CN102588296B - 一种新型多喷嘴涡轮式风动潜水泵 - Google Patents

一种新型多喷嘴涡轮式风动潜水泵 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型多喷嘴涡轮式风动潜水泵,包括泵体、涡轮壳体、涡轮盖板、转轴、涡轮、支撑装置、密封座、水轮、泵盖、防污座,在泵体上设出水接头,在涡轮壳体下端面固接环状进风喷嘴,在进风喷嘴周向表面固接进风管,在进风喷嘴内部沿周向有与进风管相通的主气流道,主气流道向上均布延伸有N个分气流道,N为自然数,2≤N≤6,在进风喷嘴上端部有与分气流道相通的且置于涡轮壳体上的通风孔内的喷。本发明使用寿命长、结构简单、成本低,可大批量生产,采用共流道,分喷嘴使气马达功率大增;采用消音器降低噪音;采用整体精密铸造高效涡轮,能量率转换高;采用复合式叶轮,对含颗粒较大杂质的污水也能适应,流量大,扬程大。

Description

一种新型多喷嘴涡轮式风动潜水泵
技术领域
本发明涉及一种新型多喷嘴涡轮式风动潜水泵,属于风动水泵技术领域。
背景技术
现有气动潜水泵一般分为三种类型:叶片泵、涡轮泵和齿轮泵,它们一般都是由气马达、潜水泵和消音器等部分组成。气马达主要由进气装置、涡轮装置组成,潜水泵主要有泵体、水轮等组成。叶片泵因其流量和扬程比较高而使用早、应用广,但因其叶片和气缸间及叶片和导槽间存在滑动摩擦,即使是带油雾器的一般连续使用不到十天就需要维修;涡轮泵虽无上述问题,但普遍存在流量和扬程流量偏低,排污能力差(一般泥沙颗粒直径不大于5mm);而齿轮泵采用一对啮合的齿轮作为动力源,要求气源非常纯净,同时也有齿面磨损问题,适用范围较小。目前虽然有一些经改进的涡轮泵出现,但不是结构复杂,成本高,就是改进效果不明显,使用寿命短,且涡轮多为基体、叶片、围带焊接而成,很难保证其制作精度,影响风能向动能的转换效率。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种新型多喷嘴涡轮式风动潜水泵,该风动潜水泵不仅具有使用寿命长、噪音小、结构简单的优点,而且由于采用共流道,分喷嘴而使气马达功率大增,从而使潜水泵的流量大、扬程大,排沙排污能力远远大于单喷嘴涡轮泵。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种新型多喷嘴涡轮式风动潜水泵,包括泵体、涡轮壳体、涡轮盖板、转轴、涡轮、支撑装置、密封座、水轮、泵盖、防污座,所述涡轮位于涡轮壳体内,所述涡轮盖板位于涡轮上方并与涡轮壳体固定连接,所述水轮位于泵体内,所述泵盖位于水轮下方并与泵体固定连接,所述防污座位于泵体及泵盖下方并与泵体固定连接,所述支撑装置包括轴承壳体、轴承盖、轴承,所述轴承壳体上端与轴承盖及涡轮壳体固定连接,下端与泵体固定连接,所述轴承支撑于轴承壳体与转轴之间,所述转轴依次穿过涡轮壳体、轴承壳体、泵体,且其上端与涡轮固定连接,下端与水轮固定连接,所述密封座固定于转轴与泵体之间,在所述泵体上设置有出水接头,在所述涡轮壳体的下端面固定连接一环状的进风喷嘴,所述转轴穿过该进风喷嘴的环状中心,在所述进风喷嘴的周向外表面固定连接一个进风管,在所述进风喷嘴的内部沿其周向有一圈与进风管相通的主气流道,所述主气流道向上均布延伸有N个分气流道,所述N为自然数,且2≤N≤6,在所述进风喷嘴的上端部有与分气流道的个数相同并与分气流道相通的喷嘴,在所述涡轮壳体上有与进风喷嘴的个数相同的通风孔,所述喷嘴置于通风孔内,在所述涡轮盖板上有与通风孔的位置相对的盖板排气孔。以进风喷嘴、涡轮作为动力发生装置,采用遮辐式汽轮机原理设计,压缩空气自进风管口流入进风喷嘴, 膨胀后产生高速气流,此高速气流自喷嘴出口由涡轮入口侧进入涡轮叶片叶道,并从涡轮出口侧离开涡轮。在涡轮叶片叶道内,气流的绝对速度是逐渐减小的。根据欧拉动量矩方程,单位流量压缩空气对涡轮叶片的作功量为:                                                
Figure 2012100604159100002DEST_PATH_IMAGE001
,在透平级内,周向分速C 1u 的方向与动叶片的旋转方向一致, 因而C 1u u 1>0,而C 2u 的方向与动叶片的旋转方向相反, 则C 2u u 2<0。气流在叶轮内依靠绝对运动功能的减少而对涡轮叶片作功, 从而推动涡轮旋转,将涡轮与水泵水轮同轴连接,即可带动水泵转动,从而达到排水目的。
所述分气流道在所述进风喷嘴沿分气流道的型面上包括上半部和下半部,所述上半部由上曲面一与上曲面二相外切组成,下半部由圆锥面与下曲面一相接及下曲面一与下曲面二相外切组成,所述上曲面一的曲率半径取值在R160~R170范围内,所述上曲面二的曲率半径取值在R16~R30范围内,所述下曲面一的曲率半径取值在R130~R140范围内,所述下曲面二的曲率半径取值在R5~R10范围内,所述圆锥面的轴向与水平面的夹角α为16°。圆锥面的轴向与水平面的夹角(即风口入射角)α取较小值16°(一般15°<α<25°),且正对涡轮叶片凹面,推力最大;由于入射角小,推动涡轮的轴向力(无功分力)小,切向力大,能量转换效率高。这里在透平式涡轮入口的压缩空气为亚音速流动,根据气体动力学,为使气流加速,采用拉伐尔喷嘴结构。即亚音速气流先在收缩段加速,至喉部截面时达到音速后,再使其在扩张段内流动,由于达到音速的气流在扩张段内为加速流动,即可在喷嘴出口截面处获得高速的超音速气流。为使喷嘴出口截面的形状既能产生超音速气流,又能与透平式涡轮入口侧很好的匹配,拉伐尔喷嘴采用倾斜出口截面型式。
所述上曲面一的曲率半径取值为R165,所述上曲面二的曲率半径取值为R16,所述下曲面一的曲率半径取值为R136,所述下曲面二的曲率半径取值为R5。
还包括消音器,所述消音器包括消音罩、排气管、消音板,所述消音罩固定于涡轮盖板上端,所述消音板嵌于消音罩内并与贯穿消音罩的排气管固定连接,在所述消音罩、排气管、消音板三者形成的空腔内填充有消音棉。本发明采用小孔群排气和扩张室消声原理降低噪音。压缩空气经涡轮盖板的盖板排气孔排入消音罩扩张消声后,经过消音板小孔群进一步消声,消音棉阻断消声,排气管小孔群消声,组合消声降低噪音。采用消音棉可将噪音由70dB降低到60dB。
所述涡轮的涡轮叶片采用月牙型流线叶片,所述水轮的水轮叶片采用半开离心漩涡复合叶片。本发明水轮叶片采用半开离心漩涡复合叶片对含颗粒较大杂质的污水也能适应,且流量大,扬程也较大。
本发明使用寿命长、结构简单、成本低,可大批量生产,采用共流道,分喷嘴而使气马达功率大增;采用复合消音组合结构的消音器降低噪音,使用噪音小;采用整体精密铸造高效涡轮,能量率转换高;采用复合式叶轮,对含颗粒较大杂质的污水也能适应,排沙排污能力强,且流量大,扬程也较大。
附图说明
图1为本发明部分剖开的结构示意图;
图2为图1中的A-A剖视结构示意图;
图3为进风喷嘴的沿分气流道的型面与涡轮叶片位置关系的结构示意图;
图4为水轮的结构示意图。
图中:泵体1、出水接头2、轴承壳体3、进风管4、进风喷嘴5、喷嘴5-1、分气流道5-2、上曲面一5-2-1、上曲面二5-2-2、圆锥面5-2-3、下曲面一5-2-4、下曲面二5-2-5、主气流道5-3、涡轮壳体6、通风孔6-1、涡轮盖板7、盖板排气孔7-1、消音罩8、排气管9、消音棉10、消音板11、转轴12、涡轮13、涡轮叶片13-1、轴承盖14、轴承17、密封座18、水轮19、水轮叶片19-1、泵盖20、防污座21。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1~图4所示,一种新型多喷嘴涡轮式风动潜水泵,包括泵体1、轴承壳体3、涡轮壳体6、涡轮盖板7、转轴12、涡轮13、轴承盖14、轴承17、密封座18、水轮19、泵盖20、防污座21、消音器。
在泵体1上设置有出水接头2,在涡轮壳体6的下端面固定连接进风喷嘴5,在进风喷嘴5的周向外表面固定连接进风管4,在进风喷嘴5的内部有主气流道5-3,主气流道5-3向上均布延伸有N个分气流道5-2,本实施例N=4,在进风喷嘴5的上端部有四个喷嘴5-1,在涡轮壳体6上有四个通风孔6-1,喷嘴5-1置于通风孔6-1内,在涡轮盖板7上有与通风孔6-1的位置相对的盖板排气孔7-1。
分气流道5-2在进风喷嘴5沿分气流道5-2的型面上包括上半部和下半部,上半部由上曲面一5-2-1与上曲面二5-2-2相外切组成,下半部由圆锥面5-2-3与下曲面一5-2-4相接及下曲面一5-2-4与下曲面二5-2-5相外切组成,本实施例上曲面一5-2-1的曲率半径取值为R165,上曲面二5-2-2的曲率半径取值为R16,下曲面一5-2-4的曲率半径取值为R136,下曲面二5-2-5的曲率半径取值为R5,圆锥面5-2-3的轴向与水平面的夹角α(即风口入射角)为16°。
消音器包括消音罩8、排气管9、消音板11,消音罩8固定于涡轮盖板7上端,消音板11嵌于消音罩8内并与贯穿消音罩8的排气管9固定连接,在消音罩8、排气管9、消音板11三者形成的空腔内填充有消音棉10。
涡轮13的涡轮叶片13-1采用月牙型流线叶片,以轻质铸造铝合金ZL107为材料,采用失蜡精密铸造一次成型,有效的保证了其形状和分布均匀性,本实施例共32片。水轮19的水轮叶片19-1采用半开离心漩涡复合叶片,对含颗粒较大杂质的污水也能适应,且流量大,扬程也较大。
本发明在工作时,气压为0.4~0.5MPa的压缩空气经进风管4、进风喷嘴5的主气流道5-3、分气流道5-2、喷嘴5-1,以16°小斜角正面吹在涡轮叶片13-1上,吹动涡轮13高速旋转。同装在转轴12上的水轮19也以相同速度旋转。由于离心作用,将其下部防污座21内进入的水,经过水轮19、泵体1共同作用抛向出水接头2。防污座21还有过滤大颗粒杂质的作用。密封座18可防止泵体1内液体上行进入轴承壳体3内。

Claims (4)

1.一种多喷嘴涡轮式风动潜水泵,包括泵体(1)、涡轮壳体(6)、涡轮盖板(7)、转轴(12)、涡轮(13)、支撑装置、密封座(18)、水轮(19)、泵盖(20)、防污座(21),所述涡轮(13)位于涡轮壳体(6)内,所述涡轮盖板(7)位于涡轮(13)上方并与涡轮壳体(6)固定连接,所述水轮(19)位于泵体(1)内,所述泵盖(20)位于水轮(19)下方并与泵体(1)固定连接,所述防污座(21)位于泵体(1)及泵盖(20)下方并与泵体(1)固定连接,所述支撑装置包括轴承壳体(3)、轴承盖(14)、轴承(17),所述轴承壳体(3)上端与轴承盖(14)及涡轮壳体(6)固定连接,下端与泵体(1)固定连接,所述轴承(17)支撑于轴承壳体(3)与转轴(12)之间,所述转轴(12)依次穿过涡轮壳体(6)、轴承壳体(3)、泵体(1),且其上端与涡轮(13)固定连接,下端与水轮(19)固定连接,所述密封座(18)固定于转轴(12)与泵体(1)之间,在所述泵体(1)上设置有出水接头(2),其特征在于:在所述涡轮壳体(6)的下端面固定连接一环状的进风喷嘴(5),所述转轴(12)穿过该进风喷嘴(5)的环状中心,在所述进风喷嘴(5)的周向外表面固定连接一个进风管(4),在所述进风喷嘴(5)的内部沿其周向有一圈与进风管(4)相通的主气流道(5-3),所述主气流道(5-3)向上均布延伸有N个分气流道(5-2),所述N为自然数,且2<N≤6,在所述进风喷嘴(5)的上端部有与分气流道(5-2)的个数相同并与分气流道(5-2)相通的喷嘴(5-1),在所述涡轮壳体(6)上有与进风喷嘴(5)的个数相同的通风孔(6-1),所述喷嘴(5-1)置于通风孔(6-1)内,在所述涡轮盖板(7)上有与通风孔(6-1)的位置相对的盖板排气孔(7-1),所述分气流道(5-2)在所述进风喷嘴(5)沿分气流道(5-2)的型面上包括上半部和下半部,所述上半部由上曲面一(5-2-1)与上曲面二(5-2-2)相外切组成,下半部由圆锥面(5-2-3)与下曲面一(5-2-4)相接及下曲面一(5-2-4)与下曲面二(5-2-5)相外切组成,所述上曲面一(5-2-1)的曲率半径取值在R160~R170范围内,所述上曲面二(5-2-2)的曲率半径取值在R16~R30范围内,所述下曲面一(5-2-4)的曲率半径取值在R130~R140范围内,所述下曲面二(5-2-5)的曲率半径取值在R5~R10范围内,所述圆锥面(5-2-3)的轴向与水平面的夹角α为16°。
2.根据权利要求1所述的多喷嘴涡轮式风动潜水泵,其特征在于:所述上曲面一(5-2-1)的曲率半径取值为R165,所述上曲面二(5-2-2)的曲率半径取值为R16,所述下曲面一(5-2-4)的曲率半径取值为R136,所述下曲面二(5-2-5)的曲率半径取值为R5。
3.根据权利要求1或2所述的多喷嘴涡轮式风动潜水泵,其特征在于:还包括消音器,所述消音器包括消音罩(8)、排气管(9)、消音板(11),所述消音罩(8)固定于涡轮盖板(7)上端,所述消音板(11)嵌于消音罩(8)内并与贯穿消音罩(8)的排气管(9)固定连接,在所述消音罩(8)、排气管(9)、消音板(11)三者形成的空腔内填充有消音棉(10)。
4.根据权利要求3所述的多喷嘴涡轮式风动潜水泵,其特征在于:所述涡轮(13)的涡轮叶片(13-1)采用月牙型流线叶片,所述水轮(19)的水轮叶片(19-1)采用半开离心漩涡复合叶片。
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