CN105889142A - 一种气爆泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气爆泵装置，其包括第一连通管；收缩弯管，所述收缩弯管的一端与所述第一连通管连通，且在所述收缩弯管的拐点顶部设置有通气管；反坡引水管，所述反坡引水管与所述收缩弯管的另一端连通；第二连通管，所述第二连通管设置在所述反坡引水管的末段；气压罐；所述气压罐通过所述第二连通管与所述反坡引水管连通，且在所述第二连通管的与所述气压罐连通的开口处设置有止水阀；在所述气压罐的顶部设置有顶部开口，所述顶部开口处设置有空气阀；以及扬水管，所述扬水管与所述气压罐连通。本发明的气爆泵装置运行操作简单容易，只要打开下水池的阀门充水到上下游保持一定的水位时，气爆泵便会自动地运行，向上水池提水。

Description

一种气爆泵装置

技术领域

本发明涉及介质传输技术装置领域，是一种水力机械，特别是一种气爆泵装置。

背景技术

水锤泵是一种既古老又先进的技术，它是一种利用水锤效应直接将低水头能转换为高水头能的高效提水装置。它利用水资源的落差输送出高扬程的水，以水本身的流动作为动力，不消耗电、油、煤等能源，具有扬程高、结构简单等特点，广泛应用于山区和丘陵地区。但是目前的水锤泵中的弹簧部件需要经常失效，因此需要经常检修，其维修次数较多。另一方面，目前的水锤泵在开机时还需要人为控制排水阀进行开启→关闭→开启→关闭往复运作几次后，水泵才能自动运行，使用较为不便。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种新的气爆泵装置。该气爆泵装置利用气爆原理来实现提水的目的。

本发明的目的是这样实现的：

一种气爆泵装置，其包括

第一连通管；

收缩弯管，所述收缩弯管的一端与所述第一连通管连通，且在所述收缩弯管的拐点顶部设置有通气管；

反坡引水管，所述反坡引水管与所述收缩弯管的另一端连通；

第二连通管，所述第二连通管设置在所述反坡引水管的末段；

气压罐；所述气压罐通过所述第二连通管与所述反坡引水管连通，且在所述第二连通管的与所述气压罐连通的开口处设置有止水阀；在所述气压罐的顶部设置有顶部开口，所述顶部开口处设置有空气阀；以及扬水管，所述扬水管与所述气压罐连通。

其中，所述收缩弯管包括第一管部、弯折部和第二管部，所述弯折部连通所述第一管部和所述第二管部，所述第一管部与所述第一连通管连接，所述第二管部与所述反坡引水管连接，且所述第一管部的内径逐渐缩小。

其中，所述反坡引水管的i为0.01～0.03。

其中，所述反坡引水管包括反坡段和水平段，所述反坡段与所述收缩弯管连通，所述第二连通管与所述反坡引水管的连通点位于所述水平段上，其中所述反坡段的i为0.01～0.03。

其中，所述第二连通管整体呈喇叭状，所述第二连通管的与所述反坡引水管连接的开口处的内径大于所述第二连通管的安装有止水阀的开口处的内径。

其中，所述反坡引水管的出口为淹没流；

和/或，所述反坡引水管的上下游水头大于4米；

和/或，所述反坡引水管的靠近所述第二连通管的出口端向所述反坡引水管的底部收缩。

进一步的，所述止水阀包括阀板、顶压板、轴承基座、固定轴承、转动轴套、连杆和重锤；其中所述固定轴承通过所述轴承基座固定在所述第二连通管上，所述转动轴套套装在所述固定轴承上，所述阀板固定在所述转动轴套上，所述顶压板设置在所述阀板的另一端，所述重锤通过所述连杆固定在所述转动轴套上。

进一步的，所述顶压板上设置有面积大于第二连通管的顶口的面积的孔。

进一步的，所述气压罐中的水面高度在所述顶压板的末端和所述空气阀之间。

其中，所述顶部开口处还设置有固定在所述顶部开口处的导向轴套，所述空气阀在所述导向轴套中滑动。

本发明产生的有益效果是：

（1）本发明的气爆泵装置运行操作简单容易，只要打开下水池的阀门充水到上下游保持一定的水位时，气爆泵便会自动地运行，向上水池提水，不像传统的水锤泵在开机时还需要人为控制排水阀进行开启→关闭→开启→关闭往复运作几次后，水泵才能自动运行；

（2）本发明的气爆泵装置安装容易，因止水阀和空气阀等部件都安装在气压罐中，因此使用时只需安装气压罐即可；

（3）本发明的气压罐中的止水阀和空气阀构造简单，均无弹簧部件，维修次数少，不需要经常要换弹簧；

（4）本发明的气爆泵装置的提水效率高，据实验其提水效率与水锤泵相当，同时本发明的气爆泵装置利用了气爆原理来实现提水目的，也不需要消耗电、油、煤等能源。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的气爆泵装置的整体示意图；

图2是本发明的气爆泵装置的止水阀和空气阀开启状态的放大示意图；

图3是本发明的气爆泵装置的止水阀和空气阀开启状态的A-A剖面示意图；

图4是本发明的气爆泵装置的止水阀和空气阀关闭状态的放大示意图。

具体实施方式

实施例一：

参见图1，一种气爆泵装置，包括第一连通管100、收缩弯管200、反坡引水管300、第二连通管400、气压罐500和扬水管600。其中收缩弯管200连通第一连通管100和反坡引水管300，第二连通管400连通反坡引水管300和气压罐500，扬水管600安装在气压罐500上。反坡引水管的含义是引水管沿着水流方向向上倾斜。

参见图1，在所述收缩弯管200的拐点顶部设置有通气管700；气体通过通气管700进入收缩弯管。本实施例中的通气管700最好为弯折管，且通气管700的开口为漏斗型开口。收缩弯管200的拐点处能够产生负压，在负压的作用下空气通过通气管进入收缩弯管中。

所述第二连通管400设置在所述反坡引水管的末段，且第二连通管400与反坡引水管300的连接口设置在反坡引水管300的顶部，也就是说第二连通管400与反坡引水管300的连接口是在反坡引水管300上另外开口。同时反坡引水管的另一端为开放式的。

气压罐500中设置有止水阀510和空气阀520，其中止水阀安510装在第二连通管400的与所述气压罐500连通的开口处；空气阀520安装在气压罐500的顶部设置的顶部开口处。

若压力管道中存在空气囊，当气囊流到管外的水域时，气囊的容积膨胀并急速上升，在气囊与自由水面接触的瞬间爆破即称为气爆现象。在气囊溃灭的瞬间要补充相当于气囊容积的水体，产生巨大的水击压力。所以，气爆现象也可以说是有压气囊瞬间溃灭产生的水击压力。其压力水头可近似的用下述直接水击公式表达：

式中α—水击波传播速度m/s；V—气泡在水中上升速度m/s；g—重力加速度m/s ²。本发明的气爆泵装置正是利用了气爆的原理，将管道中不断生成的气囊收集到气压罐中，在气囊与气压罐自由水面接触时，瞬间爆破产生的水击压力，驱使连接在气压罐的水管喷射出水体到高水池中，实现提水目的。

本发明的气爆泵装置的原理具体描述如下：水流从下水池001经第一连通管100流至收缩弯管200时，由于收缩口过流面积减小流速增大，在收缩弯管200的拐点上部产生负压，从通气管700吸入大量空气，这些空气掺混到反坡引水管300的水流中形成空气泡，空气泡随着水流向下游一边流动一边集聚成空气囊003漂浮在反坡引水管300的顶部，当气囊003流到气压罐500下部时，在反坡引水管300管内压力和出口收缩的作用下，空气囊003经第二连通管400进入气压罐500后迅速上升，空气囊003同罐内水面接触的瞬间发生气爆现象，自动关闭止水阀510和空气阀520（见图4），空气囊003气爆从而在气压罐500内产生高压，驱使气压罐500内的水从扬水管600流向高处的上水池002，完成一次提水过程。随后气压罐500的压力释放，其顶部的空气阀520在重力的作用下打开，而下部止水阀510恢复到初始开启位置。此时空气阀520自动调节气压，使气压罐500的水面暂时又回复到原高程，迎接下一个气囊003的到来，重复上述过程从而完成提水。

本发明的气爆泵装置使用方便，使用时只要打开下水池001的阀门010使下水池001保持一定水位，气爆泵装置就会自动运行，向上水池002提水。

本发明的气爆泵装置中，止水阀510和空气阀520不断打开和关闭，就可以实现提水。参见图2，本实施例中的止水阀510包括阀板511、轴承基座512、固定轴承513、转动轴套514、连杆515和重锤516，其中所述固定轴承513通过所述轴承基座512固定在所述第二连通管400上，所述转动轴套514套装在所述固定轴承512上，所述阀板511固定在转动轴套514上，所述重锤516通过所述连杆515固定在所述转动轴套514上。转动轴套514以固定轴承513为中心转动，转动轴套514带动阀板511转动；同时重锤516和转动轴套514共同绕固定轴承513转动。参见图2和图3，止水阀510开启时，水和空气囊003能够通过第二连通管400进入气压罐500；参见图4，当空气囊气爆的瞬间，在气爆压力的作用下阀板511向下运动密封第二连通管，止水阀510呈关闭状态，之后随着气压罐压力的释放，在重锤的作用下转动轴套绕固定轴承转动，进而带动阀板打开，之后水和空气囊可以再次进入气压罐，该过程不断重复，止水阀和空气阀不断打开、关闭，就可以不断提水。

优选的，反坡引水管300的 i为0.01～0.03，最好为0.02。设置反坡引水管能够降低水的流速，从而使空气泡聚集，但是反坡引水管的倾斜度也不能太大，太大则不能高效利用上下游的水头差。

优选的，所述第一连通管100和/或所述第二连通管400为竖管。也就是说竖管的中心轴线与水平线垂直。第一连通管为竖管方便下水池001中的水迅速流入收缩弯管，从而在收缩弯管的拐点处产生较大的负压。第二连通管为竖管能够使空气囊更加方便的进入气压罐。

同时，所述反坡引水管300的出口应当为淹没流，反坡引水管出口的淹没水深0.3～0.6米，最好为0.5米。另外，反坡引水管300的上下游水头应当大于2m。

在一个实施例中，反坡引水管的管长30m至40m ，管内径0.25m至0.4m，通气管内径0.1m；气压罐500的直径为反坡引水管内径的2倍至4倍，气压罐的净高度分别为反坡引水管400的内径的3倍至5倍。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，是对实施例一中的止水阀的改进。参见图2，本实施例中的止水阀还包括顶压板517，顶压板517设置在阀板511的另一端。设置顶压板能够使得气爆发生时止水阀受到的压力更大从而使得阀板能够迅速的完全密封第二连通管。顶压板与阀板之间的角度大于90度。本实施例中的止水阀的阀板和顶压板可以采用玻璃钢材等复合材料制作。

进一步的，参见图3，所述顶压板517上设置有面积大于第二连通管400的顶口（即第二连通管的靠近气压罐的开口）面积的孔。顶压板上的孔可以为方孔或圆孔。在顶压板上设置孔能够避免顶压板对空气囊的影响。

为了使得提水过程顺利进行，参见图2，所述气压罐500中的水面高度应当在所述顶压板517的末端（图2中的低水面，此时止水阀开启）和所述空气阀（图2中的高水面）之间。

进一步的，所述扬水管700固定在所述气压罐500的侧壁上，且所述扬水管700与所述气压罐500的连接口的位置不高于止水阀开启时所述顶压板的末端。

实施例三

本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，是对实施例一中的空气阀的改进。本实施例在气压罐500的顶部开口处还设置有固定在所述顶部开口内壁上的导向轴套521，所述空气阀520在所述导向轴套521中滑动。图2中的空气阀520呈开启状态，而图4中气爆发生的瞬间空气阀520呈关闭状态。而当完成一次提水过程后，空气阀520在重力作用下打开，自动调节气压，使气压罐中的水恢复原有水面高度。

进一步的，在所述导向轴套521的下部设置有排水孔。

同时，在空气阀520与导向轴套521接触的位置设置有密封垫。进一步的，在阀板511和第二连通管400接触的位置设置有密封垫。在重锤516与气压罐接触的位置也设置有密封垫。

实施例四

本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，是对实施例一中的收缩弯管的改进。

参见图1，本实施例中的所述收缩弯管包括第一管部210、弯折部220和第二管部230，所述弯折部220连通所述第一管部210和所述第二管部230，所述第一管部210与所述第一连通管100连接，所述第二管部230与所述反坡引水管300连接，且所述第一管部210的内径逐渐缩小。通气管700设置在弯折部220的拐点处。

实施例五

本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，是对实施例一中的反坡引水管的改进。

参见图1，本实施例中的反坡引水管300包括反坡段310和水平段320，所述反坡段310与所述收缩弯管200连通，所述第二连通管400与所述反坡引水管300的连通口位于所述水平段320上，其中所述反坡段的i为0.01～0.03。设置水平段能够使得空气囊更容易进入第二连通管。

另外，所述反坡引水管300的靠近所述第二连通管400的出口端向所述反坡引水管300的底部收缩（即向下游收缩）。参见图1，反坡引水管的末端的出口端的截面形状为斜线。

实施例六

本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，是对实施例一中的第二连通管的改进。

参见图2，本实施例中的所述第二连通管400整体呈喇叭状，所述第二连通管400的与所述反坡引水管300连通的开口处的内径大于所述第二连通管400的安装有止水阀520的开口处的内径。从图2的方位来看，第二连通管下面的开口的内径大于上端开口的内径，这样设置能够积聚更多的空气囊。第二连通管的顶口(即第二连通管的安装有止水阀的开口)直径为反坡引水管300的内径的0.5倍至0.7倍。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如整个装置的连接方式、各个连接关系等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种气爆泵装置，其特征在于：包括

第一连通管；

收缩弯管，所述收缩弯管的一端与所述第一连通管连通，且在所述收缩弯管的拐点顶部设置有通气管；

反坡引水管，所述反坡引水管与所述收缩弯管的另一端连通；

第二连通管，所述第二连通管设置在所述反坡引水管的末段；

气压罐；所述气压罐通过所述第二连通管与所述反坡引水管连通，且在所述第二连通管的与所述气压罐连通的开口处设置有止水阀；在所述气压罐的顶部设置有顶部开口，所述顶部开口处设置有空气阀；以及扬水管，所述扬水管与所述气压罐连通。

2.根据权利要求1所述的气爆泵装置，其特征在于：所述收缩弯管包括第一管部、弯折部和第二管部，所述弯折部连通所述第一管部和所述第二管部，所述第一管部与所述第一连通管连接，所述第二管部与所述反坡引水管连接，且所述第一管部的内径逐渐缩小。

3.根据权利要求1所述的气爆泵装置，其特征在于：所述反坡引水管的i为0.01～0.03。

4.根据权利要求1所述的气爆泵装置，其特征在于：所述反坡引水管包括反坡段和水平段，所述反坡段与所述收缩弯管连通，所述第二连通管与所述反坡引水管的连通点位于所述水平段上，其中所述反坡段的i为0.01～0.03。

5.根据权利要求1所述的气爆泵装置，其特征在于：所述第二连通管整体呈喇叭状，所述第二连通管的与所述反坡引水管连接的开口处的内径大于所述第二连通管的安装有止水阀的开口处的内径。

6.根据权利要求1所述的气爆泵装置，其特征在于：所述反坡引水管的出口为淹没流；

和/或，所述反坡引水管的上下游水头大于4米；

和/或，所述反坡引水管的靠近所述第二连通管的出口端向所述反坡引水管的底部收缩。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的气爆泵装置，其特征在于：所述止水阀包括阀板、顶压板、轴承基座、固定轴承、转动轴套、连杆和重锤；其中所述固定轴承通过所述轴承基座固定在所述第二连通管上，所述转动轴套套装在所述固定轴承上，所述阀板固定在所述转动轴套上，所述顶压板设置在所述阀板的另一端，所述重锤通过所述连杆固定在所述转动轴套上。

8.根据权利要求7所述的气爆泵装置，其特征在于：所述顶压板上设置有面积大于第二连通管的顶口的面积的孔。

9.根据权利要求7所述的气爆泵装置，其特征在于：所述气压罐中的水面高度在所述顶压板的末端和所述空气阀之间。

10.根据权利要求1至6任意一项所述的气爆泵装置，其特征在于：所述顶部开口处还设置有固定在所述顶部开口处的导向轴套，所述空气阀在所述导向轴套中滑动。