CN102678576B - 一种电动应急消防泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动应急消防泵，包括电动机，其下方通过联接架与应急消防泵连接，电动机的驱动轴位于联接架内，且通过第一、第二联轴器、与轴连接，应急消防泵下方设有水环真空泵，轴穿过设于联接架内的轴承体后，依次与设于应急消防泵的泵体内的叶轮、设于水环真空泵的泵体内的真空叶轮连接。本发明所述的电动应急消防泵，结构合理，水环真空泵的真空叶轮和电动应急消防泵的叶轮采用同一根轴，真空叶轮消耗的功率相对很小，虽然抽气结束后真空叶轮和电动应急消防泵的叶轮一样还在旋转，但可以忽略不计；由于有电动应急消防泵内的水源可以进行内循环，因此真空叶轮不会磨损。

Description

一种电动应急消防泵

技术领域

本发明涉及船用消防设备，具体说是一种电动应急消防泵。尤指船用电动应急消防泵。

背景技术

应急消防泵作为船上重要的辅机设备，关系到船舶的生命安全，其作用不可替代。船用应急消防泵除了达到必需的排量和压头外，最为重要的是必须具备良好的自吸功能，即具有快速的抽气和排气功能以及较高的自吸高度。

从泵的品种来说，作为船用应急消防泵首先必须是离心泵而不是容积泵。因为如果是容积泵（如螺杆泵和齿轮泵），由于其（一）造价很高；（二）输送的介质必须具有像润滑油一样的具有很好的润滑性。因此容积泵一般是不作为应急消防泵使用的。众所周知，普通离心泵是不具备自吸功能的，不能直接作为船舶的应急消防泵使用。

那么使普通离心泵具备自吸功能有以下几个方面途径（目前在普遍使用的）：

1、在离心泵的吸入管路底部安装单向阀。也就是通常说的底阀。底阀的作用就是使吸入管路充满水，通过离心泵叶轮旋转使吸入管路产生负压，从而使得底阀打开，把外部水源引入到泵内，使泵可以正常工作。

但是这里就有一个问题，由于底阀是在吸入管路的底部，即和外部水源（如大海或江河）直接接触，而吸入管路在船舶建造完毕后是无法移动的。也就是说，一旦该底阀出现如密封不严或脱落等问题，是无法进行维修或者更换的。

因此对于使用安装底阀的办法达到自吸的办法，作为应急消防是有隐患的，也是不可靠的。全世界没有哪家船级社是允许应急消防泵采用如此方法的

2、外混或内混式自吸离心泵。它的原理是通过离心叶轮高速旋转（一般出口圆周速度要超过20米/秒），叶轮进口产生负压，进行抽气。为了实现自吸，泵的结构上必须满足以下几个条件：

（1）保证泵停车后，泵内有足够的水储存下来（因为没有液体只有空气，即使叶轮旋转再快也不会产生离心力也就无法产生负压），为此需要在泵体进口处配有单向阀。并且泵体进口必须高于叶轮中心线，以防止泵体内的液体在泵停车后因虹吸作用而被排到吸入管路中去。

（2）为了有效进行气液分离，为此需要有足够容积的气液分离室（目的是为了使得流速降低，靠液体和气体的比重不同而进行气液分离）。

（3）分离出来的液体不断返回到叶轮中去，为此必须要有回流孔以及容积足够大的流道，使分离后的液体返回叶轮中。

（4）为了使抽气和排气隔离，叶轮外圆与泵体的隔舌之间必须保持很小的间隙。

为此，势必造成以下后果：

（1）泵的效率大幅下降（由上面的（123）引起）；

（2）泵的体积大幅增大（由上面的（123）引起）；

（3）泵的振动和噪音大幅增加（由上面的（4）引起）。

另外，由于这种结构的泵的排气是靠降低流速而进行气液分离的，排气效果显然比不上直接排气来的快，因此该泵的自吸能力相对较差，一般要求吸液面与泵进口之间的吸入管路长度小于泵安装高度再加20D（D为吸入管通径）。因此该泵的应用受到了限制，一般也只能使用在排水量为2000吨以下的船舶上。

3、外挂自吸装置

迄今为止有两种外挂自吸装置可以帮助普通离心泵实现自吸：

（一）喷射泵。它的作用原理是：压缩气体通过锥形管，根据流体力学伯努利方程，锥形管通径较小的也就是断面积较小的流速较快，那么它的压力也较低，即产生负压，因此压缩气体的压力越高，通过锥形管的流速就越低，产生的负压就越大，抽气效果也就越好。一般喷射泵当压缩空气压力在7公斤/每平方厘米以上并且提供足够的气量时，其真空度可达到9米，也就是说，抽气效果比较理想，自吸时间和自吸高度都很好。

但是这里有个问题就是：喷射泵要消耗很大的气量，为确保应急消防泵随时能够工作，必须给其配备专用的气源才行，这无形中增加了船舶的造价以及复杂程度，另外船舶的空间也有限，单独配备气源空间上是否允许也未可知。

还有一个问题就是：喷射泵当压缩气体高速通过时会产生巨大的噪音，这对于在海军舰艇尤其是潜艇上使用受到了限制。

（二）水环式真空泵。它的作用原理是：通过真空叶轮旋转，水被真空叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。此时真空叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被真空叶轮分成叶片数目相等的若干个小腔。如果以真空叶轮的上部0°为起点，那么真空叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当真空叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外，从而实现自吸。

水环式真空泵由于其制造简单，可以以水作为介质，并且抽气效果较好（其最高真空度可达9.7米），因此被大量当作真空设备使用。

如果把水环式真空泵结合到应急消防泵中去，对于应急消防泵来说，就可以实现其既能达到消防所需的排量和压头要求，又能不依靠外部条件就能达到良好的自吸性能。

那么如何把水环式真空泵结合到应急消防泵中去？关键在于通过什么方式使真空叶轮旋转。目前在使用的是依靠离心泵的联轴节（带45°斜面）依靠摩擦带动水环式真空泵的联轴节（也带45°斜面），但是这种结构并不可靠，目前普遍存在的问题是：

1．连杆机构卡死，导致水环式真空泵的联轴节（也叫摩擦轮）要么与离心泵的联轴节（也叫摩擦轮）不能靠住，或者说靠住了但不能靠紧，致使真空叶轮不转或者达不到工作转速而无法进行抽气；要么导致水环式真空泵的联轴节（也叫摩擦轮）要么与离心泵的联轴节（也叫摩擦轮）靠得太紧，等到完成抽气过程，泵的压力上来之后却无法脱开，结果泵的压力无法建立，更严重的是两摩擦轮长时间摩擦引起高温导致泵的损毁。这点很难避免，因为：（1）应急消防泵不是经常使用，致使连杆机构动作不灵活；（2）对于海船，舱内海气腐蚀严重，连杆机构稍微产生锈迹就导致其动作失灵。

2．还有一个问题就是抽气不稳。虽然泵的瞬间压力上来，但并不表明此时泵内或者吸入管道内空气已完全排尽，需要再抽一会等到泵内或者吸入管道内空气完全排尽，此时压力完全建立起来，泵的运行也就平稳了。但实际情况是该结构一旦泵的瞬间压力上来，活塞就随之动作，同时连杆机构也跟着动作，摩擦轮迅速脱离，抽气工作随之停止。可是实际上是由于泵内或吸入管道内的空气没有完全排除（这里的原因比较复杂，因为泵内流道比较复杂，导致气体积聚，形成气囊），泵的压力瞬间上来之后稳定不住，很快又下来，结果摩擦轮又反复结合摩擦，水环式真空泵反复工作，直至最后把空气排尽，压力稳定为止。所以有时还得靠人工人为的把住连杆机构，不使其脱离，直至压力稳定。

3．由于摩擦轮结合相互摩擦时会产生较大的噪音，这对于在海军舰艇尤其是潜艇上使用受到了限制。

4．装置机械部分设计太过复杂，零件繁多，因此导致制造成本过高并且机械故障率也随之增加。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电动应急消防泵，结构合理，水环真空泵的真空叶轮和电动应急消防泵的叶轮采用同一根轴，真空叶轮消耗的功率相对很小，虽然抽气结束后真空叶轮和电动应急消防泵的叶轮一样还在旋转，但可以忽略不计；由于有电动应急消防泵内的水源可以进行内循环，因此真空叶轮不会磨损。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种电动应急消防泵，包括电动机25，其下方通过联接架20与应急消防泵连接，电动机25的驱动轴位于联接架20内，且通过第一、第二联轴器17、18与轴8连接，其特征在于：应急消防泵下方设有水环真空泵，

轴8穿过设于联接架20内的轴承体15后，依次与设于应急消防泵的泵体1内的叶轮3、设于水环真空泵的泵体12内的真空叶轮13连接。

在上述技术方案的基础上，所述应急消防泵的泵体1上设有泵盖2，

应急消防泵的泵体1上有分别和叶轮3所在的腔体连通的进液接口31、出液接口32，

所述水环真空泵的泵体12的下端设有真空泵盖19，

水环真空的泵体12上设有分别和真空叶轮13所在的腔体连通的真空泵吸气口44和真空泵排气口45。

在上述技术方案的基础上，在联接架20和应急消防泵的泵体1之间设有第一O型密封圈6，

在应急消防泵的泵体1和水环真空泵的泵体12之间设有第二O型密封圈7。

在上述技术方案的基础上，轴8穿入应急消防泵的泵体1的部分从上至下依次设有骨架油封24、密封压盖23、机械密封21，

轴8穿入水环真空泵的泵体12的部分从上至下依次设有密封填料22、轴套10，所述轴套10上设有下滑动轴承11。

在上述技术方案的基础上，叶轮3的下端和上端与应急消防泵的泵体1之间分别设有第一密封环4、第二密封环5。

在上述技术方案的基础上，所述轴承体15设有一开口朝上的内腔，在该内腔中设有滚动轴承14，在该内腔的开口处设有轴承压盖16。

在上述技术方案的基础上，所述密封压盖23中设有一个用于为机械密封21和骨架油封24提供润滑水的水冷却腔41，

密封压盖23上还设有与水冷却腔41连通的循环水进口42、循环水出口43，

联接架20侧面固定一个水罐46，循环水进口42、循环水出口43分别和水罐46连接。

在上述技术方案的基础上，水罐46底部通过管路连接到四号阀门54，四号阀门54兼具注水阀和隔断阀的功能，用于真空泵注水以及隔断真空泵进出口，

四号阀门54通过第一支管路经过五号阀门55后连接到出液接口32，五号阀门55具有抽气阀的功能，

四号阀门54通过第二支管路经过六号阀门56后连接到进液接口31，六号阀门56具有真空泵进口阀的功能，作为抽气和正常工作时循环用，

四号阀门54通过第三支管路直接连接到真空泵吸气口44，

四号阀门54通过第四支管路连接到循环水进口42，循环水出口43通过管路连接到水罐46底部，

真空泵排气口45通过管路连接到水罐46底部，

水罐46顶部通过设有一号阀门51的管路连通至大气，一号阀门51具有注水阀的功能，也就是加水用的，

水罐46顶部通过设有三号阀门53的管路连通至大气，三号阀门53具有排气阀的功能，

水罐46顶部通过设有二号阀门52的管路连接到进液接口31，二号阀门52具有真空泵出口阀的功能，作为排气和正常工作时循环用。

本发明所述的电动应急消防泵，结构合理，水环真空泵的真空叶轮和电动应急消防泵的叶轮采用同一根轴，真空叶轮消耗的功率相对很小，虽然抽气结束后真空叶轮和电动应急消防泵的叶轮一样还在旋转，但可以忽略不计；由于有电动应急消防泵内的水源可以进行内循环，因此真空叶轮不会磨损。

本发明所述的电动应急消防泵，结构简单可靠，造价低廉，维护也更方便。由于水环真空泵的真空叶轮和电动应急消防泵的叶轮采用同一根轴，因此：

（1）结构简单，零部件减少，制造成本降低；

（2）避免了复杂的机械传动机构，使得可靠性增加；

（3）由于有充分的循环系统作保障，使得可靠性和寿命大大增强；

（4）降低了噪音，因而可以使用到海军舰艇上。

密封压盖23采用特殊设计，建立了循环系统，因此：

（1）避免了机械密封干运转；

（2）机械密封摩擦产生的热量可以由循环系统带走，增强了机械密封的运转可靠性和使用寿命。

附图说明

本发明有如下附图：

图1　电动应急消防泵的结构示意图，

图2　电动应急消防泵的工作原理图，

图3　特殊密封压盖23的结构示意图，

图4　电动应急消防泵与各阀门的连接关系示意图一，

图5　电动应急消防泵与各阀门的连接关系示意图二。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明所述的电动应急消防泵，包括：

电动机25，其下方通过联接架20与应急消防泵连接，

应急消防泵下方设有水环真空泵，

电动机25的驱动轴位于联接架20内，且通过第一、第二联轴器17、18与轴8连接，

轴8穿过设于联接架20内的轴承体15后，依次与设于应急消防泵的泵体1内的叶轮3、设于水环真空泵的泵体12内的真空叶轮13连接。

联接架20、应急消防泵的泵体1和水环真空泵的泵体12间分别用螺栓紧固连接。

在上述技术方案的基础上，如图1、4所示，所述应急消防泵的泵体1上设有泵盖2，

应急消防泵的泵体1上有分别和叶轮3所在的腔体连通的进液接口31、出液接口32，

所述水环真空泵的泵体12的下端设有真空泵盖19，

水环真空的泵体12上设有分别和真空叶轮13所在的腔体连通的真空泵吸气口44和真空泵排气口45。

在上述技术方案的基础上，在联接架20和应急消防泵的泵体1之间设有第一O型密封圈6，

在应急消防泵的泵体1和水环真空泵的泵体12之间设有第二O型密封圈7。

在上述技术方案的基础上，轴8穿入应急消防泵的泵体1的部分从上至下依次设有骨架油封24、密封压盖23、机械密封21，

轴8穿入水环真空泵的泵体12的部分从上至下依次设有密封填料22、轴套10，所述轴套10上设有下滑动轴承11。

在上述技术方案的基础上，叶轮3的下端和上端与应急消防泵的泵体1之间分别设有第一密封环4、第二密封环5。

在上述技术方案的基础上，所述轴承体15设有一开口朝上的内腔，在该内腔中设有滚动轴承14，在该内腔的开口处设有轴承压盖16。轴承压盖16和轴承体15用螺栓紧固连接，轴8与滚动轴承14适配。

在上述技术方案的基础上，如图3所示，所述密封压盖23中设有一个用于为机械密封21和骨架油封24提供润滑水的水冷却腔41，

密封压盖23上还设有与水冷却腔41连通的循环水进口42、循环水出口43，

联接架20侧面固定一个水罐46，循环水进口42、循环水出口43分别和水罐46连接。

本发明中的密封压盖23，在其中设计出一个水冷却腔41，专门用于为机械密封21和骨架油封24提供润滑水。大家知道，摩擦是会产生热量的，在长时间的运转中，如果仅仅依靠密封压盖23中的小小水冷却腔41内的这一点点水，那很快就汽化掉了，因此在密封压盖23上还设有与水冷却腔41连通的循环水进口42、循环水出口43，使得水冷却腔41能和外部用于加水的水罐46接通，那么就可以源源不断的进行循环以带走热量，确保机械密封21和骨架油封24安全运行。

本发明中为了确保密封压盖23能够加注进去水，并且能够存住水，把密封压盖23进行了上述的特殊设计，在密封压盖23上面加一个骨架油封24目的也是为了能够存住水。

在上述技术方案的基础上，如图4、5所示，水罐46底部通过管路连接到四号阀门54，四号阀门54兼具注水阀和隔断阀的功能，用于真空泵注水以及隔断真空泵进出口，

四号阀门54通过第一支管路经过五号阀门55后连接到出液接口32，五号阀门55具有抽气阀的功能，

四号阀门54通过第二支管路经过六号阀门56后连接到进液接口31，六号阀门56具有真空泵进口阀的功能，作为抽气和正常工作时循环用，

四号阀门54通过第三支管路直接连接到真空泵吸气口44，

四号阀门54通过第四支管路连接到循环水进口42，循环水出口43通过管路连接到水罐46底部，

真空泵排气口45通过管路连接到水罐46底部，

水罐46顶部通过设有一号阀门51的管路连通至大气，一号阀门51具有注水阀的功能，也就是加水用的，

水罐46顶部通过设有三号阀门53的管路连通至大气，三号阀门53具有排气阀的功能，

水罐46顶部通过设有二号阀门52的管路连接到进液接口31，二号阀门52具有真空泵出口阀的功能，作为排气和正常工作时循环用。

如图2所示，上述各阀门的工作原理如下：该泵分三部分工作状态，即：

1、    加水状态；

加水状态时，主要要解决的问题就是确保泵在运行时不会在无水状态下运行即不会产生干运转。泵内容易产生干运转引起烧损的主要是一下两个部件：

（a）机械密封21；

（b）水环真空泵。

在该过程中各阀门具体开关情况如下：

首先要打开一号阀门、四号阀门门、三号阀门，其余关闭，从一号阀门处灌水，当水从三号阀门流出时，表明注水完成。

注水完成后，关闭一号阀门和四号阀门。

2、    抽气状态（即自吸过程）；

打开五号阀门。此时开启的只是五号阀门和三号阀门。

在此过程中，三号阀门排出的是汽液混合物，等到完全排出的是水时，表明抽气过程结束（自吸功能完成），此时泵的出口压力和排量迅速达到额定工况。

此功能完成，关闭三号阀门和五号阀门。

3、    正常运行状态（即抽气结束额定工况下工作）。

打开二号阀门和六号阀门，此时真空泵与机械密封一道组成了一个大循环系统。确保了真空泵与机械密封的安全运行。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种电动应急消防泵，包括电动机（25），其下方通过联接架（20）与应急消防泵连接，电动机（25）的驱动轴位于联接架（20）内，且通过第一、第二联轴器（17）、（18）与轴（8）连接，其特征在于：应急消防泵下方设有水环真空泵，

轴（8）穿过设于联接架（20）内的轴承体（15）后，依次与设于应急消防泵的泵体（1）内的叶轮（3）、设于水环真空泵的泵体（12）内的真空叶轮（13）连接；

轴（8）穿入应急消防泵的泵体（1）的部分从上至下依次设有骨架油封（24）、密封压盖（23）、机械密封（21），

轴（8）穿入水环真空泵的泵体（12）的部分从上至下依次设有密封填料（22）、轴套（10），所述轴套（10）上设有下滑动轴承（11）；

所述密封压盖（23）中设有一个用于为机械密封（21）和骨架油封（24）提供润滑水的水冷却腔（41），

密封压盖（23）上还设有与水冷却腔（41）连通的循环水进口（42）、循环水出口（43），

联接架（20）侧面固定一个水罐（46），循环水进口（42）、循环水出口（43）分别和水罐（46）连接；

水罐（46）底部通过管路连接到四号阀门（54），四号阀门（54）兼具注水阀和隔断阀的功能，用于真空泵注水以及隔断真空泵进出口，

四号阀门（54）通过第一支管路经过五号阀门（55）后连接到出液接口（32），五号阀门（55）具有抽气阀的功能，

四号阀门（54）通过第二支管路经过六号阀门（56）后连接到进液接口（31），六号阀门（56）具有真空泵进口阀的功能，作为抽气和正常工作时循环用，

四号阀门（54）通过第三支管路直接连接到真空泵吸气口（44），

四号阀门（54）通过第四支管路连接到循环水进口（42），循环水出口（43）通过管路连接到水罐（46）底部，

真空泵排气口（45）通过管路连接到水罐（46）底部，

水罐（46）顶部通过设有一号阀门（51）的管路连通至大气，一号阀门（51）具有注水阀的功能，也就是加水用的，

水罐（46）顶部通过设有三号阀门（53）的管路连通至大气，三号阀门（53）具有排气阀的功能，

水罐（46）顶部通过设有二号阀门（52）的管路连接到进液接口（31），二号阀门（52）具有真空泵出口阀的功能，作为排气和正常工作时循环用。

2.如权利要求1所述的电动应急消防泵，其特征在于：所述应急消防泵的泵体（1）上设有泵盖（2），

应急消防泵的泵体（1）上有分别和叶轮（3）所在的腔体连通的进液接口（31）、出液接口（32），

所述水环真空泵的泵体（12）的下端设有真空泵盖（19），

水环真空的泵体（12）上设有分别和真空叶轮（13）所在的腔体连通的真空泵吸气口（44）和真空泵排气口（45）。

3.如权利要求1所述的电动应急消防泵，其特征在于：在联接架（20）和应急消防泵的泵体（1）之间设有第一O型密封圈（6），

在应急消防泵的泵体（1）和水环真空泵的泵体（12）之间设有第二O型密封圈（7）。

4.如权利要求1所述的电动应急消防泵，其特征在于：叶轮（3）的下端和上端与应急消防泵的泵体（1）之间分别设有第一密封环（4）、第二密封环（5）。

5.如权利要求1所述的电动应急消防泵，其特征在于：所述轴承体（15）设有一开口朝上的内腔，在该内腔中设有滚动轴承（14），在该内腔的开口处设有轴承压盖（16）。