶轮。
借助图1至图5示出的泵具有总共五个泵级4，所述泵级液压地串联接通，使得输送液体从吸入接口2首先被引导到最下方的第一叶轮9a，从该处到达配属于该叶轮9a的导向器10a，该导向器将输送液体输入后置的泵级、即配设有导向器10b的第二泵级的叶轮9b的吸入口，该导向器将液体送入第三泵级的叶轮9c的吸入口。在由导向器10c封闭的第三泵级上，连接有由叶轮9d和导向器10d组成的第四泵级。最后，泵在靠近其上端部处具有由叶轮9e和导向器10e组成的第五泵级。
泵级4被设置在圆柱形的内罩11中，所述内罩径向间隔地被同样为圆柱形的外罩12包围。通过在内罩11与外罩12之间形成的环形空间，输送液体从最上方的第五泵级的导向器10e的出口被向下引导回到足部部分1并在该处被引导到压力接口3。
泵以及分别由叶轮9和导向器10组成的泵级的基本结构相应于通常的结构，属于现有技术，因此在此不进行详细描述。
为了设计泵自吸，即在结构上确保至少当少量流***于泵内时实现自吸作用，在示出的离心泵中提供多个结构上的措施：
回流通道13被这样设置，该回流通道由圆柱形的中间壁构成，该中间壁与内罩11以小的间隔设置于第一泵级的出口与第四泵级的出口之间，并且在端部固定地且密封地与内罩11连接。回流通道13通过第四泵级上方(即内罩11中的第四泵级的导向器10d的上方)的径向凹口14产生。回流通道13作为环形通道从凹口14向下延伸，在该处该回流通道汇入穿过第一泵级出口侧的导向器10a与第二泵级入口侧的叶轮9b之间的凹口15。因此，该回流通道13短路连接了第四泵级与第一泵级的出口，使得输送液体在泵吸取阶段期间，在接通之后首先在第二与第四泵级之间循环，如同在图2中通过虚线16示出的，这些虚线示出了吸取流体循环。通过回流通道13不是如同现有技术般地被引导回到第一泵级的入口，而是被引导回到第二泵级的入口，从而相比较而言迅速地实现自吸过程。
在第四泵级的出口侧，在内罩11内紧接着该级的导向器10d构成呈圆柱形管段形式的气体分离器17，该气体分离器以固定在壳体上的方式、与轴8同轴地设置并且在该气体分离器的长度的上三分之一的区域中设有圆形的凹口18。构成气体分离器17的管在高度上相应于约两个泵级。气体分离器17促使，在由于相对大的气泡使流体流动中断时该气泡可以在中央升高，然而从导向器10d出来的流体由于仍旧存在的涡旋和由此产生的离心力而通过开口18向外离开并且然后在内罩11内的外周上回流或继续向上升高，而输送流无需因此断开。
在气体分离器17上，向上间隔地连接有缓冲存储器19，该缓冲存储器向内通过与轴8同轴的圆柱形的管段20限定，向外通过内罩11限定，并向下通过环形的底部21限定。底部21设有凹口22，所述凹口的尺寸为，使得缓冲存储器19通过底部21中的凹口22只能缓慢地然而非自发地排空，也就是还在泵的该区域中较大气体量穿过的情况下，首先保持一次输送流体。在圆柱形的管段20上，向上间隔地连接有第五泵级的叶轮9e的吸入口。穿过管段20到达的输送流体至少一部分流动至位于侧向附近的缓冲存储器19，并且只要这些空间没有(如在正常的泵运行中)被输送流体填充，则该部分输送流体就从该处流回到第四泵级，并从该处通过回流通道13流回到第二泵级的入口。以该方式，在出现较大的气泡时还始终确保在泵内保留足够的输送流体，以确保连续的输送运行。
为了防止在吸取阶段之后在实际上的输送运行中由于回流的输送流体因回流通道13而产生损耗，设有压力控制的阀23，当第四泵级的出口处的压力升高超过一定的数值时、即当实际上的吸取过程关闭时，该阀关闭内罩11中的凹口14。为此，阀23具有设置于圆柱形内轮廓内的限制运动的板条24，所述板条在其两个端部被构造为叉状并且通过螺丝25在内罩11内限制运动地与该内罩连接。通过在内罩11中在螺丝25之间和两个凹口14之间的中央设置的螺丝26，在螺丝26的区域中与内罩11相间隔地保持板条24。随着增大的内压，由弹簧钢构成的板条24发生弹性形变，并且径向向外地被挤压而关闭凹口14。一旦内压下降到一定的数值以下，板条24就又采用其在图5中示出的原始形状，以及由此打开凹口14。
为了防止离心泵在切断之后例如空运转，吸入接口2前置连接有U形的管段27，该U形管段在高度上延伸至第五泵级，使得泵本身和U形管段27的在图1中的左支脚保持始终被输送流体填充。
在此在扩展方案中，U形管段27可在其最上方的位置、即在U的连接区域中具有放气接口28，该放气接口借助磁力阀29被关闭。该放气接口28通过软管30与最后的泵级的压力空间连接。磁力阀29在未操作的状态下是关闭的，并在最后的泵级的压力空间中的压力下降时由相应的(在此未示出)控制器打开，以确保在泵内始终保留足够的输送流体，并保持自吸能力。
在根据图7的实施方式中，代替U形管段27和放气开口28，在吸入侧设有止回阀31，该止回阀确保输送流体只能进入泵中，而不能在吸入侧从该泵中流出，由此还确保自吸能力。
附图标记列表
1 足部部分
2 吸入接口
3 压力接口
4 泵级
5 中间的泵部分
6 头部部分
7 电机座
8 轴
9a-9e 叶轮
10a-10e 导向器
11 内罩
12 外罩
13 回流通道
14 上凹口
15 下凹口
16 虚线，其示出了吸取阶段中的输送流动
17 气体分离器
18 凹口
19 缓冲存储器
20 管段
21 缓冲存储器的底部
22 底部中的凹口
23 阀
24 板条
25 螺丝
26 螺丝
27 U形管段
28 放气接口
29 磁力阀
30 软管
31 止回阀
32 正常的泵运行中的输送流，主流动方向

Claims (18)

1.一种多级自吸离心泵机组，具有至少两个沿着主流动方向(32)相继设置的泵级(4)并且具有平行于至少一个泵级(4)的回流通道(13)，所述回流通道沿着主流动方向(32)汇入第一泵级或另一泵级(4)之后，其特征在于，所述回流通道(13)汇入所述泵级(4)的导向器(10a)之后。
2.根据权利要求1所述的离心泵机组，其特征在于，所述回流通道(13)沿着主流动方向(32)汇入所述第一泵级(4)的导向器(10a)之后。
3.根据权利要求1所述的离心泵机组，其特征在于，在至少第二泵级(4)的出口侧设有气体分离器(17)。
4.根据权利要求3所述的离心泵机组，其特征在于，所述气体分离器(17)由固定在壳体上的管状体构成，所述管状体连接在泵级(4)的导向器(10)上，并且在所述管状体的壁中具有至少一个凹口(18)，所述凹口液体连通地与所述回流通道(13)连接。
5.根据权利要求1所述的离心泵机组，其特征在于，在沿着主流动方向(32)跟随在所述第一泵级(4)之后的两个泵级(4)之间设有缓冲存储器(19)。
6.根据权利要求3所述的离心泵机组，其特征在于，在沿着主流动方向(32)跟随在所述第一泵级(4)之后的两个泵级(4)之间沿着主流动方向(32)在所述气体分离器(17)之后设有缓冲存储器(19)。
7.根据权利要求5所述的离心泵机组，其特征在于，所述缓冲存储器(19)由固定在壳体上的管状体、间隔地包围所述管状体的壳体壁(11)、以及连接所述管状体和壳体壁的环形的底部(21)构成，所述底部具有至少一个凹口，所述凹口液体连通地与所述回流通道(13)连接。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的离心泵机组，其特征在于，在所述回流通道(13)的入口侧设置阀(23)，所述阀根据压力被控制，并且在超过预定的压差时关上所述回流通道(13)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的离心泵机组，其特征在于，所述回流通道(13)是包围至少一个泵级(4)的环形通道。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的离心泵机组，其特征在于，设有用于防止所述泵空运转的装置。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的离心泵机组，其特征在于，用于运行的机组被构造有立式相叠设置的多个泵级(4)并且在泵的足部部分(1)处具有吸入接口(2)，其中，一管段前置连接于所述吸入接口(2)，所述管段在所述离心泵机组的侧向延伸。
12.根据权利要求11所述的离心泵机组，其特征在于，所述管段在所述离心泵机组的侧向延伸至最后一个泵级(4)的高度。
13.根据权利要求11所述的离心泵机组，其特征在于，前置连接的所述管段被构造为U形并且在所述管段的连接U的支脚的区域上设有换气开口，所述换气开口借助换气阀能够被选择性地打开或关闭。
14.根据权利要求13所述的离心泵机组，其特征在于，所述换气开口在所述换气阀中间接通的条件下与最后一个所述泵级(4)的压力空间管道连接。
15.根据权利要求13所述的离心泵机组，其特征在于，所述换气阀是能电控制的磁力阀(29)。
16.根据权利要求1至7中任一项所述的离心泵机组，其特征在于，在所述第一泵级(4)之前设有止回阀(31)。
17.根据权利要求1至7中任一项所述的离心泵机组，其特征在于，在所述泵的足部部分(1)中设有压力接口(3)，所述压力接口通过环形空间与最后一个泵级(4)管道连接。
18.根据权利要求1至7中任一项所述的离心泵机组，其特征在于，设有用于驱动承载叶轮(9a-e)的中央轴(8)的电动机，所述电动机被设置在所述离心泵机组的上端部。
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