CN102192158A - 立式无密封自吸泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立式无密封自吸泵，包括基座部件、扩压部件、驱动部件和密封部件；基座部件包括底座(1)，在底座(1)内设有空腔作为气液分离室(19)，在底座(1)上固定设置入口弯管(2)以及出口直管(4)；扩压部件包括位于气液分离室(19)内的蜗壳(6)以及后密封口环(9)；驱动部件包括电机(17)、联轴器(16)等；位于气液分离室(19)内的密封部件为两级副叶轮密封结构，包括副叶轮上密封罩(14)、副叶轮下密封罩(12)、第一级密封副叶轮(21)和第二级副叶轮(13)。该立式无密封自吸泵具有自吸性能优异，结构和安装维护简单等特点。

Description

立式无密封自吸泵

技术领域

本发明涉及一种自吸泵，尤其是用于输送一些含有杂质的特殊介质，并且结构上采用铸造蜗壳，并采用副叶轮密封的立式自吸泵。

背景技术

自吸泵是在启动阶段靠自身的作用把水吸上来并投入正常运转的一种泵。通过自吸泵的特殊结构，可以实现除了在第一次启动时需要灌水外，以后启动都不需预先灌水。从广义上讲，自吸泵的种类很多，按其作用原理可分为自吸离心泵、自吸混流泵、自吸漩涡泵等。从狭义上说，当人们提到自吸泵时，一般都指自吸离心泵。自吸离心泵按作用原理分为气液混合式(包括内混式和外混式)、水环轮式、射流式(包括液体射流及气体射流)、其它型式(附带各种容积泵，如手压泵、隔膜泵、柱塞泵等)。

气液混合式自吸泵的工作过程是：平时设法使泵内存一定量的水，泵启动后由于叶轮的旋转作用，吸入管路的空气和水经过充分的混合后，被排到气液分离室，则上部的气体逸出，下部的水返回叶轮，重新和吸入管路的剩余气体混合，直到把泵及进水管路内的其他空气全部排尽，完成自吸，则开始正常抽水。根据水和不同部位的空气混合区别，气液混合式自吸泵分为内混式和外混式。其中气液分离室中的液体回流到叶轮进口处，空气和水在叶轮进口处混合的形式称为内混式自吸泵。气液分离室中的液体回流到泵叶轮出口处，空气和水在叶轮外缘处混合的形式称为外混式自吸泵。

传统的自吸离心泵多为卧式结构，这种结构的离心泵已经大量用于排灌、石油、化工、食品、环保处理等工程。然而，卧式自吸泵结构相对复杂，特别对于介质含固体颗粒等介质工况较为恶劣的情况，普通卧式自吸泵难以适应，并且效率低下。因此，近几年来，国内已经针对上述特殊的应用需求开发出一种立式自吸泵，其结构相对简单，主要由叶轮、泵体、气液分离室、轴、副叶轮、止回阀、入口管放气阀等部件构成。泵用联轴器与电机相联，轴向力由立式电机的径向推力轴承来承受。特别是采用副叶轮密封结构使其密封更加适用于含固体颗粒条件下的液体输送，而且可靠性高。目前，这类立式自吸泵产品大多被称为“立式无密封自控自吸泵”或“立式自控自吸泵”等，其研究开发和推广应用越来越受到同行业的重视，并且已经广泛应用于钢铁、冶金、石化、环保等行业，可取代各种长轴液下泵、潜水泵和潜污泵等。

而现有产品和已公布的立式自吸泵专利都采用了气液分离室和泵扩散体(蜗壳)独立的设计，由泵扩散体(蜗壳)到自吸泵出口的流动损失很大，并且泵扩散体(蜗壳)大多采用焊接结构，整个结构的通配互换性较差。同时，虽然副叶轮密封作为非接触式密封，能够适应含固体介质的输送问题，还解决了密封泄漏和可靠性问题；但是副叶轮密封的功耗相对填料密封或机械密封明显偏大。上述原因导致普通立式自吸泵普遍存在效率过低、零部件通配互换性差等问题。虽然现有专利或产品也对过流部件、密封结构等进行了一些局部改进，但从其基本结构上看，与原有结构相比没有太大改变。而国内有一种改进结构为了提高泵的效率，采用辅助真空系统实现启动阶段的自吸，并且泵轴采用填料密封，这种结构虽然提高了效率，但其自身结构不具备自吸能力，而且旋转轴密封位置泄漏严重，应用效果并不理想。

从现有立式自吸泵产品的结构和应用情况来看，现有结构虽然基本能够满足性能要求，但依然缺少从安装结构、通配互换性、过流部件流体动力学特性、自吸特性等方面综合考虑进行整体结构，效率比普通离心泵低很多。要在保证自吸性能的前提下，大幅度提高泵的效率，必须从整体上采用全新的立式自吸泵结构形式，并且还需基于合理的流动结构减小内部损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具备无密封、自吸性能优异、结构和安装维护简单的立式无密封自吸泵，使其具有高效率、高可靠性、自吸时间短和通配互换性好的特点，特别是减少了自吸泵的功耗，提高了自吸泵整机的效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种立式无密封自吸泵，包括基座部件、扩压部件、驱动部件和密封部件；

基座部件包括底座，在底座内设有空腔作为气液分离室，在气液分离室内设有入口导流座，在底座上固定设置入口弯管以及出口直管；入口弯管与入口导流座的下端密封地相连通；在入口弯管上设有排气阀；出口直管的出口与出口弯管密封相连通；

扩压部件包括位于气液分离室内的蜗壳以及后密封口环，蜗壳的入口与入口导流座的上端相连通；蜗壳的出口与出口直管的入口中心对齐；

驱动部件包括安装在电机支撑座上的电机，位于底座上方的电机支撑座与底座固定相连；电机支撑座密封气液分离室的顶部；电机的转轴通过联轴器与泵轴的上端相连，位于蜗壳内的叶轮通过叶轮固定螺母与泵轴的下端固定相连；

在叶轮和蜗壳之间设置后密封口环，后密封口环固定在蜗壳上；

位于气液分离室内的密封部件为两级副叶轮密封结构，包括副叶轮上密封罩、副叶轮下密封罩、第一级密封副叶轮和第二级副叶轮，副叶轮上密封罩位于副叶轮下密封罩的上方，且副叶轮上密封罩与电机支撑座固定相连，副叶轮下密封罩与副叶轮上密封罩固定相连，在副叶轮上密封罩内设置第一级密封副叶轮，在副叶轮下密封罩内设置第二级密封副叶轮，第一级密封副叶轮和第二级密封副叶轮与泵轴采用键联接，轴向位置通过副叶轮固定螺母固定。

作为本发明的立式无密封自吸泵的改进：上密封副叶轮和下密封副叶轮的叶片均采用长叶片和短叶片交错设置的复合结构，副叶轮上密封罩和副叶轮下密封罩上分别设有阻旋直叶片。

作为本发明的立式无密封自吸泵的进一步改进：蜗壳的出口与出口直管的入口之间的距离小于出口直管内径的20％；蜗壳的出口内径为出口直管内径的0.8-1.2倍。

作为本发明的立式无密封自吸泵的进一步改进：叶轮为铸造的闭式叶轮。

作为本发明的立式无密封自吸泵的进一步改进：底座呈顶部开口的圆筒式底座，电机支撑座与圆筒式底座的顶部开口密封相连，圆筒式底座的内腔作为密封的气液分离室。

作为本发明的立式无密封自吸泵的进一步改进：排气阀为常闭式电磁阀。

作为本发明的立式无密封自吸泵的进一步改进：排气阀上连接有蓄电池和延时开关。

本发明的立式无密封自吸泵，能满足钢铁、冶金、石化等各行业所需。

本发明的立式无密封自吸泵区别于传统的立式无密封自吸泵，其采用了更方便简洁的基座部件，通过焊接的形式将基座部件固定起来，并且采用法兰连接出口直管段和出口弯管段，适用于各种出口工况下的自吸泵；扩压部件采用更高效率的水力性能，并且合理设计叶轮与蜗壳的装配方法，在保证了自吸泵的自吸性能的同时，减少了蜗壳到气液分离室的水力损失；密封部件采用两级副密封叶轮串联的结构，既能够保证自吸泵的密封性能，还能够减少密封部件的功耗；驱动部件采取拆装便捷的方式，将两级副密封叶轮结构依次安装在泵轴上，统一再安装进泵体内；然后再通过电机支撑座与驱动电机相连。整个泵体通过采用自上而下的安装形式，保证了整台自吸泵的通配互换性，拆卸安装方便，便于加工。

综上所述，本发明从叶轮、蜗壳、气液分离室、自吸泵出口的匹配性着手，通过对低功耗密封副叶轮、过流部件工艺、关键部件通配互换性等多方面综合分析，提出全新的立式无密封自吸泵结构，这种立式自吸泵由于采用了符合流体流动规律的过流部件结构和低功耗密封副叶轮，使其具备良好的自吸性能的同时，大功率产品的效率比传统产品提高15％以上，配套电机功率降低1～2档，更够更好地适应今后各行业对产品节能的需求。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的一种立式无密封自吸泵的剖视结构示意图；

图2是图1中蜗壳6的放大示意图；

图3是图1中第一级密封副叶轮21的结构示意图；

图4是图1中副叶轮上密封罩14(内设阻旋直叶片61)的结构示意图；

图5是本发明的另一种立式无密封自吸泵的剖视结构示意图；

图1～图5中：

底座1、入口弯管2、入口导流座3、出口直管4、出口弯管5、蜗壳6、叶轮7、叶轮固定螺母8、后密封口环9、泵轴10、副叶轮固定螺母11、副叶轮下密封罩12、下密封副叶轮13、副叶轮上密封罩14、电机支撑座15、联轴器16、电机17、排气阀18、气液分离室19、出口通孔20、上密封副叶轮21、长叶片51、短叶片52和阻旋直叶片61。

具体实施方式

在以下实施例中，均按照常规的泵体的密封性要求设置相应的密封件。

实施例1、一种立式无密封自吸泵，包括基座部件、扩压部件、驱动部件和密封部件。

基座部件包括底座1，该底座1为顶部突起的圆筒式底座，底座1的上部围成内腔作为气液分离室19。圆筒式的结构用于保证底座1的稳定性，整体不可拆装，作为一个基座固定在使用现场，用于保证整套泵装置的通配互换性。

在气液分离室19内固定设置入口导流座3，在底座1的右侧固定设置入口弯管2，该入口弯管2的一端密封地穿越底座1的侧壁后与入口导流座3的下端密封地相连通。在位于气液分离室19外部的入口弯管2上设置排气阀18，该排气阀18为常闭式电磁阀，该排气阀18上连接有蓄电池和延时开关。在底座1的左侧壁上设有出口通孔20，位于气液分离室19外部的出口直管4密封地与此出口通孔20相连通，出口通孔20的孔径等于出口直管4的内径。出口直管4的出口通过法兰与出口弯管5密封相连通；

实际制作中，底座1、入口弯管2、入口导流座3和出口直管4通过焊接制成一个整体。

扩压部件包括位于气液分离室19内的蜗壳6以及后密封口环9，蜗壳6采用铸造的方式制备而得。蜗壳6位于入口导流座3的上方，该蜗壳6的入口与入口导流座3的上端密封地相连通；该蜗壳6可通过螺钉与底座1固定相连。

蜗壳6的出口与出口直管4的入口中心对齐；蜗壳6出口与出口直管4的入口之间的距离小于出口直管4内径的20％；蜗壳6的出口内径为出口直管4内径的0.8-1.2倍。

例如具体为：蜗壳6的出口内径为499.6mm，出口直管4内径为500mm(即，出口直管4内径比蜗壳6的出口内径大0.4mm)，蜗壳6出口与出口直管4的入口之间的距离为36mm。

驱动部件包括安装在电机支撑座15上的电机17，电机支撑座15位于底座1的上方，电机支撑座15密封的与底座1的顶部开口相连，即电机支撑座15密封位于气液分离室19的顶部，从而使气液分离室19成为一个密封的空间。电机17的转轴通过联轴器16与泵轴10的上端相连，电机17的转轴与泵轴10的中心轴线相重合。在蜗壳6内设有叶轮7，该叶轮7为铸造闭式叶轮。位于蜗壳6内的叶轮7通过叶轮固定螺母8与泵轴10的下端固定相连，叶轮7与泵轴10之间可按照常规方式密封件。在叶轮7和蜗壳6之间设置后密封口环9，该后密封口环9固定在蜗壳6上；在叶轮工作的过程中，后密封口环9平衡泵的轴向力，降低密封腔的压力；与此同时，还能减少叶轮密封环处的泄漏量；后密封口环9也起到耐磨作用，避免叶轮7和蜗壳6的损坏。

叶轮7(属于驱动部件)、蜗壳6(属于扩压部件)、入口导流座3(属于基座部件)共同组成基本过流部件；该基本过流部件的作用是：在叶轮7旋转的过程中，由于叶轮7部件产生低压，将外部的介质通过入口导流座3吸入到叶轮7内，再通过蜗壳6扩流到气液分离室19，实现介质的输送过程。

位于气液分离室19内的密封部件为两级式副叶轮密封结构，整个两级式副叶轮密封结构位于蜗壳6的上方，该两级式副叶轮密封结构包括副叶轮上密封罩14、副叶轮下密封罩12、上密封副叶轮21和下密封副叶轮13。副叶轮上密封罩14位于副叶轮下密封罩12的上方，且副叶轮上密封罩14与电机支撑座15固定相连，副叶轮下密封罩12与副叶轮上密封罩14密封的固定相连，在副叶轮上密封罩14内设置上密封副叶轮21，在副叶轮下密封罩12内设置下密封副叶轮13，上密封副叶轮21和下密封副叶轮13与泵轴10采用键联接，轴向位置通过副叶轮固定螺母11固定。

具体如下：密封部件采用新型的两级副叶轮和密封罩组合结构，上密封副叶轮21和下密封副叶轮13叶片采用长叶片51和短叶片52相间隔的复合结构(如图3所示)，副叶轮上密封罩14和副叶轮下密封罩12上设有阻旋直叶片61(如图4所示)。

上密封副叶轮21采用6对长短叶片对，均匀并且间隔分布在副叶轮圆周上，其能产生的作用如下：改善上密封副叶轮21内部流场和压力场，通过在长叶片间设置短叶片冲刷尾流，有效防止尾流产生和发展，增大了有限叶片修正系数。下密封副叶轮13的结构和作用同上密封副叶轮21。两级副叶轮的串联结构，在保证了副叶轮的密封性能的同时减小了副叶轮的功耗。阻旋直叶片61用以阻止密封叶轮内的介质旋转，避免消耗更多的能量。

该立式无密封自吸泵的工作步骤和工作内容具体如下：

1、入口弯管2的入口端对准水源，在自吸泵的首次使用之前灌注一定的输送介质，启动电机17，由电机17通过联轴器16带动泵轴10转动。

2、泵轴10带动叶轮7以及两级密封副叶轮(即上密封副叶轮15和下密封副叶轮13)旋转，由于叶轮7的作用，吸入出口直管4内的空气和水经过充分的混合后，被排到气液分离室19，由于密度差异，则上部的气体在液体的压力下压出气液分离室19，从泵的出口管逸出，下部的水返回叶轮7，重新和吸入泵体以及入口管路的剩余气体混合，如此循环，直到把泵、入口弯管2以及出口直管4内的其他空气全部排尽，完成自吸，并正常抽水。

3、立式无密封自吸泵的安装过程实现自下而上的简单过程，从底座1、蜗壳6以及依次安装两级副叶轮13、21和主叶轮的泵轴10、电机支承座15、联轴器16和电机17，实现单个方向的拆装。

4、立式无密封自吸泵采用两级副叶轮串联的主轴密封结构，取代了传统的机械密封，实现泵的运行过程中的自密封，同时相比单级结构减小副叶轮外径，大幅降低密封功耗。新型的叶轮7、蜗壳6、出口直管4和气液分离室19的配合结构，既保证了自吸泵的自吸性能，又大大减小了自吸泵的水力损失，提高了自吸泵运行的效率，降低了泵的能耗。

5、排气阀18在泵运行过程中关闭，保证管路封闭。在泵停机时，排气阀18打开，使空气瞬间进入入口弯管2，破坏入口弯管2的虹吸，使泵体内留有足够的输送介质，保证泵下次启动时具有自吸能力。

实施例2、一种立式无密封自吸泵，蜗壳6的出口内径为460mm，出口直管4内径为500mm(即，出口直管4内径比蜗壳6的出口内径大40mm)，蜗壳6出口与出口直管4的入口之间的距离为10mm。

位于气液分离室19内的密封部件为单级式副叶轮密封结构，整个副叶轮密封结构位于蜗壳6的上方，该副叶轮密封结构包括副叶轮密封罩30、密封副叶轮31。副叶轮密封罩30与电机支撑座15固定相连，在副叶轮密封罩30内设置密封副叶轮31，密封副叶轮31与泵轴10采用键联接，轴向位置通过副叶轮固定螺母11固定。

其余同实施例1。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.立式无密封自吸泵，其特征是：包括基座部件、扩压部件、驱动部件和密封部件；

所述基座部件包括底座(1)，在底座(1)内设有空腔作为气液分离室(19)，在气液分离室(19)内设有入口导流座(3)，在底座(1)上固定设置入口弯管(2)以及出口直管(4)；所述入口弯管(2)与入口导流座(3)的下端密封地相连通；在所述入口弯管(2)上设有排气阀(18)；所述出口直管(4)的出口与出口弯管(5)密封相连通；

所述扩压部件包括位于气液分离室(19)内的蜗壳(6)以及后密封口环(9)，所述蜗壳(6)的入口与入口导流座(3)的上端相连通；蜗壳(6)的出口与出口直管(4)的入口中心对齐；

所述驱动部件包括安装在电机支撑座(15)上的电机(17)，位于底座(1)上方的电机支撑座(15)与底座(1)固定相连；所述电机支撑座(15)密封气液分离室(19)的顶部；电机(17)的转轴通过联轴器(16)与泵轴(10)的上端相连，位于蜗壳(6)内的叶轮(7)通过叶轮固定螺母(8)与泵轴(10)的下端固定相连；

在叶轮(7)和蜗壳(6)之间设置后密封口环(9)，所述后密封口环(9)固定在蜗壳(6)上；

位于气液分离室(19)内的密封部件为两级副叶轮密封结构，包括副叶轮上密封罩(14)、副叶轮下密封罩(12)、第一级密封副叶轮(21)和第二级副叶轮(13)，所述副叶轮上密封罩(14)位于副叶轮下密封罩(12)的上方，且副叶轮上密封罩(14)与电机支撑座(15)固定相连，副叶轮下密封罩(12)与副叶轮上密封罩(14)固定相连，在副叶轮上密封罩(14)内设置第一级密封副叶轮(21)，在副叶轮下密封罩(12)内设置第二级密封副叶轮(13)，所述第一级密封副叶轮(21)和第二级密封副叶轮(13)与泵轴(10)采用键联接，轴向位置通过副叶轮固定螺母(11)固定。

2.根据权利要求1所述的立式无密封自吸泵，其特征是：所述上密封副叶轮(21)和下密封副叶轮(13)的叶片均采用长叶片(51)和短叶片(52)复合结构，副叶轮上密封罩(14)和副叶轮下密封罩(12)上分别设有阻旋直叶片(61)。

3.根据权利要求1或2所述的立式无密封自吸泵，其特征是：蜗壳(6)的出口与出口直管(4)的入口之间的距离小于出口直管(4)内径的20％；蜗壳(6)的出口内径为出口直管(4)内径的0.8-1.2倍。

4.根据权利要求3所述的一种立式无密封自吸泵，其特征是：所述叶轮(7)为铸造的闭式叶轮。

5.根据权利要求4所述的一种立式无密封自吸泵，其特征是：所述底座(1)呈顶部开口的圆筒式底座，电机支撑座(15)与圆筒式底座的顶部开口密封相连，圆筒式底座的内腔作为密封的气液分离室(19)。

6.根据权利要求5所述的一种立式无密封自吸泵，其特征是：所述排气阀(18)为常闭式电磁阀。

7.根据权利要求6所述的一种立式无密封自吸泵，其特征是：所述排气阀(18)上连接有蓄电池和延时开关。

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