CN104612935B - 一种助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置，包括机架、贮水槽、泵体装置、泵芯装置和提升装置，所述汲水阱底部设置缓冲助推装置，所述排水阱外设置助浮阱且与高位水槽联通配合，所述助浮阱底部设置泄水管，所述助浮阱内设置助浮仓，助浮仓通过助浮索联接提升装置之卷扬辊；所述的活塞仓通过浮动密封环与泵送阀装置密封动配合。本发明基于浮沉平衡式活塞仓空间占容汲水和排水，同时利用助浮阱之助浮仓通过提升装置带动配重仓一同浮升原理，减轻对泵芯装置的提升阻力，降低提升装置之能量消耗，从而更有效地提高至高势能地并大容量输送到用水设备或动力转换装置中，用于发电或其他用途，本发明系一种高效节能之大容量泵水设备。

Description

一种助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置

技术领域

本发明属于液体泵送设备技术领域，具体涉及一种能够将大容量液体高效快速泵送到高处的助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置。

背景技术

水不仅是人们赖以生存的基础，水力能更是一种可再生的能源，为人类的生产、生活提供了极大的便利。传统的水力能利用方式通常是利用江河之自然落差形成的势能，即通过水力势能向动能的转换，冲击低位的水轮机进行发电。当然，还有利用海洋潮汐能来发电的水力能利用方式。但是，这些利用方式，都依赖于自然地理条件，客观上这些资源都是非常有限的。为了进一步开发水力能并使之应用于更广大缺乏能够形成水力自然落差资源的地区，本申请人曾开发了将静水提升到高处形成高位势能，进而转换为动能并通过机械方式为发电机提供能量，进而达到利用静水进行动力输出与发电的目的。这种技术的关键是需要大容量，低能耗的高扬程液体泵送装置。为此，本申请人开发了一种垂直重力强压式大容量液体高效泵送装置（CN103982393），该装置能够高效地将大容量水（或液体）高扬程泵送到高位，以满足静水水力发电势能的需要。但是，该装置需要小容量的电力消耗的，如何降低系统内的能量消耗，以及如何提高提升装置之活塞仓以及配重仓的浮升效率，是提高泵送效率，节省能耗的关键，为此，研制开发了一种具有系统内自生浮力提高浮升效率，降低提升动力消耗的高效泵送装置是非常必要的，且具有巨大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供具有一种具有系统内自生浮力提高提升效率，降低提升动力消耗的助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置。

本发明是这样实现的，包括机架、贮水槽、泵体装置、泵芯装置和提升装置，所述的机架底部设置贮水槽，所述的贮水槽中设置泵体装置，所述的泵体装置顶部设置提升装置，所述的提升装置包括卷扬辊和驱动电机，所述的卷扬辊通过提升吊索连接设置于泵体装置内的泵芯装置；所述的泵体装置包括汲水阱、泵送阀装置、排水阱和高位水槽，三者自下向而上依次联接，所述的高位水槽底部设置高位排水管，其上设置控制阀；所述的泵芯装置包括活塞仓和其上的配重仓，所述的活塞仓设置于汲水阱内，且其上部与泵送阀装置密封配合；所述的配重仓顶部设置提升吊索与提升装置之卷扬辊联接，所述的汲水阱底部设置缓冲助推装置，所述的排水阱外设置助浮阱且与高位水槽联通配合，所述的助浮阱底部设置泄水管，所述的助浮阱内设置助浮仓，助浮仓通过助浮索联接提升装置之卷扬辊；所述的活塞仓通过浮动密封环与泵送阀装置密封动配合。

本发明基于浮沉平衡式活塞仓空间占容汲水和排水，同时利用助浮阱之助浮仓通过提升装置带动配重仓一同浮升原理，减轻对泵芯装置的提升阻力，降低提升装置之能量消耗，从而更有效地提高至高势能地并大容量输送到用水设备或动力转换装置中，用于发电或其他用途。本发明结构简单，工作稳定可靠，耗电小、提升及泵水快，而且泵水量大，可用于大容量河道调水和发电站特大型供水应用，是一种高效节能之泵水设备。

附图说明

图1为本发明整体结构剖视示意图，且处于浮升之高位状态；

图2为图1之左视图，可见之高位排水管；

图3为图1之AA向视图；

图4为本发明之浮动密封环之主视半剖示意图；

图5为图4之环截面示意图；

图6为本发明之助浮仓处于低位之状态示意图；

图7为本发明另一种助浮实施方式结构及工作状态示意图；

图8为本发明另一种泵送阀装置与汲水阀实施结构与工作状态示意图；

图中：1-机座，2-汲水阱，3-排水阱，4-泵送阀装置，5-活塞仓，6-配重仓，7-浮动密封环，71-安装座，72-密封环座，73-密封环槽，74-内环缘，75-密封叠片，76-芯孔，77-芯轴环，8-贮水槽，9-中位水槽，10-支架，11-高位水槽，12-助浮阱，13-助浮索，14-助浮仓，15-卷扬辊，16-高位架，17-高位导向轮，18-换仓阀，19-阀芯，20-中位水管，21-汲水阀，22-汲水阀，23-泄水管，24-导向辊，25-索扣，26-联接法兰，27-底架，28-吊索扣，29-贮水口，30-调控阀，31-缓冲弹簧，32-限位挡，33-提升吊索，34-高位排水管，35-缓冲助推装置，36-阀孔板，37-柱塞式阀芯，38-阀复位弹簧，39-助浮辊，40-低位挡，41-驱动电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，依据本发明的教导所作的任何变更或替换，均属于本发明的保护范围。

如图1~图8所示，本发明包括机架1、贮水槽8、泵体装置、泵芯装置和提升装置，所述的机架1底部设置贮水槽8，所述的贮水槽8中设置泵体装置，所述的泵体装置顶部设置提升装置，所述的提升装置包括卷扬辊15和驱动电机41，所述的卷扬辊15通过提升吊索33连接设置于泵体装置内的泵芯装置；所述的泵体装置包括汲水阱2、泵送阀装置4、排水阱3和高位水槽11，三者自下向而上依次联接，所述的高位水槽11底部设置高位排水管34，其上设置控制阀；所述的泵芯装置包括活塞仓5和其上的配重仓6，所述的活塞仓5设置于汲水阱2内，且其上部与泵送阀装置4密封配合；所述的配重仓6顶部设置提升吊索33与提升装置之卷扬辊15联接，所述的汲水阱2底部设置缓冲助推装置35，所述的排水阱3外设置助浮阱12且与高位水槽11联通配合，所述的助浮阱12底部设置泄水管23，所述的助浮阱12内设置助浮仓14，助浮仓14通过助浮索13联接提升装置之卷扬辊15；所述的活塞仓5通过浮动密封环7与泵送阀装置4密封动配合。

所述的助浮阱12对称于排水阱3设置，其上口分别联通高位水槽11底部，助浮阱12内设置助浮仓14，助浮仓14底部设置助浮索13，助浮索13分别经过低位导向轮、高位导向轮后联接排水阱3内的配重仓6。

所述的助浮阱12底部通过泄水管23联通中位水槽9，所述的助浮仓14底部之助浮索13穿过助浮阱12底部，并经过设置于中位水槽9上的低位导向轮和设置于高位架16上的高位导向轮17，再通过吊索扣28联接配重仓6之顶部。

图7示出了另一种助浮实施方式，所述的助浮仓14顶部设置助浮索13和调控阀30，所述的调控阀30成对设置，一个为进水阀，一个为排气阀；所述的助浮索13联接到与卷扬辊15同轴设置的助浮辊39上，所述的助浮辊39为单向驱动机构，助浮辊39与驱动轴之间设置单向驱动棘爪。

所述的助浮索13为刚性推力结构索。

所述的泵送阀装置4为舱式结构，包括芯管，所述的芯管四周均布换仓阀18，两者之间通过隔板联接配合，所述的换仓阀18的底部汇聚联通芯管；所述的芯管顶部设置浮动密封环7，与活塞仓5密封配合，分隔泵送阀装置4之汲水阱和排水阱。

所述的泵送阀装置4之换仓阀18包括阀管、阀座和阀芯，所述的阀管顶部设置阀座，所述的阀座内设置阀芯，所述的阀管底部通过汇聚斜管联通芯管，所述的阀座上口设置排水孔板。

所述的换仓阀18之阀芯为球体，与漏斗形阀座重力密封配合。

如图4、5所述，所述的浮动密封环7为叠片组合环结构，包括安装座71、密封环座72和密封环，所述的密封环座72外缘设置安装座71，所述的密封环座72内设置密封环，所述的密封环座72内缘径向呈向轴心开口的密封环槽73，所述的密封环槽73内设置密封环，所述的密封环内缘半径小于密封环座72内缘半径；所述的密封环为由一组密封叠片75依次叠合而成闭合环结构。

所述的密封环片75中心设置芯孔76，一组密封环片75通过芯轴环77组合成密封环。

所述的密封环槽73内设置内环缘74，与密封环片75外缘相适应。

所述的中位水槽9之底部或者底侧部设置中位排水管，中位排水管上设置三通式阀结构，其中一路联接用水管路；另一路联通贮水槽8。

所述的汲水阱2下段之侧壁设置侧边汲水阀21和底部设置的底吸汲水阀22，两者均为单向汲水阀，包括漏斗式阀座和球式阀芯，相互重力密封配合。

所述的提升吊索33下端靠近配重仓6顶端设置限位挡32，所述的限位挡32上设置缓冲弹簧31；所述的提升吊索33上靠近卷扬辊位置设置低位挡40，所述的限位挡32、低位挡40分别与设置于高位架16上，连接卷扬辊电机控制电路的位置开关触发配合。

图8示出了本发明另一种泵送阀装置与汲水阀实施方式，其泵送阀装置4之换仓阀18包括阀管、锥形阀座和柱塞式阀芯37，所述的阀管上端设置锥形阀座，所述的锥形阀座与柱塞式阀芯37密封配合，所述的柱塞式阀芯上设置阀杆与阀复位弹簧38套接配合，所述的阀杆与阀座盖上的心孔动配合。

所述的汲水阱2下段底部和/或侧部圆周上均布的单向进水汲水阀为电控单向阀或磁控单向阀。

所述的汲水阀22上设置阀孔板36，所述的阀孔板36上设置缓冲助推装置35，所述的缓冲助推装置35为压缩弹簧或橡胶缓冲垫。

所述的配重仓顶部中心设置索扣联接提升吊索33，对应于助浮阱方向，对称设置助浮索扣；另一方向对称设置调控阀30。

所述的泵送阀装置4分别与汲水阱2、排水阱3通过法兰结构联接。

所述的泵送阀装置4为分体结构，通过上部法兰结构密封联接。

所述的换仓阀18为分体结构，阀管与阀座之间联接配合。

所述的中位水槽9底部设置的泄水管23之孔径与排水阱3之出水量相匹配，所述的泄水管23中设置节流阀，所述的节流阀为电控调节阀。

所述的高位排水管34对称于排水阱3设置，所述的高位排水管34上口呈喇叭口结构，与高位水槽11底部承接配合。

所述的排水阱3出口外缘设置斜置导流板，所述的导流板与高位排水管34顺势联接。

所述的贮水槽8近顶部设置贮水口29，所述的贮水口为法兰密封结构；或者为单向进水阀式结构，所述的贮水槽设置高低水位控制进水阀。

本发明的工作原理与工作过程：

本发明基于浮沉平衡式活塞仓空间占容汲水和排水，同时利用助浮阱之助浮仓通过提升装置带动配重仓一同浮升原理，减轻对泵芯装置的提升阻力，降低提升装置之能量消耗，从而更有效地提高至高势能地并大容量输送到用水设备或动力转换装置中，用于发电或其他用途。

本发明之泵送装置是利用泵芯的重力把水从泵体内压出去，重力能量需要多少是靠向活塞仓内注水来调节，活塞仓的容积是通过装配重仓来扩展的，泵的初始平衡调整就是依靠调整活塞仓（及配重仓）内水的平衡完成的，即通过配重仓顶部的调控阀向配重仓（及活塞仓）注水，至其能够克服水的浮力刚刚可以下沉时即为初始工作态。正常工作运行时，其工作程序就是提升与下沉两个动作，实现提升（上浮）汲水（排水），下沉促使水换仓（排水）的目的。

工作前，首先将贮水槽8内注水至高水位，提升配重仓6带动活塞仓5上行，将水吸入汲水阱2内，然后打开配重仓上的两个调控阀30，通过一个调控阀向6、活塞仓5内注水，注水至两者可自动下沉为宜，停止注水，关闭调控阀。随着配重仓的下沉，水通过泵送阀装置之换仓阀进入排水阱，提升泵芯装置，活塞仓再次吸水，直至排水阱水满可以向高位水槽供水时止，再次检查配重仓与活塞仓的沉浮状态，必要时，二次加水至其可自然下沉为宜。

本发明之排水阱的一个方向对称设置助浮阱，另一个方向对称设置高位排水管，做好系统启动准备后，即进入正常工作状态，泵芯装置自动至低位，水经过泵送阀装置进入排水阱，启动卷扬机之调频电机，卷扬辊15带动提升吊索33提升泵芯装置，汲水阱2底部的汲水阀自动打开，贮水槽8中的水被吸入汲水阱2中，当提升吊索33提升至高位，水也随之进入高位水槽，然后水分至两路，一路通过高位排水管输送到用水装置或动力转换装置；另一路则流入助浮阱，将其中的助浮仓浮升上行，通过助浮索，提升装置或导向轮助推泵芯装置上行；当提升吊索上的限位挡32、缓冲弹簧31触及高位架上的位置开关，同时触发卷扬电机之控制电路，停止为卷扬电机供电；卷扬辊15在泵芯装置下行之重力作用下反转，释放提升吊索；助浮阱12中的水快速排泄出去，其中的助浮仓随之下落；当活塞仓5下行至低位，提升吊索上的低位挡40再次触发高位架16上的位置开关，通过卷扬电机之控制电路为电机供电，电机启动带动卷扬辊旋转，提升吊索提升配重仓上行，汲水阱2进水，排水阱3排水进入高位水槽11，然后水再“分配”到助浮阱或者高位排水管中。

对于助浮索13联接助浮辊的实施方式，助浮阱12中的助浮仓14在水的浮力作用下浮升上行，助浮索13上行推动单向驱动助浮辊39助推卷扬辊15加速转动或提高卷扬辊的扭力，减少卷扬辊的驱动电机动力消耗。当助浮仓上升到最高点后，随着排水阱间歇排水量减少，以及助浮阱底部泄水管的水的排泄，水位会自然下降，助浮仓随之下行，助浮索13带动助浮辊空转，不会干扰泵芯装置浮升运动，即正常的汲水与排水。

泵芯装置的上下行循环往复，实现泵送装置的连续泵水作业；伴随浮升的助浮阱内的助浮仓助推泵芯装置的上行运动，提高提升效率，减少动力消耗。

对于高低位导向轮助浮实施方式，助浮仓底部的助浮索通过高低位导向轮连接到配重仓顶部，配重仓与助浮仓同步上升，从而起到助浮的作用，提高对配重仓的提升效率。与前述相同，当配重仓达到高位后，助浮索上的限位挡触发卷扬辊电机控制电路，停止供电，配重仓在重力作用下，自由下行，汲水阱底部的汲水阀自动关闭，同时，水进入泵送阀装置之换仓阀，冲开阀芯19，进入排水阱中；当活塞仓下降到汲水阱底部时，在缓冲助推弹簧的作用下，活塞仓“触底反弹”，随之上升，汲水阱的底部进水阀自动打开，水再次被吸入，同时泵送阀装置中的排水阀自动关闭；在提升力和助浮力的共同作用下，配重仓被再次提升，水从排水阱之排水口溢出进入高位水槽，如此循环往复。源源不断地将高势能大容量水输送到用水设备或动力转换装置中，用于发电或其他用途。

Claims (10)

1.一种助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置，包括机架（1）、贮水槽（8）、泵体装置、泵芯装置和提升装置，所述的机架（1）底部设置贮水槽（8），所述的贮水槽（8）中设置泵体装置，所述的泵体装置顶部设置提升装置，所述的提升装置包括卷扬辊（15）和驱动电机（41），所述的卷扬辊（15）通过提升吊索（33）连接设置于泵体装置内的泵芯装置；所述的泵体装置包括汲水阱（2）、泵送阀装置（4）、排水阱（3）和高位水槽（11），三者自下向而上依次联接，所述的高位水槽（11）底部设置高位排水管（34），高位排水管（34）上设置控制阀；所述的泵芯装置包括活塞仓（5）和其上的配重仓（6），所述的活塞仓（5）设置于汲水阱（2）内，且其上部与泵送阀装置（4）密封配合；所述的配重仓（6）顶部设置提升吊索（33）与提升装置之卷扬辊（15）联接，其特征是：所述的汲水阱（2）底部设置缓冲助推装置（35），所述的排水阱（3）外设置助浮阱（12）且与高位水槽（11）联通配合，所述的助浮阱（12）底部设置泄水管（23），所述的助浮阱（12）内设置助浮仓（14），助浮仓（14）通过助浮索（13）联接提升装置之卷扬辊（15）；活塞仓（5）通过浮动密封环（7）与泵送阀装置（4）密封动配合。

2.根据权利要求1所述的助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置，其特征是：所述的助浮阱（12）对称于排水阱（3）设置，助浮阱（12）上口分别联通高位水槽（11）底部，助浮仓（14）底部设置助浮索（13），助浮索（13）分别经过低位导向轮、高位导向轮后联接排水阱（3）内的配重仓（6）。

3.根据权利要求1或2所述的助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置，其特征是：所述的助浮阱（12）底部通过泄水管（23）联通中位水槽（9），所述的助浮仓（14）底部之助浮索（13）穿过助浮阱（12）底部，并经过设置于中位水槽（9）上的低位导向轮和设置于高位架（16）上的高位导向轮（17），再通过吊索扣（28）联接配重仓（6）之顶部。

4.根据权利要求1所述的助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置，其特征是：所述的助浮仓（14）顶部设置助浮索（13）和调控阀（30），所述的调控阀（30）成对设置，一个为进水阀，一个为排气阀；所述的助浮索（13）与助浮辊（39）配合，助浮辊（39）与卷扬辊（15）同轴设置，助浮辊（39）为单向驱动机构，助浮辊（39）与驱动轴之间设置单向驱动棘爪。

5.根据权利要求1所述的助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置，其特征是：所述的泵送阀装置（4）为舱式结构，包括芯管，所述的芯管四周均布换仓阀（18），两者之间通过隔板联接配合，所述的换仓阀（18）的底部汇聚联通芯管；所述的芯管顶部设置浮动密封环（7），与活塞仓（5）密封配合，分隔泵送阀装置（4）之汲水阱和排水阱。

6.根据权利要求1或5所述的助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置，其特征是：所述的泵送阀装置（4）之换仓阀（18）包括阀管、阀座和阀芯，所述的阀管顶部设置阀座，所述的阀座内设置阀芯，所述的阀管底部通过汇聚斜管联通芯管，所述的阀座上口设置排水孔板。

7.根据权利要求5所述的助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置，其特征是：所述的浮动密封环（7）为叠片组合环结构，包括安装座（71）、密封环座（72）和密封环，所述的密封环座（72）外缘设置安装座（71），所述的密封环座（72）内设置密封环，所述的密封环座（72）内缘径向呈向轴心开口的密封环槽（73），所述的密封环槽（73）内设置密封环，所述的密封环内缘半径小于密封环座（72）内缘半径；所述的密封环为由一组密封叠片（75）依次叠合而成闭合环结构。

8.根据权利要求2所述的助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置，其特征是：所述的中位水槽（9）之底部或者底侧部设置中位排水管，中位排水管上设置三通式阀结构，其中一路联接用水管路；另一路联通贮水槽（8）。

9.根据权利要求1或2所述的助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置，其特征是：所述的汲水阱（2）下段之侧壁设置侧边汲水阀（21）和底部设置底吸汲水阀（22），两者均为单向汲水阀，包括漏斗式阀座和球式阀芯，相互重力密封配合。

10.根据权利要求1或2所述的助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置，其特征是：所述的提升吊索（33）下端靠近配重仓（6）顶端设置限位挡（32），所述的限位挡（32）上设置缓冲弹簧（31）；所述的提升吊索（33）上靠近卷扬辊位置设置低位挡（40），所述的限位挡（32）、低位挡（40）分别与设置于高位架（16）上，连接卷扬辊电机控制电路的位置开关触发配合。