CN102797707B - 一种气压扬水泵及泵组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气压扬水泵及泵组，包括：筒体、上水管、进气调节阀、排气调节阀和进水调节阀；上水管的一端置于筒体的下部，其另一端贯穿筒体的上端并伸出水体面；进气调节阀设置于筒体内，并与连接于进气系统的进气管连通；排气调节阀与上水管连通，其进气口位于筒体的上部；其中进气调节阀、进水调节阀及排气调节阀之间设有联动机构，其控制进气调节阀开启时进水调节阀及排气调节阀关闭，实现上水管的上水过程；筒体内压力小于水体压力时，控制进水调节阀及排气调节阀开启时进气调节阀关闭，实现上水管的进气过程，所述气压扬水泵组由至少两个上述扬水泵组成，且各泵间呈上下方位设置。本发明可实现在水位变化的情况下自行调整运行，并达到正常运行。

Description

一种气压扬水泵及泵组

技术领域

本发明涉及气压扬水技术领域，特别涉及一种气压扬水泵及泵组。

背景技术

气压扬水泵是通过气压推动进入上水管中的水实现高效扬水，其用于提水或农业灌溉等领域，主要用于深井提水。由于水管中的水掺杂着气，所以在同样气压条件下比普通扬水泵的扬程高。

中国专利文献201220029975.3公开了一种气压扬水泵，其包括：箱体、排气调节阀、控制进气阀和出水管，箱体内部被分成两筒体，两所述筒体上分别设有进水阀、排气调节阀、控制进气阀和出水管，其中一筒体内的出水管的进水口位置低于另一筒体内出水管的进水口位置，两筒体的出水管汇合形成一排水总管，所述排水总管的充水量大于等于进水口位置较高的所述出水管所在筒体一次所能排出的最大水量；两排气口分别通过排气管同所述排水总管相连通；排气调节阀与控制进气阀之间设有联动机构，通过联动实现两筒体的交错排气和排水过程，使其中一个筒体在排气时，另一筒体实现排水，进而水掺杂着气一起排入排水总管中，使排水总管中水柱的重量降低，在同种条件下提高了排水扬程。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中存在以下技术缺陷：

上述的专利申请由于其采用上下两筒体结构，气压扬水泵必须在恒定的水压与恒定的扬程高度才能实现气压排出，在水井及变化比较大的水位的情况下不能实现正常工作。由于排气口高于出水管，由于上水单向阀的作用使上水管底部至排气口出现停顿，再次上水的连动性较差，降低了管内上升水流的随机性。

扬水泵在工作过程中，扬水泵内部的气压只有低于外部的水压，扬水泵才会进水。如果扬程过高，又如果上述的专利申请用在了变化比较大的水位的情况下，那么，过高的扬程需要有相应的过高的进气压力。虽然扬水泵在排水过程中，扬水泵内部水压因水柱上升的惯性有所降低使得扬水泵能够进水，但是在变化比较大的水位的情况下，扬水泵外部的水压变化也会较大，当扬水泵外部的水压低于进气压力时，扬水泵就会停止进水，整个扬水泵就中断工作，无法在进气压力高于扬水泵外部水压时作出自行调整，因此，上述专利申请适用于在恒定水压和恒定扬程高度下工作。

发明内容

为了能在不同水源（水井）水位变化的情况下实现自行调整运行，克服现有技术中的扬水泵需在恒定水压和恒定扬程高度下工作的弊端，本发明提供了一种气压扬水泵及泵组。

所述技术方案如下：

一种气压扬水泵，包括：

筒体，其设置于水体内；

上水管，其一端置于所述筒体内并伸至所述筒体的下部，其另一端贯穿所述筒体的上端并伸出水体面；

进气调节阀，设置于所述筒体内，并与连接于进气系统的进气管连通；

排气调节阀，设置于所述筒体内，并与所述上水管连通，所述排气调节阀的进气口位于所述筒体的上部；

进水调节阀，设置于所述筒体的底部，

所述进气调节阀、进水调节阀及排气调节阀之间设有联动机构，所述联动机构包括：第一联动杆和第二联动杆；

所述第一联动杆分别与所述进水调节阀和进气调节阀连接，所述第二联动杆与所述排气调节阀连接，

所述筒体内压力小于所处水体水压时，所述进水调节阀开启并推动所述第一联动杆上移，使所述进气调节阀关闭，所述第一联动杆推动所述第二联动杆上移并驱动所述排气调节阀开启，通过水体水压作用将所述筒体中的余气排至所述上水管中；

所述筒体内压力大于所处水体水压时，所述进水调节阀关闭并带动所述第一联动杆下移，使所述进气调节阀开启，所述第二联动杆下移控制所述排气调节阀关闭，所述筒体内进气，并通过气压作用将水排至所述上水管中。

所述进气调节阀设置于所述排气调节阀与所述进水调节阀之间，其包括进气阀座和进气调节杆，所述进气阀座的进气口与所述进气管连接，所述进气调节杆设置于所述进气阀座中，并与所述进气阀座滑动配合，所述进气调节杆与所述第一联动杆的上端固定连接，所述进气调节杆上设有一径向通孔，所述进气调节杆移动至所述径向通孔与所述进气阀座的出气口连通时，实现筒体进气。

为了防止进气调节杆的转动，沿所述进气调节杆的轴向设有导向槽，所述进气阀座的内圆面上设有与所述导向槽实现轴向滑动配合的导向键。

所述进水调节阀包括：进水阀板、阀板轴及配重块，所述筒体的底部成型一进水孔，所述进水阀板设置于所述筒体的进水孔处，用于控制所述筒体的进水，所述第一联动杆的下端与所述进水阀板固定连接；

所述阀板轴设置于所述进水阀板的中部，其下部与所述配重块固定连接。

所述排气调节阀包括排气阀座、排气阀针和阀针导向管；

所述排气阀座与所述上水管连通；所述阀针导向管设置于所述筒体的上端；所述排气阀针的上部设置于所述阀针导向管内且与所述阀针导向管滑动配合，其下部与所述排气阀座的进气口相适配，所述第二联动杆的上端与所述排气阀针固定连接，其下端设置于所述进气调节杆的正上方，当所述第一联动杆上移时带动所述进气调节杆上移，所述进气调节杆的上端通过推动所述第二联动杆上移实现所述排气阀调节阀的开启。

所述筒体内的容积为所述上水管2～3米扬程所具有的容积。

所述上水管的中部设有多个呈间隔分布的分水圆锥，所述分水圆锥的大端面占所述上水管横截面面积的1/3，可以防止气体沿着上水管的中部上移，加入分水圆锥后可以将气体分置于两侧，使其将沿管壁下滑的水托起，可以很好的提高上水效率。

所述上水管由多段连接管首尾连接而成，每段所述连接管依次由直管、锥管和柱状连接管组成，所述锥管的小直径端与所述直管连接，其大直径端与所述柱状连接管连接，所述柱状连接管套置于位于其下端的所述连接管的直管外圆面上。

另一方面，本发明还提供了一种气压扬水泵组，包括至少两个气压扬水泵，各所述气压扬水泵的进气调节阀分别通过各自的所述进气管与进气系统连接，各所述气压扬水泵的上水管分别外伸出筒体的上端。

多个所述气压扬水泵共形成至少两组，各组所述气压扬水泵间呈上下方位设置。

本发明所提供的技术方案带来的有益效果是：

A．本发明通过在进气调节阀、排气调节阀和进水调节阀之间设置联动机构，实现三者的协调工作，在水位变化的情况下，可以自行进行调整扬水；当筒体水位变化后不能实现正常进水时，筒体内的气压会不断补充部分气体，促使上水管中的水柱不断排出，在筒体内水体压出水管时，实现管内气体迫使水柱加速上升，筒体内水压出至上水管口时，上水管口瞬间排入管内高压气体，由于水流上升的惯性导致筒体内压低于水体水压，进水阀板打开的同时，使进气口封闭，实现筒体进水。

B.本发明通过两个气压扬水泵上下设置，即位于不同的水位高度，两气压扬水泵的进气调节阀分别与进气管相连通，两气压扬水泵的上水管分别外伸出筒体的上端，由于水位较浅的气压扬水泵的筒体外围水体压力较小，因此在较小的风压即可实现气压扬水泵的正常工作，而位于较深水位的气压扬水泵由于其所需启动气压较大，因此风力机风压较小时难以实现其正常工作，只有当风力机所提供的风压较大时，可以同时带动两个气压扬水泵进行工作，实现风能的利用率。

C.为了防止水气混合不均匀，出现气流在上水管中心处上升，在上水管内设置多个呈间隔分布的分水圆锥，其中分水圆锥的大端面约占所述上水管横截面面积的1/3，分水圆锥适用于上水管内径小于40mm的管路；当上水管内径较大时，大于40mm时，需要在管壁上设置防倒流的装置，即采用多段连接管彼此套接，相邻两连接管的连接端设置有倒锥型锥管，当部分水流沿上水管壁逆流下滑至锥管内壁时，由于此处采用的是变径管结构，其内径大于直管的内径，气流到达此处时速度降低，压力上升，气流会进一步将逆流下滑的部分水流托起上升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提供的一种状态下的气压扬水泵结构示意图（进水调节阀处于开启）；

图2是本发明所提供的另一状态下的气压扬水泵结构示意图（进水调节阀处于关闭）；

图3是本发明所提供的带有防水倒流结构的上水管；

图4是本发明所提供的气压扬水泵组结构示意图。

图中：1-筒体；2-上水管，21-连接管，211-直管，212-锥管，213-柱状连接管；

3-进气调节阀，31-进气阀座，311-导向键；32-进气调节杆，321-径向通孔，322-导向槽；

4-进气管；

5-排气调节阀，51-排气阀座，52-排气阀针，53-阀针导向管；

6-进水调节阀，61-进水阀板，62-阀板轴，63-配重块；

7-进水孔；

8-第一联动杆；9-第二联动杆；10-分水圆锥。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

由图1和图2所示，本发明提供了一种气压扬水泵，包括：筒体1、上水管2、进气调节阀3、进水调节阀6、排气调节阀5及联动结构。其中筒体1设置于水体内，上水管2的一端置于筒体1内并伸至筒体的下部，其另一端贯穿筒体1的上端并伸出水体面；进气调节阀3设置于筒体1内，并与连接于进气系统的进气管4连通；排气调节阀5，设置于筒体1内，并与上水管2连通，排气调节阀5的进气口位于筒体1的上部；进水调节阀6设置于筒体1的底部。联动机构设置于进气调节阀3、进水调节阀6及排气调节阀5之间，用于协调控制三者之间的动作。联动机构包括：第一联动杆8和第二联动杆9；第一联动杆8分别与进水调节阀6和进气调节阀3连接，第二联动杆9与排气调节阀5连接；筒体1内压力小于所处水体水压时，进水调节阀6开启并推动第一联动杆8上移，使进气调节阀3关闭，第一联动杆8推动第二联动杆上移9并驱动排气调节阀5开启，通过水体水压作用将筒体1中的余气排至所述上水管2中；

筒体1内压力大于所处水体水压时，进水调节阀6关闭并带动第一联动杆8下移，使进气调节阀3开启，第二联动杆9下移控制排气调节阀5关闭，筒体1内进气，并通过气压作用将水排至所述上水管2中。

筒体1内的容积为上水管2～3米扬程所具有的容积；筒体1置于水体中的深度大于其扬程高度的1/5，且小于其扬程高度的2/5。

其中的进气调节阀3设置于排气调节阀5与进水调节阀6之间，其包括进气阀座31和进气调节杆32，进气阀座31的进气口与进气管4连接，进气调节杆32设置于进气阀座31中，并与进气阀座31滑动配合，进气调节杆32与第一联动杆8的上端固定连接，进气调节杆32上设有一径向通孔321，进气调节杆32移动至径向通孔321与进气阀座31的出气口连通时，实现筒体1进气。

为了防止进气调节杆32在进气阀座31中发生旋转影响进气，沿进气调节杆32的轴向设有导向槽322，进气阀座31的内圆面上设有与导向槽322实现轴向滑动配合的导向键311。

排气调节阀5包括排气阀座51、排气阀针52和阀针导向管53；

排气阀座51与上水管2连通；阀针导向管53设置于筒体1的上端，其上端闭合；排气阀针52的上部设置于阀针导向管53内，其下部与排气阀座51的进气口相适配，排气阀针52与阀针导向管53滑动配合，用于控制排气阀座51的进气。图中所示的排气阀针52的下部为锥形结构，当排气调节阀5关闭时，排气阀针的锥形面与排气阀座51的进气口相配合，实现对排气阀座进气口的密封，第二联动杆9的上端与排气阀针52固定连接，其下端位于第一联动杆的正上方。

进水调节阀6包括：进水阀板61、阀板轴62及配重块63，筒体1的底部成型一进水孔7，进水阀板61设置于筒体1的进水孔7处，第一联动杆8的下端与进水阀板61的上端面固定连接。当筒体内压力小于所处水体水压时，进水阀板61依靠外围水体水压的作用推动进水阀板61开启，水由进水孔7进入筒体7中，此时的第一联动杆的上端会推动进气调节杆上移，致使进水调节阀关闭，进气调节杆的上端与第二联动杆的下端接触并推动第二联动杆上移，第二联动杆带动排气阀针52将排气阀座的进气口打开，使排气调节阀开始排气；

阀板轴62设置于进水阀板61的中部，其下部与配重块63固定连接，其中的配重块63是用来调节进水阀板61的浮力，当筒体1中进满水后，进水阀板61在配重块63的重力作用下下落，将进水孔7密封住停止进水，此时的第一联动杆下移，进气调节杆上的径向通孔321与筒体内部相通，实现快速进气，第二联动杆依靠重力下移，并带动排气阀针下移使排气阀座的进气口关闭，停止向上水管中排气。

为了实现提高上水管2的上水效率，在上水管2的内部设有多个呈间隔分布的分水圆锥10，分水圆锥10的大端面占上水管2横截面面积的1/3左右。上水管中的气体上升至分水圆锥位置时，会沿着锥面上升，这样会将部分沿上水管壁下滑的水重新托起，带动水上升；另外，气体或水上升至分水圆锥位置时，由于截面积逐步减少，使流速逐渐加速，由柏努力方程可以得到，沿锥面处的压力逐渐降低，这样会带动后面的流体上升，此结构适用于上水管内径小于40mm的情况下。

如图3所示当上水管内径较大时，大于40mm时，需要在上水管2管壁上设置防倒流的装置，其中上水管2由多段连接管21首尾连接而成，每段连接管21的长度为400mm～1000mm，每段连接管21依次由直管211、锥管212和柱状连接管213组成，锥管212的小直径端与直管211连接，其大直径端与柱状连接管213连接，柱状连接管213套置于位于其下端的连接管21的直管211外圆面上，其中锥管212的锥角为4～6°。当部分水流沿上水管2壁逆流下滑至锥管内壁时，由于此处采用的是变径管结构，其内径大于直管211的内径，气流到达此处时速度降低，压力上升，气流会进一步将逆流下滑的部分水流托起上升。

本发明还提供了一种气压扬水泵组，如图4所示，包括两个气压扬水泵，两气压扬水泵呈上下设置，即位于不同的水位高度，二者之间产生压差，两气压扬水泵的进气调节阀3分别与进气管4相连通，两气压扬水泵的上水管2分别外伸出筒体1的上端，也可以设置多个气压扬水泵，多个气压扬水泵的设置方式优选呈上下位置设置，由于水位较浅的气压扬水泵的筒体外围水体压力较大，因此需要较大的风压采用进行进气排水动作，当风力机所提供的风压较小时，水位较浅的气压扬水泵可以工作，一旦风力机所提供的风压较大时，可以同时带动多个气压扬水泵进行工作。

本发明的工作原理如下所述：将气压扬水泵置于水体中，然后通过进气系统向进气管4内打入压力气体，压力气体的压力大于筒体1内水压，压力气体通过径向通孔321进入筒体1内，筒体1内的气体对水施加压力，推到筒体1内的水进入上水管2中，进入上水管2中的水其上升速度逐步加快，在最初启动的时候，水和气相混杂进入上水管中，根据伯努利方程可知，上水管2下端进口附近的压力逐渐降低，筒体1内外的压差越来越小，直至筒体内外压差变为零时，上水管中的流体流速为最大值，此时上水管中的流体依靠其惯性继续上升，使筒体内外压差转换为负值时，进水调节阀和排气调节阀开启，同时进气调节阀关闭，外围水体进入筒体内，进入进水排气阶段，当余气迅速排尽后，停止进水，进水阀板依靠重力作用复位，进水调节阀和排气调节阀关闭，同时进气调节阀开启，继续执行进气排水，筒体内的水和气呈现交替排至上水管中，而气体在上升过程中逐步膨胀，可以带动上水管中的水柱上升。

本发明通过实验验证可以实现在较低的气压下，实现高扬程水的输送。所采用的上水管管径为30mm，进气调节阀的径向通孔孔径为5mm，其进气压力为1.2公斤，提升扬程为26m。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气压扬水泵，包括：

筒体(1)，其设置于水体内；

上水管(2)，其一端置于所述筒体(1)内并伸至所述筒体的下部，其另一端贯穿所述筒体(1)的上端并伸出水体面；

进气调节阀(3)，设置于所述筒体(1)内，并与连接于进气系统的进气管(4)连通；

排气调节阀(5)，设置于所述筒体(1)内，并与所述上水管(2)连通，所述排气调节阀(5)的进气口位于所述筒体(1)的上部；

进水调节阀(6)，设置于所述筒体(1)的底部，其特征在于，

所述进气调节阀(3)、进水调节阀(6)及排气调节阀(5)之间设有联动机构，所述联动机构包括：第一联动杆(8)和第二联动杆(9)；

所述第一联动杆(8)的两端分别与所述进水调节阀(6)和进气调节阀(3)连接，所述第二联动杆(9)与所述排气调节阀(5)连接，

所述筒体(1)内压力小于所处水体水压时，所述进水调节阀(6)开启并推动所述第一联动杆(8)上移，使所述进气调节阀(3)关闭，所述第一联动杆(8)推动所述第二联动杆(9)上移，从而驱动所述排气调节阀(5)开启，通过水体水压作用将所述筒体(1)中的余气排至所述上水管(2)中；

所述筒体(1)内压力大于所处水体水压时，所述进水调节阀(6)关闭并带动所述第一联动杆(8)下移，使所述进气调节阀(3)开启，所述第二联动杆(9)下移控制所述排气调节阀(5)关闭，所述筒体(1)内进气，并通过气压作用将水排至所述上水管(2)中；

所述进气调节阀(3)设置于所述排气调节阀(5)与所述进水调节阀(6)之间，其包括进气阀座(31)和进气调节杆(32)，所述进气阀座(31)的进气口与所述进气管(4)连接，所述进气调节杆(32)设置于所述进气阀座(31)中，并与所述进气阀座(31)形成气密滑动连接，所述进气调节杆(32)与所述第一联动杆(8)的上端固定连接，所述进气调节杆(32)上设有一径向通孔(321)，所述第一联动杆(8)控制所述进气调节杆(32)上移至所述径向通孔(321)与所述进气阀座(31)的出气口连通时，实现筒体(1)进气。

2.根据权利要求1所述的气压扬水泵，其特征在于，

沿所述进气调节杆(32)的轴向设有导向槽(322)，所述进气阀座(31)的内圆面上设有与所述导向槽(322)实现轴向滑动配合的导向键(311)。

3.根据权利要求1所述的气压扬水泵，其特征在于，

所述进水调节阀(6)包括：进水阀板(61)、阀板轴(62)及配重块(63)，所述筒体(1)的底部成型一进水孔(7)，所述进水阀板(61)设置于所述筒体(1)的进水孔(7)处，用于控制所述筒体(1)的进水，所述第一联动杆(8)的下端与所述进水阀板(61)固定连接；

所述阀板轴(62)垂直设置于所述进水阀板(61)的中部，其下部与所述配重块(63)固定连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的气压扬水泵，其特征在于，

所述排气调节阀(5)包括排气阀座(51)、排气阀针(52)和阀针导向管(53)；

所述排气阀座(51)与所述上水管(2)连通；所述阀针导向管(53)设置于所述筒体(1)的上端；所述排气阀针(52)的上部设置于所述阀针导向管(53)内且与所述阀针导向管(53)滑动配合，其下部与所述排气阀座(51)的进气口相适配；所述第二联动杆(9)的上端与所述排气阀针(52)固定连接，其下端设置于所述进气调节杆(32)的正上方，当所述第一联动杆(8)上移时带动所述进气调节杆(32)上移，所述进气调节杆(32)的上端通过推动所述第二联动杆(9)上移实现所述排气调节阀(5)的开启。

5.根据权利要求4所述的气压扬水泵，其特征在于，

所述筒体(1)内的容积为所述上水管(2)2～3米扬程所具有的容积。

6.根据权利要求5所述的气压扬水泵，其特征在于，

所述上水管(2)的中部设有多个呈间隔分布的分水圆锥(10)，所述分水圆锥(10)的大端面占所述上水管(2)横截面面积的1/3。

7.根据权利要求6所述的气压扬水泵，其特征在于，

所述上水管(2)由多段连接管(21)首尾连接而成，每段所述连接管(21)依次由直管(211)、锥管(212)和柱状连接管(213)组成，所述锥管(212)的小直径端与所述直管(211)连接，其大直径端与所述柱状连接管(213)连接，所述柱状连接管(213)套置于位于其下端的所述连接管(21)的直管(211)外圆面上。

8.一种气压扬水泵组，其特征在于，包括至少两个由权利要求1-7任一所述的气压扬水泵，各所述气压扬水泵的进气调节阀(3)分别通过各自的所述进气管(4)与进气系统连接，各所述气压扬水泵的上水管(2)分别外伸出筒体(1)的上端。

9.根据权利要求8所述的气压扬水泵组，其特征在于，

多个所述气压扬水泵至少设置两组，各组所述气压扬水泵间呈上下方位设置。