CN106224249B - 低噪音自吸复合泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低噪音自吸复合泵。本发明去掉传统自吸喷射泵的扩散导叶和导流盘，转而采用水力性能和效率更高的单隔舌、单出口或多隔舌、多出口离心蜗室，设计单入式流道将离心增速后的流体合理引流至分流压水室或分流三通，从本质上消除了导叶、导流盘与离心叶轮的刮擦及高速流体对导叶导流盘的剧烈冲击，使离心蜗室和分流压水室或分流三通之间的过渡流动更为顺畅，流动损失和流动噪音更小；单入式流道的合理布置可保证喷嘴入口段工作流体的连续供应，从而保持负压以获得强劲自吸能力；本发明可采用分流三通代替传统大体积的分流压水室，使结构更加紧凑。

Description

低噪音自吸复合泵

技术领域

本发明涉及一种离心喷射复合泵，尤其涉及一种降低噪音的单入式自吸复合泵，属于流体机械领域。

背景技术

泵是一种产量丰富、用途广泛，且对能量需求巨大的通用流体机械。它将原动机的机械能或其他能量部分传递给液体，并使液体的机械能增加，从而达到输送并使液体增压的目的。自吸式喷射泵也称射流泵（self-priming jet-pump），喷射泵结构简单，工作性能可靠，被广泛应用于机械、冶金、化工、石油、舰船、轻工造纸及农林等领域。喷射泵与旋涡泵相比吸力强、自吸稳定、效率高，是一种量大面广的泵类产品。

早在19世纪60年代，德国学者Zeuner就利用动量定理建立了喷射泵的设计理论，并在19世纪末奠定了射流泵的理论基础，然而问题并未彻底解决。我国武汉水利电力大学陆宏折教授在其著作中对上世纪90年代以前的众多学者在喷射泵的应用和研究方面的突出工作进行了详尽回顾。尽管如此，上述国内外喷射泵的研究都只是针对纯喷射泵，即只包含一个喷射器（由喷嘴、喉管和扩散管组成）的射流泵，区别于我国泵行业中熟知的小型喷射泵（几百瓦到数千瓦），即一个离心泵与一个喷射泵的巧妙结合，最早见于Conery W. J.在1942年公开的发明( Combination centrifugal ejector pump / Shallow well self-priming jet pump)，随后Conery W. J.和其他学者对这种泵进行了不断的改进。本发明所称喷射泵即指此类型的泵。类似的改进一直持续到上世纪90年代中期，主要对喷射器与离心叶轮的布置方式上进行的调整，但始终保留离心叶轮的导叶和导流盘，利用离心叶轮出口流出的流体自身压力挤压流体顺着导叶、导流盘从叶轮进口侧或电机侧绕回叶轮进口侧再进入出水室，这种进入分流压水室的方式流动阻力很大，并伴随明显的流动噪音和机械噪音。

喷射泵的基本工作原理是工作流体在离心叶轮高速转动下获得动能后进入分流压水室，速度迅速下降而转化为压力，分流压水室的一部分高压流体经喷嘴高速喷出，在喷嘴出口由于流体的高速运动产生一个很强的负压区，进口附近的流体（气、水或气液两相流）在这个负压的作用下不断被吸入，在喷嘴出口附近与高压工作流体一起射入扩散管并进行充分混合，最后经离心叶轮入口进入叶轮，在离心叶轮的离心作用下重新增压后由叶轮出口导叶和导流盘导流进入分流压水室，大部分高压流体经出口流出完成流体的增压输送，另一部分则重复上述过程循环进入喷嘴，形成射流卷吸被吸流体，这部分流体称为工作流体。由上述喷射泵的工作原理可知，自吸式喷射泵本质上是带固定导叶的离心泵和传统无叶射流泵（喷射泵）的结合，即核心部件包括喷射器，离心叶轮和离心压水室。喷射泵的叶轮实际上就是离心泵的闭式叶轮，流体在离心叶轮作用下的增压方式与离心泵相同，即叶轮转动使水在离心力的作用下被甩向叶轮边缘；喷射器的高压工作流体由离心叶轮增压至分流压水室的流体的一部分提供。

相比同等功率的离心泵这类喷射泵的噪音要高得多，一般1kw左右的喷射泵噪音在70~80分贝甚至更高。具体来说，这类喷射泵的噪音源的主要是由于叶轮高速旋转带动流体高速旋转并在离心力作用下甩出叶轮出口时，冲击导叶、导流盘以及壳体内壁产生较大的流动噪声，并且在某一流量点下叶轮会因此会产生共振导致叶轮与导叶之间发生刮擦。从工作原理上看，喷射泵相比同等级的自吸泵（旋涡泵）或小型离心泵具有更加强劲、更加稳定的吸力与出色的流量和扬程，明显的不足是喷射泵的噪音相比后两种泵要大，用户体验欠佳，也因此暂时无法进入需要低噪音的工作环境，而多装于户外或远离人们的活动空间，巨大的市场潜力无法释放。本发明根据自吸式喷射泵的工作原理，结合其流动特性提出一种新型低噪音复合泵，在保证其流量、扬程、自吸等优势性能的基础上，有效降低喷射泵噪音，扩大其适用范围，挖掘其市场潜力。

发明内容

针对现有喷射泵运行噪音大、流体进入分流压水室流动不顺畅的不足，本发明的目的在于提供一种降噪效果显著，流量、扬程、吸程等工作性能全面，可行性高的离心喷射复合泵。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低噪音自吸复合泵去掉传统自吸喷射泵的扩散导叶和导流盘，转而采用水力性能和效率更高的单隔舌、单出口或多隔舌、多出口离心蜗室，设计单入式流道将离心增速后的流体合理引流至分流压水室或分流三通，从本质上消除了导叶、导流盘与离心叶轮的刮擦及高速流体对导叶导流盘的剧烈冲击，使离心蜗室和分流压水室或分流三通之间的过渡流动更为顺畅，流动损失和流动噪音更小；单入式流道的合理布置可保证喷嘴入口段工作流体的连续供应，从而保持负压以获得强劲自吸能力；本发明可采用分流三通代替传统大体积的分流压水室，使结构更加紧凑。

通过采用以上技术方案，具有的有益效果是：

1、离心蜗室采用单隔舌、单出口或多出口、多隔舌流道，并由单入式流道平缓顺畅地连接离心蜗室和分流压水室或分流三通，区别于传统喷射泵利用导叶和导流盘将离心叶轮出口流体从多个扩散流道垂直挤压进入分流压水室的方式，因此流动损失与流动噪音大大消减，避免了传统喷射泵导叶、导流盘和离心叶轮的碰撞、刮擦，降低了泵运行的机械噪音，根本上解决了离心叶轮出口高速流体撞击导叶的流动噪声和流动损失的问题，杜绝了某一流量点下可能引起的叶轮或导流盘、导叶共振，保留了喷射泵的大流量、高扬程等工作特性的同时，扩大了复合泵的适用范围，特别是需要低噪音的工作环境。

2、当采用分流三通直接取代大体积分流压水室时，不仅铸造成本和泵体重量大大降低，而且泵体体积可充分缩小，使得复合泵的结构更加紧凑、轻便、节能，制造工艺更为简便。

3、当喷射器流向轴线与离心旋转中心轴垂直布置时，复合泵在离心叶轮旋转中心轴线方向上的尺寸大为减小，因此复合泵的泵体尺寸可以进一步减小，使复合泵整体结构进一步紧凑。

4、当采用分流压水室作为工作流体储存腔时，合理布置单入式流道把离心蜗室增速后的高速流体部分引导至距喷嘴入口段入口0.1D～10.0D，使分流压水室内的流动更加优化，消减无效回流和旋流，既保证充足的工作流体供给喷嘴以获得强劲的自吸能力，又能获得同等条件下，比传统喷射泵更高的额定流量；

5、单入式流道连接离心蜗室和分流压水室或分流三通的方式使得复合泵的加工制造工艺可行性强，产业化前景好。

附图说明

图1为本发明低噪音自吸复合泵采用分流压水室、单隔舌、单出口离心蜗室且喷射器与叶轮旋转中心轴平行时的结构剖面示意图；

图2为本发明低噪音自吸复合泵采用分流压水室、单隔舌、单出口离心蜗室且喷射器与叶轮旋转中心轴垂直时的结构剖面示意图；

图3为本发明低噪音自吸复合泵采用分流三通、单隔舌、单出口离心蜗室且喷射器与叶轮旋转中心轴垂直时的结构剖面示意图；

图4为传统自吸喷射泵导叶、导叶盘及导流盘的剖面结构示意图。

图中：1、单入式流道；2、扩散管；3、单入式流道出口；4、喷嘴入口段入口；5、喷嘴；6、复合泵入口；7、离心蜗室；8、复合泵出口；9、离心蜗室隔舌；10、离心叶轮；11、离心叶轮入口；12、电机；13、分流压水室；14、分流三通；15、喷射泵导叶盘；16、喷射泵导叶；17、喷射泵导流盘。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明采用单隔舌、单出口或多隔舌、多出口的离心蜗室，单入式设计即单个顺畅流道直连分流压水室或分流三通，区别于传统喷射泵利用导叶和导流盘将离心叶轮出口流体从多个扩散流道强行垂直挤压进入分流压水室或分流三通的方式，同时保留了喷射泵整体结构紧凑、一体化程度高的特点；特定的单入式流道同时把离心蜗室增速后的高速流体引导至喷嘴入口段入口附近，保证充足的工作流体进入喷嘴以获得强劲的自吸能力，并由此合理分配分流压水室内的流动；离心蜗室增速后的流体经单入式流道可直接进入分流三通进行分流或排气，这种方案下不设分流压水室，结构更为紧凑合理。

本发明基本工作原理：复合泵内一部分流体在叶轮高速旋转带动下（叶轮由电机12带动），获得动能后在离心力的作用下经由离心蜗室隔舌的分流通过单入式流道后平缓、顺畅地进入分流压水室或分流三通，将动能转化为压力势能。因此避免了传统喷射泵导叶与离心叶轮的碰撞、刮擦及高速流体冲击导叶、导流盘的流动噪声和流动损失。进入分流压水室的流体（高速或高压）一部分经分流压水室出口或分流三通出口流出复合泵出口8完成输送，另一部分作为工作流体直接进入喷嘴形成的亚音速或超音速的射流。于是在喷嘴出口高速流体附近产生一个极强的负压，复合泵入口的被吸流体因此被卷吸与高速工作流体一起喷射进入扩散管混合。混合的流体从离心叶轮入口11进入离心叶轮进行类似多级泵的二次增压，然后在离心蜗室的隔舌附近甩出叶轮，最后经单入式流道重回分流压水室或分流三通，其中一部分作为工作流体再次进入喷嘴入口段，另一部分排出泵体，如此循环往复，周而复始。当喷射泵处于自吸排气阶段，入口的被吸流体为气体，在喷嘴出口强负压的作用下与预灌的工作流体一起在喷嘴出口汇流、在扩散管混合后进入叶轮加速，而后经单入式流道未循环进入喷嘴的这部分混合流体在分流压水室或分流三通内滞留，由于气泡的上浮发生气液分离，完成排气而实现自吸。

所述的被吸流体为气、水或其它流体及其与气、固体小颗粒的混合物；工作流体为纯水或其它液态流体及其与气、固体小颗粒的混合物。

所述的单入式流道水力直径为0.1～10.0D ₀，等直径或变直径，圆截面或非圆截面，D ₀为离心蜗室隔舌处垂直于离心流道出口段流道中心线的截面的水力直径。

所述的单入式流道为直管、圆弯管、斜管、螺旋曲线管、任意空间曲线状管或上述形状管道的组合。

所述的单入式流道出口3直接与分流三通密封连接或在分流压水室内距离喷嘴入口段入口4 0.1D～10.0D，D为单入式流道出口水力直径。

所述分流压水室或分流三通的出口方向与重力方向的角度为90°～270°。

所述分流压水室与离心蜗室进口侧的外壁面密封连接或与其整体铸造保证密封。

所述的喷嘴和扩散管组成喷射器，喷射器流向中心轴线可与离心叶轮旋转中心轴平行、垂直或倾斜；

所述的离心蜗室为单隔舌、单出口或多隔舌多出口，每个出口各连接一个单入式流道，单入式流道可汇合后再进入分流压水室或分流三通，也可由各单入式流道单独与分流压水室或分流三通连接。

实施例：本实施例的低噪音自吸复合泵工作时，复合泵离心蜗室7内一部分流体在离心叶轮10高速旋转带动下，获得动能后在离心力的作用下经由离心蜗室隔舌9的分流通过单入式流道1后平缓、顺畅地进入分流压水室13或分流三通14，并迅速使动能转化为压力势能。因此避免了传统喷射泵导叶盘15上的导叶与离心叶轮10的碰撞、刮擦及高速流体冲击喷射泵导叶16、喷射泵导流盘17的流动噪声和流动损失，见图4。进入分流压水室13或分流三通14的流体（高速或高压）一部分经分流压水室13出口或分流三通14出口流出复合泵完成输送，另一部分作为工作流体直接进入喷嘴5形成的亚音速或超音速的射流。于是在喷嘴出口高速流体附近产生一个极强的负压，复合泵入口的被吸流体因此被卷吸与高速工作流体一起喷射进入扩散管2混合。混合的流体从离心叶轮10入口进入离心叶轮进行类似多级泵的二次增压，然后在离心蜗室7的隔舌附近甩出叶轮，最后经单入式流道重回分流压水室13或分流三通14，其中一部分作为工作流体再次进入喷嘴入口段，另一部分排出泵体，如此循环往复，周而复始。当喷射泵处于自吸排气阶段，复合泵入口6的被吸流体为气体，在喷嘴出口强负压的作用下与预灌的工作流体一起在喷嘴5出口汇流、在扩散管2混合后进入叶轮加速，而后经单入式流道1未循环进入喷嘴的这部分混合流体在分流压水室13或分流三通14内滞留，由于气泡的上浮发生气液分离，完成排气而实现自吸。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.低噪音自吸复合泵，其特征在于：将自吸喷射泵的扩散导叶和导流盘，采用离心蜗室替代，设计单入式流道将离心增速后的流体引流至分流压水室或分流三通；

离心蜗室的一端与离心叶轮出口连接，另一端连接单入式流道，通过单入式流道后与分流压水室或分流三通连接；所述的离心蜗室带有隔舌，每个隔舌出口连接一个单入式流道；

所述单入式流道出口直接与分流三通密封连接或在分流压水室内距离喷嘴入口段入口0.1D~10.0D，D为单入式流道出口水力直径。

2.根据权利1所述的低噪音自吸复合泵，其特征在于：单入式流道水力直径为0.1～10.0D ₀，D ₀为离心蜗室隔舌处垂直于离心流道出口段流道中心线的截面的水力直径。

3.根据权利1所述的低噪音自吸复合泵，其特征在于：单入式流道为直管、圆弯管、斜管、螺旋曲线管或上述形状管道的组合。

4.根据权利1所述的低噪音自吸复合泵，其特征在于：分流压水室或分流三通的出口方向与重力方向的角度为90°~270°。

5.根据权利1所述的低噪音自吸复合泵，其特征在于：分流压水室与离心蜗室进口侧的外壁面密封连接或与其整体铸造保证密封。

6.根据权利1所述的低噪音自吸复合泵，其特征在于：复合泵中的喷嘴和扩散管组成喷射器，喷射器流向中心轴线与离心叶轮旋转中心轴垂直。

7.根据权利1所述的低噪音自吸复合泵，其特征在于：所述的离心蜗室为多隔舌多出口，每个出口各连接一个单入式流道，单入式流道可汇合后再进入分流压水室或分流三通，也可由各单入式流道单独与分流压水室或分流三通连接。