CN113107858B - 一种应用于离心泵的快速启动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种应用于离心泵的快速启动装置，包括从上到下依次设置的上自吸室、下自吸室和进口管道，上自吸室和下自吸室整体安装在进口管道上，上自吸室的轴线处设有主轴和可转动地安装于主轴上的六角隔板，每个隔板的叶顶均与上自吸室的内壁面紧密贴合，上自吸室的内侧设有三个相同的收缩槽，收缩槽内均设有弹簧和分离挡板，每个收缩槽的一侧均设有排气孔，另一侧均设有吸气管，排气孔连通大气，吸气管连通上自吸腔和下自吸腔，下自吸室内设有弹簧连接的上止逆阀和下止逆阀。本发明的快速启动装置，实现了离心泵无水启动可直接进入正常运行工况，并且六角隔板转过一周，能完成十八次吸气排气过程，可以显著提高工作效率，极大简化操作过程。

Description

一种应用于离心泵的快速启动装置
技术领域
本发明涉及离心泵技术领域，尤其涉及一种应用于离心泵的快速启动装置。
背景技术
离心泵在农业灌溉、消防救灾等领域使用广泛。但在离心泵刚启动时，需先将泵及管道内空气排出，泵在空转运行时轴承组件等散发热量，长期空转运行会降低泵的使用寿命，损坏离心泵零部件。因此，离心泵常需进行灌水启动，极大的延长了启动时间，严重制约了离心泵泵工作效率。而外接辅助真空泵不仅造成较大噪音，而且使得整个机组运输困难，降低了整体的机动性，并且至少配套两台电机，增加了能源消耗。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种应用于离心泵的快速启动装置，该启动装置仅通过一台电机驱动，噪声小，操作简单，运输方便，启动无需灌水，通过自身结构形式可快速完成吸气排气过程，并在运行结束后封闭泵进口管路，使得装置内始终灌满水，再次启动时可直接进入正常运行工况，工作效率高，损失能耗小。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
本发明提供的一种应用于离心泵的快速启动装置，包括从上到下依次设置的上自吸室、下自吸室和进口管道，上自吸室、下自吸室和进口管道均为中空圆柱状；上自吸室和下自吸室安装在进口管道上，上自吸室内设有上自吸腔，下自吸室内设有下自吸腔，下自吸室与进口管道通过连通管连接；
上自吸室的轴线处设有主轴和可转动地安装于主轴上的六角隔板，主轴由电机驱动；六角隔板呈正六边型，六角隔板包括六个相同的隔板，每两个隔板之间的夹角为60°，每个隔板的叶顶截面为圆形，每两个叶顶之间均以光滑的圆弧过渡连接，每个隔板的叶顶均与上自吸室的内壁面紧密贴合；
上自吸室的内侧设有三个相同的收缩槽，收缩槽沿上自吸室的切向设置；收缩槽嵌入在上自吸室内，并与上自吸腔连通；每两个收缩槽之间的夹角为120°；
收缩槽内设有收缩弹簧和分离挡板，收缩弹簧的一端与收缩槽的底部连接，另一端与分离挡板的一端连接；分离挡板的另一端与六角隔板的外壁面抵接；
每个收缩槽的一侧均设有排气孔，另一侧均设有吸气管；排气孔沿上自吸室的径向设置，吸气管沿上自吸室的切向设置，排气孔和吸气管分别沿上自吸室的周向均匀分布，排气孔连通大气，吸气管连通上自吸腔和下自吸腔；
每个收缩槽两侧的排气孔和吸气管均位于六角隔板上的两个隔板之间，六角隔板将上自吸腔分为六个独立部分，六个独立部分中间隔的三部分的每个部分被分离挡板分为两小部分，两小部分分别为排气腔和吸气腔，排气腔与排气孔连通，吸气腔与吸气管连通；
下自吸室内设有上止逆阀和下止逆阀，上止逆阀和下止逆阀通过连接弹簧连接；上止逆阀顶部设有三级叶片；上止逆阀外侧设有橡胶盘，橡胶盘设有回流孔；上止逆阀底部设有两个二级叶片，每个二级叶片上方各设有一级螺旋分离器，一级螺旋分离器上方设有二级螺旋分离器；下止逆阀外侧设有橡胶盘；下止逆阀底部和侧面设有一级叶片。
进一步地，分离挡板的另一端为半圆形；六角隔板的叶顶圆半径、外壁面的曲率半径与分离挡板另一端的半圆半径之比为3:9:1。
进一步地，一级螺旋分离器和二级螺旋分离器结构相同；
一级螺旋分离器包括半椭圆形的弯管以及安装在弯管内表面的螺旋形刀片，弯管为半椭圆形结构，长轴与短轴之比为4:3；螺旋形刀片左右旋向相反。
进一步地，两个二级叶片的旋向相反布置；
下止逆阀底部一级叶片和侧面一级叶片的旋向相反布置，下止逆阀的底部一级叶片和侧面一级叶片轴向夹角为45°。
进一步地，下止逆阀的横截面为圆形；
下止逆阀的底面与下自吸室的底侧内壁紧密贴合，用于封闭连通管。
进一步地，下止逆阀的底面与侧面之间夹角为120°。
进一步地，下止逆阀的侧面与下自吸室的底部侧面采用间隙配合。
进一步地，收缩槽的深度与分离挡板的高度之比为1.2:1。
进一步地，上自吸室的的内壁直径与下自吸室的内壁直径比为2:3。
进一步地，一级螺旋分离器、二级螺旋分离器、一级叶片、三级叶片和二级叶片由铝合金材料制成；
上自吸室、下自吸室、进口管道、吸气管和收缩槽均为铸铁一体成型；
六角隔板、分离挡板、上止逆阀和下止逆阀均为橡胶材料加工成型；
收缩弹簧由石墨烯材料制成。
本发明的有益效果：
1、本发明采用六角隔板与分离挡板的配合实现了对吸气腔与排气腔的体积调节，使得六角隔板的每个隔板每转过120°即可完成一次完整的吸气及排气过程，并且吸气过程与排气过程同步进行，即六个隔板在转过一周的过程中，共完成了18次完整的自吸过程，极大的提高了自吸效率，显著的缩短了自吸时间。并且六角隔板采用橡胶材料，有效避免了汽蚀对转动部件造成的破坏，确保了泵运行的稳定性。
2、本发明采用止逆阀结构，在自吸过程中可在下自吸室内垂直移动，减少了连通管进流的阻力损失，在自吸结束后，能够回落至下自吸室底部，实现了对连通管的封闭，不仅可以有效降低关机时水锤造成的伤害，同时使得下自吸室内充满液体，当再次启动时，可直接进入正常运行工况，显著提高了工作效率。
3、本发明采用螺旋分离器结构，在自吸中期，不仅可以通过螺旋分离器的螺旋形刀片对高速气液两相流进行气液切割，完成气液分离，同时旋向相反的两相流在螺旋分离器交汇处发生碰撞，造成冲击破碎，进一步进行气液分离，冲击过后水回落到下自吸室内，通过几次气液分离，减少自吸过程中液相排量，加速泵内空气的排出。
4、本发明采用上自吸室、下自吸室两层自吸结构形式，而分离挡板与六角隔板进一步将上自吸腔巧妙分隔为3个吸气腔与3个排气腔，通过排气孔与排气腔的连通，吸气腔与吸气管的连通，实现了不同自吸室之间的连接，并利用止逆阀的密封性能，实现了不附加任何辅助电机的前提下离心泵的无水启动，克服了传统离心泵启动前需灌水的复杂操作。
附图说明
图1为本发明所述一种应用于离心泵的快速启动装置的结构示意图。
图中：1-排气孔；2-吸气管；3-六角隔板；4-收缩槽；5-上自吸腔；6-三级叶片；7-二级螺旋分离器；8-一级螺旋分离器；9-连接弹簧；10-一级叶片；11-下自吸室；12-连通管；13-收缩弹簧；14-分离挡板；15-主轴；16-排气腔；17-吸气腔；18-上自吸室；19-橡胶盘；20-上止逆阀；21-二级叶片；22-回流孔；23-下止逆阀；24-下自吸腔；25-进口管道。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的一种应用于离心泵的快速启动装置，包括从上到下依次设置的上自吸室18、下自吸室11和进口管道25，上自吸室18、下自吸室11和进口管道25均为中空圆柱状；可选的，上自吸室的内壁直径与下自吸室的内壁直径比为2:3。所述上自吸室18和下自吸室11安装在进口管道25上，所述上自吸室18内设有上自吸腔5，所述下自吸室11内设有下自吸腔24，所述下自吸室11与进口管道25通过连通管12连接。
上自吸室18的轴线处设有主轴15和可转动地安装于主轴15上的六角隔板3，主轴15由电机驱动，六角隔板3呈正六边型，包括六个相同的隔板，每两个隔板之间的夹角为60°，每个隔板的叶顶截面为圆形，每两个叶顶之间均以光滑的圆弧过渡连接，每个隔板的叶顶均与上自吸室18的内壁面紧密贴合。
上自吸室18的内侧设有三个相同的收缩槽4，所述收缩槽4沿上自吸室18的切向设置，所述收缩槽4嵌入在上自吸室18内，并与上自吸腔5连通，每两个收缩槽4之间的夹角为120°；所述收缩槽4内均设有收缩弹簧13和分离挡板14，所述收缩弹簧13的一端与收缩槽4的底部连接，另一端与分离挡板14的一端连接，所述分离挡板14的另一端为半圆形，并与六角隔板3的外壁面抵接；初始状态时，收缩弹簧13处于压缩形式，分离挡板14的另一端正好抵接在六角隔板3上的两个隔板中间位置。随着六角隔板3的旋转，当六角隔板3叶顶与分离挡板14的另一端接触时，分离挡板14可完全位于收缩槽4内，可选的，收缩槽4的深度与分离挡板14的高度之比为1.2:1，六角隔板3的叶顶圆半径、六角隔板3的外壁面的曲率半径与分离挡板14另一端的半圆半径之比为3:9:1。
每个收缩槽4的一侧均设有排气孔1，另一侧均设有吸气管2，所述排气孔1沿上自吸室18的径向设置，所述吸气管2沿上自吸室18的切向设置，并分别沿上自吸室18的周向均匀分布，所述排气孔1连通大气，所述吸气管2连通上自吸腔5和下自吸腔24。
每个收缩槽4两侧的排气孔1和吸气管2均位于六角隔板3上的两个隔板之间，六角隔板3将上自吸腔5分为六个独立部分，其中间隔的三部分的每个部分又被分离挡板14分为两小部分，分别为排气腔16和吸气腔17，排气腔16与排气孔1连通，吸气腔17与吸气管2连通。
下自吸室11内设有上止逆阀20和下止逆阀23，上止逆阀20和下止逆阀23通过连接弹簧9连接；所述上止逆阀20顶部设有三级叶片6；所述上止逆阀20外侧设有橡胶盘19，初始状态，所述橡胶盘19与下自吸室11上方内壁所设橡胶盘19贴合在一起；所述下自吸室11上方内壁橡胶盘19设有回流孔22；所述上止逆阀20底部设有二级叶片21，左右两侧二级叶片21旋向相反；所述二级叶片21上方各设有一级螺旋分离器8，可选的，一级螺旋分离器8为半椭圆形的弯管设计，长轴与短轴之比为4:3；弯管内表面设有螺旋形刀片，一级螺旋分离器8左右两侧的螺旋形刀片旋向相反；所述一级螺旋分离器8上方设有二级螺旋分离器7，二级螺旋分离器7同样为半椭圆形的弯管设计，长轴与短轴之比为4:3；弯管内表面设有螺旋形刀片，二级螺旋分离器7左右两侧的螺旋形刀片旋向相反；所述下止逆阀23外侧设有橡胶盘19，初始状态，所述橡胶盘19与下自吸室11下方内壁所设橡胶盘19贴合在一起；所述下自吸室11下方内壁橡胶盘19设有回流孔22；所述下止逆阀23底部和侧面设有一级叶片10，下止逆阀23底部一级叶片10和侧面一级叶片10的旋向相反布置，轴向夹角为45°；初始状态，所述下止逆阀23封闭连通管12。
可选的，下止逆阀23的底面与侧面之间形成钝角，具体夹角为120°，采用间隙配合。
可选的，一级螺旋分离器8、二级螺旋分离器7、一级叶片10、二级叶片21和三级叶片6由铝合金材料制成，所述上自吸室18、下自吸室11、进口管道25、吸气管2和收缩槽4均为铸铁一体成型，所述六角隔板3、分离挡板14、上止逆阀20和下止逆阀23和均为橡胶材料加工成型，所述收缩弹簧13由石墨烯材料制成。
本发明的工作过程如下：
电机带动主轴15转动，使得六角隔板3按照顺时针方向旋转，随着六角隔板3的转动，分离挡板14只能沿切向收缩进收缩槽4内，使得收缩槽4内的收缩弹簧13压缩变形逐渐增大；并且，与吸气管2连接的吸气腔17的体积不断增大，压力逐渐降低，从而使得下自吸腔24内的空气通过吸气管2进入到吸气腔17内，使得下自吸腔24内的空气不断减少，同时下自吸腔24与进口管道25通过连通管12连通，连通管12上方安装有下止逆阀23，初始状态，下止逆阀23下表面与下自吸室11底部贴合，堵塞连通管12，从而使得整个装置内形成只能排气的封闭空间。随着六角隔板3的转动，与排气孔1连通的排气腔16体积不断减小，排气腔16内的空气不断被挤压排出。
当六角隔板3转过120°时，六角隔板3叶顶顶在分离挡板14的另一端，此时分离挡板14完全收缩回收缩槽4内，吸气腔17吸进的气体达到最大容量，并且吸气管2与排气孔1连通，六角隔板3再进行转动，跨过分离挡板14的另一端，分离挡板14在收缩弹簧13的弹力作用下伸出收缩槽4，排气腔16体积开始压缩，把从下自吸腔24吸入的空气排入到大气中，而吸气腔17的体积逐渐增大，继续从下自吸腔24内吸入空气，即六角隔板3的每个隔板每转过120°即可完成一次完整的吸气及排气过程，也就是说三个隔板在转过一周的过程中，共完成了18次完整的自吸过程。
在装置工作前期，下止逆阀23下表面与下自吸室11底部贴合，下自吸腔内处于纯气体状态，连接弹簧9处于拉伸状态，下自吸腔24上方橡胶盘19贴合在一起，下方橡胶盘19处于分离状态。随着工作的进行，下自吸腔24内的气体不断减少，压力降低，而连通管12下方的进口管道25内为大气压，在压力差的作用下，下止逆阀23逐渐被顶起，连接弹簧9的拉力不断减小，下自吸腔24下方橡胶盘19逐渐贴合；随着工作的不断进行，下自吸腔24和进口管道25内的压力不断减小，连接弹簧9由拉伸状态变为压缩状态，下自吸腔24上方橡胶盘19分离开来，下方橡胶盘19紧密贴合。
在装置工作中期，由于进口管道25内的水不断增多，下自吸腔24内处于气水混合状态，使得大量的气液两相流随吸气管2吸入上自吸腔5中，并通过排气孔1输送到大气中。而所述下止逆阀23底部和侧面设有一级叶片10，高速气液两相流经过一级叶片10，受到离心力的作用，实现了气液切割，完成初步气液分离，液体切割后，在重力作用下流落至下自吸室11内，而气体向上经过一级叶片10轴线交汇处发生碰撞，也会产生气液分离；从下止逆阀23上方排出的气液两相流在到达上止逆阀20下方时，受到二级叶片21的旋转离心作用，同时，部分气液两相流被连接弹簧9切割，由于左右两侧二级叶片21旋向相反，气液分离过程增强，此时产生二级气液分离，分离出的液体受到重力的作用向下回落，通过回流孔22流回下自吸腔24内；进入上止逆阀20的气液两相流，在经过一级螺旋分离器8时，受到螺旋刀片的切割作用，产生气液分离，在一级螺旋分离器8与二级螺旋分离器7的交汇处，旋向相反的两相流发生碰撞，进一步气液分离，分离后的两相流在向上运动的过程中，通过二级螺旋分离器7，再次气液分离，气液两相流在经过上止逆阀20后，完成了三级气液分离；从上止逆阀20上方排出的两相流液相含量已经极低了，此时继续向上运动，受到三级叶片6的作用，进行最终气液分离。通过四次气液分离，减少了吸气过程中液相排量，加速了装置内空气的排出。
在装置工作末期，下自吸腔24内的气体含量极低，大量液态水被从连通管12吸出，高速出流的水射向下止逆阀23底部，连接弹簧9压力增大，下自吸腔24下方橡胶盘被压缩变形，产生向下的作用力；当下自吸腔24内的水面超过下止逆阀23的上方时，下止逆阀23受到竖直向下的力大于竖直向上的力，下止逆阀23向下回落，下表面与下自吸室11底部贴合，堵塞连通管12，此时六角隔板3停止旋转，装置停止工作，离心泵开始运行。不仅可以有效降低关机时水锤造成的伤害，同时使得装置内充满液体，当再次启动时，可直接进入正常运行工况，显著提高了工作效率。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于离心泵的快速启动装置，其特征在于，包括从上到下依次设置的上自吸室(18)、下自吸室(11)和进口管道(25)，所述上自吸室(18)、所述下自吸室(11)和所述进口管道(25)均为中空圆柱状；所述上自吸室(18)和所述下自吸室(11)安装在所述进口管道(25)上，所述上自吸室(18)内设有上自吸腔(5)，所述下自吸室(11)内设有下自吸腔(24)，所述下自吸室(11)与所述进口管道(25)通过连通管(12)连接；
所述上自吸室(18)的轴线处设有主轴(15)和可转动地安装于所述主轴(15)上的六角隔板(3)，所述主轴(15)由电机驱动；所述六角隔板(3)呈正六边型，所述六角隔板(3)包括六个相同的隔板，每两个隔板之间的夹角为60°，每个隔板的叶顶截面为圆形，每两个叶顶之间均以光滑的圆弧过渡连接，每个隔板的叶顶均与所述上自吸室(18)的内壁面紧密贴合；
所述上自吸室(18)的内侧设有三个相同的收缩槽(4)，所述收缩槽(4)沿所述上自吸室(18)的切向设置；所述收缩槽(4)嵌入在所述上自吸室(18)内，并与所述上自吸腔(5)连通；每两个收缩槽(4)之间的夹角为120°；
所述收缩槽(4)内设有收缩弹簧(13)和分离挡板(14)，所述收缩弹簧(13)的一端与收缩槽(4)的底部连接，另一端与分离挡板(14)的一端连接；所述分离挡板(14)的另一端与所述六角隔板(3)的外壁面抵接；
每个收缩槽(4)的一侧均设有排气孔(1)，另一侧均设有吸气管(2)；所述排气孔(1)沿所述上自吸室(18)的径向设置，所述吸气管(2)沿所述上自吸室(18)的切向设置，所述排气孔(1)和所述吸气管(2)分别沿上自吸室(18)的周向均匀分布，所述排气孔(1)连通大气，所述吸气管(2)连通所述上自吸腔(5)和所述下自吸腔(24)；
每个收缩槽(4)两侧的排气孔(1)和吸气管(2)均位于所述六角隔板(3)上的两个隔板之间，所述六角隔板(3)将所述上自吸腔(5)分为六个独立部分，所述六个独立部分中间隔的三部分的每个部分被分离挡板(14)分为两小部分，所述两小部分分别为排气腔(16)和吸气腔(17)，所述排气腔(16)与所述排气孔(1)连通，所述吸气腔(17)与所述吸气管(2)连通；
所述下自吸室(11)内设有上止逆阀(20)和下止逆阀(23)，所述上止逆阀(20)和所述下止逆阀(23)通过连接弹簧(9)连接；所述上止逆阀(20)顶部设有三级叶片(6)；所述上止逆阀(20)外侧设有橡胶盘(19)，所述橡胶盘(19)设有回流孔(22)；所述上止逆阀(20)底部设有两个二级叶片(21)，每个所述二级叶片(21)上方各设有一级螺旋分离器(8)，所述一级螺旋分离器(8)上方设有二级螺旋分离器(7)；所述下止逆阀(23)外侧设有所述橡胶盘(19)；所述下止逆阀(23)底部和侧面设有一级叶片(10)。
2.根据权利要求1所述的应用于离心泵的快速启动装置，其特征在于，所述分离挡板(14)的另一端为半圆形；所述六角隔板(3)的叶顶圆半径、外壁面的曲率半径与所述分离挡板(14)另一端的半圆半径之比为3:9:1。
3.根据权利要求1所述的应用于离心泵的快速启动装置，其特征在于，所述一级螺旋分离器(8)和所述二级螺旋分离器(7)结构相同；
所述一级螺旋分离器(8)包括半椭圆形的弯管以及安装在所述弯管内表面的螺旋形刀片，所述弯管为半椭圆形结构，长轴与短轴之比为4:3；所述螺旋形刀片左右旋向相反。
4.根据权利要求1所述的应用于离心泵的快速启动装置，其特征在于，所述两个二级叶片(21)的旋向相反布置；
所述下止逆阀(23)底部一级叶片和侧面一级叶片的旋向相反布置，所述下止逆阀(23)的底部一级叶片和侧面一级叶片轴向夹角为45°。
5.根据权利要求1所述的应用于离心泵的快速启动装置，其特征在于，所述下止逆阀(23)的横截面为圆形；
所述下止逆阀(23)的底面与所述下自吸室(11)的底侧内壁紧密贴合，用于封闭所述连通管(12)。
6.根据权利要求1所述的应用于离心泵的快速启动装置，其特征在于，所述下止逆阀(23)的底面与侧面之间夹角为120°。
7.根据权利要求1所述的应用于离心泵的快速启动装置，其特征在于，所述下止逆阀(23)的侧面与所述下自吸室(11)的底部侧面采用间隙配合。
8.根据权利要求1所述的应用于离心泵的快速启动装置，其特征在于，所述收缩槽(4)的深度与所述分离挡板(14)的高度之比为1.2:1。
9.根据权利要求1所述的应用于离心泵的快速启动装置，其特征在于，所述上自吸室的(18)的内壁直径与所述下自吸室(11)的内壁直径比为2:3。
10.根据权利要求1所述的应用于离心泵的快速启动装置，其特征在于，所述一级螺旋分离器(8)、所述二级螺旋分离器(7)、所述一级叶片(10)、所述三级叶片(6)和所述二级叶片(21)由铝合金材料制成；
所述上自吸室(18)、所述下自吸室(11)、所述进口管道(25)、所述吸气管(2)和所述收缩槽(4)均为铸铁一体成型；
所述六角隔板(3)、所述分离挡板(14)、所述上止逆阀(20)和所述下止逆阀(23)均为橡胶材料加工成型；
所述收缩弹簧(13)由石墨烯材料制成。
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