CN108843580A - 高容积效率自吸式离心泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高容积效率自吸式离心泵，气水分离室与储水室通过回流管路连通，回流管路上设有电磁阀；电磁阀与信号控制装置和压力传感装置依次连接，压力传感装置用于采集气水分离室内腔的压力，信号控制装置用于接收压力传感装置发送的压力信号并向电磁阀发送电流信号；高容积效率自吸式离心泵的容积效率为87％～95％，自吸式离心泵启动时电磁阀打开，电磁阀的关闭时间比自吸式离心泵的自吸时间大30s～1min。本发明的高容积效率自吸式离心泵自吸性能好，自吸时间短，自吸高度高，容积效率高，且采用全流道水力设计，兼顾效率、自吸性能、水力性能及运行可靠性，可被推广使用。

Description

高容积效率自吸式离心泵
技术领域
本发明属于离心泵领域，涉及一种高容积效率自吸式离心泵。
背景技术
自吸泵是特殊结构的离心泵，只需第一次启动灌水，之后直接启动即可，具有使用方便、工作可靠和便于远程集中控制的优点，特别适用于吸上安装和启动频繁的场合，缺点是泵容积效率低，这是由于内混式或外混式结构的自吸泵气水分离室内的压力是动态变化的，在正常运行时不能实现回流孔的关闭，导致泵容积效率低，另外，对于外混式结构的自吸泵，回流孔开在蜗壳上，泵正常运行后，气水分离室流速慢，压力高，蜗壳内流速快，压力低，导致液流由气水分离室向泵蜗壳内流动，不仅形成了回流，还对蜗壳内的液流形成扰动冲击，降低泵的水力效率和容积效率，对于内混式结构，直接在储液室和气水分离室之间开孔形成回流，这种也造成气水分离室高压腔液体向储液室低压腔流动，降低泵容积效率。
另外现有技术自吸式离心泵也无法实现效率、自吸性能、水力性能及运行可靠性的兼顾，气水分离室的结构及回流量决定了产品性能，为保证产品的自吸性能和自吸时间，一般设计取较大的回流量，使得泵容积率低，又因为气水分离室的结构，叶轮内速度不能有效的转化为压力能，而是伴随冲击、突变扩散或收缩损失掉了，这样泵效率就较低，据统计，一般自吸泵现场实际运行效率不超过50％，造成了很大的能耗浪费，不符合国家节能环保要求，而且自吸泵叶轮不能切割，每台泵设计完成后流量压力恒定，叶轮切割后，叶轮和泵体割舍处的间隙增大，气水混合物不能快速的排出，影响泵自吸性能。
因此，开发一种容积效率高且能兼顾效率、自吸性能、水力性能及运行可靠性的高容积效率自吸式离心泵极具现实意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种容积效率高且能兼顾效率、自吸性能、水力性能及运行可靠性的高容积效率自吸式离心泵。本发明采用外引回流管路设计，并安装电磁阀，当泵启动时，电磁阀打开，泵回流实现自吸过程，设定电动阀关闭时间大于泵自吸时间，并加一定安全余量，当泵正常运行后，电动阀关闭，回流过程关闭，电磁阀打开，泵回流实现自吸，整个过程可自动控制回流，从而提高泵容积效率。本发明还采用全流道水力设计，保证流速从小到大的均匀变化，流动方向也实现了均匀变化，提高泵运行效率，降低水力损失，实现了效率、自吸性能、水力性能及运行可靠性的兼顾。
为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
高容积效率自吸式离心泵，包括气水分离室和储水室，气水分离室与储水室通过回流管路连通，回流管路上设有电磁阀；
电磁阀与信号控制装置和压力传感装置依次连接，压力传感装置用于采集气水分离室内腔的压力，信号控制装置用于接收压力传感装置发送的压力信号并向电磁阀发送电流信号；
高容积效率自吸式离心泵的容积效率为85％～95％。现有自吸泵由于回流孔不能封堵，容积效率较低，根据回流孔的泄漏量估算一般自吸泵容积效率在75％～80％左右。
作为优选的技术方案：
如上所述的高容积效率自吸式离心泵，自吸式离心泵启动时电磁阀打开，电磁阀的关闭时间大于自吸式离心泵的自吸时间。
如上所述的高容积效率自吸式离心泵，电磁阀的关闭时间比自吸式离心泵的自吸时间大30s～1min。由于自吸泵气水分离室的压力在刚开始上升时由于有气体的存在呈现动态变化，忽高忽低，为了将气水分离室的气体排净，特设置回流管路和电磁阀延迟关闭，延迟时间过短气体排不干净，过长耗电量高且影响上水时间。
如上所述的高容积效率自吸式离心泵，所述信号控制装置为信号控制柜；所述压力传感装置为压力传感器；所述信号控制装置和压力传感装置的保护范围不限于此，还可以是其他元件，只要能实现相应的功能即可。
如上所述的高容积效率自吸式离心泵，所述信号控制装置安装在自吸式离心泵外的支撑架上；所述压力传感装置安装在气水分离室内壁上，具体位置不定，可采集气水分离室内腔的压力即可。
如上所述的高容积效率自吸式离心泵，所述回流管路主要由位于电磁阀两侧且顺序连接的两组回流管、弯头和管接头组成，管接头与电磁阀螺纹连接，两个回流管分别与气水分离室和储水室焊接连接。管接头与电磁阀、两个回流管分别与气水分离室和储水室之间的连接方式不限于此，其它能够实现固定连接的方式均适用于本发明。
如上所述的高容积效率自吸式离心泵，所述储水室内设有吸水室，吸水室为中空结构，由上底板、下底板以及与二者相互垂直的侧板围成，吸水室的底部开有回流孔；
上底板上开有孔h且沿孔壁向上延伸形成出水管，出水管与叶轮进口连接，侧板横截面的边缘线为逗号形，由曲线a、螺旋线b、曲线c和线d顺序连接形成，曲线a和曲线c为平滑曲线且与螺旋线b之间平滑过渡，线d所在的侧板开有孔k，孔k与进水管连接；吸水室的形状主要与侧板的形状相关，上底板和下底板的边缘线可以与侧板横截面的边缘线相同，也可以不相同；
螺旋线b与曲线a和曲线c的交点分别为m和n，m、n和孔h的圆心o位于同一直线上，m与o的距离小于n与o的距离，以螺旋线b上的点与o之间的线段长度为R，以螺旋线b上的点与o之间的线段和m与o之间的线段的夹角为θ，R＝D0(A+Bθ/C)，D0为叶轮进口直径，A＝0.6～0.7，B＝0.06～0.1，C＝1°。曲线无固定方程式，根据每台泵流量、扬程和转速确定过流断面面积，宽度和径向高度都可随机选择，一般先取径向高度，再根据过流断面面积确定宽度，过流断面面积与泵流量以及断面流速之间的关系为：
S＝Q/vs；
式中，S为过流断面面积，单位为m2，Q为泵流量，单位为m3/s，vs为过流断面流速，单位为m/s，取(v0+v1)/2，v0为泵进口流速，v1为叶轮进口流速。
现有自吸泵结构无吸水室，只有储水室，结构为一圆形筒体，液流从吸水池经过进口弯管，突然扩散至筒体内，液流速度急剧下降，在叶轮吸入口，流速又急剧增大，储液室流速基本为零，在整个水力过水断面为突然放大，后又突然收缩，液流速度矢量大小实现了突变过程，流动方向为无规律排布，这就增加了泵进口段的损失，不仅影响泵整体运行效率，还对抗汽蚀性能有减弱作用，减小了泵的最大自吸高度。本发明的高容积效率自吸泵式离心泵，在储水室中增加吸水室，并设计为半螺旋型结构后，保证了整个过流断面面积均匀变化，从而保证流速从小到大的均匀变化，流动方向也实现了均匀变化，有效减少了液流流动局部扩散及冲击损失，提高泵运行效率，增加泵抗汽蚀余量，从而也进一步提高泵最大吸上高度,本申请高容积效率自吸式离心泵的最大吸上高度可达0.5～1.0m。
如上所述的高容积效率自吸式离心泵，所述吸水室内设有横截面为V形的分水板，分水板的高度与吸水室相同，分水板分别与螺旋线b所在的侧板和曲线a所在的侧板平滑过渡连接，液流进入吸水室后大致分为两股，一股沿曲线c和螺旋线b所在的侧板流动，另一股沿曲线a所在的侧板流动，在螺旋线b所在的侧板和曲线a所在的侧板交界处产生冲击形成漩涡，影响自吸式离心泵的效率，设置分水板后可有效防止液流冲击，有利于提高效率，所述分水板的壁厚与侧板相同，同等壁厚，铸件冷却速度相同，不容易出现铸造缺陷，焊接件可减少焊接变形，同时也可保证强度要求。
如上所述的高容积效率自吸式离心泵，所述储水室为圆筒状结构，其与吸水室和进水管焊接，储水室大小根据泵工况设计；所述线d为弧线，线d所在的侧板为储水室侧壁；所述曲线a的曲率半径小于曲线c，曲线a所在的侧板相当于选择内圈，曲线c所在的侧板相当于旋转外圈，曲线a的曲率半径小于曲线c更有利于满足等速度运动要求；所述进水管为弯管，其各位置横截面积相同且等于孔k的横截面积；所述出水管内径大于等于叶轮进口直径，这是因为从出水管到叶轮进口的流速要缓变不能急变，以减少水力损失，出水管略大于叶轮进口直径，可使得出水管流速小于叶轮进口流速，流速小对应压力能大，这样可减少液流汽化，有利于提升泵的抗汽蚀性能；所述孔h和孔k为圆孔或方孔，孔h和孔k形状不限于此，可根据实际使用情况调整；所述回流孔位于下底板上，还可以设置在靠近下底板的侧板上，只要有利于储水室内的水进入吸水室即可。
发明机理：
本发明采用外引回流管路设计，并安装电磁阀，电磁阀与信号控制装置和压力传感装置依次连接，压力传感装置采集气水分离室内腔压力，传递给信号控制装置，当泵启动时，电磁阀打开，泵回流实现自吸过程，设定电动阀关闭时间大于泵自吸时间，并加一定安全余量，泵正常运行后，当压力传感装置采集的压力大于等于设计扬程时的压力，信号控制装置接收压力传感装置发送的压力信号，并给出一个4mA电流信号，将此信号传递给电磁阀，电磁阀开始关闭，回流过程关闭，回流不受影响；当压力传感装置采集的压力小于设计扬程时，信号控制装置给一个20mA电流信号，电磁阀开始打开，整个过程可自动控制回流，从而提高了泵运行效率、自吸性能以及容积效率。
另外，吸水室主要起对叶轮进口液流引导作用，让液流无冲击进入叶轮，这就要对进入叶轮的液流加以疏导引流，在各过流截面上流速大小不能发生突变，流动方向也不能发生突变，因为突然放大后缩小的过程都伴随能量损失，也称为水力局部损失，水力局部损失大，液流进入叶轮压力低，当液流压力低于汽化压力时，叶轮会发生汽蚀，同时会使泵出口压力降低，泵效率降低。针对该问题，本发明设计了全新的吸水室，使得液流经进水管到吸水室，流速大小基本保持恒定，各截面面积相等，减少水力损失，提高泵效率和抗汽蚀性能。
水力损失计算公式如下：
hs＝ζvs^2/(2g)；
式中，h表示损失压力，单位为m；ζ为损失系数，为常数，和截面面积与速度方向变化有关，变化越大，损失系数越大；vs为过流断面流速，单位为m/s，g为重力加速度，单位为m/s2，“^”表示平方。
由上式看出，总的水力损失和损失系数及流速直接相关，要提高泵效率，必须降低此二者的值。
本发明的吸水室外轮廓母线在360°方向分2段，只有180°采用螺旋线结构，假设叶轮进口流速为v0，那在180°断面上，流速为(1/2)v0，吸水室高度一定，可确定180°断面径向尺寸，同时对于0°截面面积为0，无液流流过，在0°到180°各截面流速相同都为(1/2)v0，通过角度的均匀变化，过流截面面积按角度不同也均匀变换，吸水室高度不变，也就实现径向尺寸均匀变化。将叶轮进口分圆周方向360°，每个角度进水量应均匀，液流在吸水室沿壁面螺旋线运动，其中有180°采用螺旋线结构，在180°截面上流过的液流流量，应均匀的分布在0°～180°截面上，将180°截面面积定为s8，将角度等分为8份，每份22.5°，截面面积为s1、s2……s8；s1＝1/8s8；s2＝2/8s8……，以此类推；各截面的流量也以此类推，这就保证了各截面流速相等，又由于螺旋线结构中曲率半径小，对液流流动有导向作用，不容易形成流动漩涡，保证了截面液流流动方向均匀变化，同时液流流动无水力冲击，所以水力效率高，提高了泵整体效率。
有益效果：
(1)本发明的高容积效率自吸式离心泵，采用全流道水力设计，运行效率高，节能降耗；
(2)本发明的高容积效率自吸式离心泵，采用自动控制电磁阀，自吸性能好，自吸时间短，自吸高度高且极大地提高了容积效率；
(3)本发明的高效节能自吸式离心泵，兼顾效率、自吸性能、水力性能及运行可靠性，极具应用前景；
(4)本发明的高容积效率自吸式离心泵，安装在地面，使用范围广，检修维护方便；
(5)本发明的高容积效率自吸式离心泵，只需第一次启动灌水，之后无需灌水，操作简单。
附图说明
图1为本发明的回流管路结构示意图；
图2为本发明的高容积效率自吸式离心泵的储液室及吸水室结构示意图。
图3为本发明的高容积效率自吸式离心泵的储液室及吸水室的主视图；
图4为本发明的高容积效率自吸式离心泵的储液室及吸水室剖视图；
其中，1-进水管，2-储水室，3-吸水室，4-出水管，5-分水板，6-回流管a，7-弯头a，8-管接头a，9-电磁阀，10-管接头b，11-弯头b，12-回流管b。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
高容积效率自吸式离心泵，包括气水分离室和储水室，气水分离室与储水室通过回流管路连通，回流管路上设有电磁阀；电磁阀与信号控制柜和压力传感器依次连接，压力传感器安装在气水分离室内壁上，用于采集气水分离室内腔的压力，信号控制柜安装在自吸式离心泵外的支撑架上，用于接收压力传感装置发送的压力信号并向电磁阀发送电流信号；自吸式离心泵启动时电磁阀打开，电磁阀的关闭时间比自吸式离心泵的自吸时间大30s～1min。
回流管路结构示意图如图1所示，回流管路主要由位于电磁阀9一侧的顺序连接的回流管a 6、弯头a 7和管接头a 8，以及位于电磁阀9另一侧的管接头b 10、弯头b 11和回流管b 12组成，管接头a 8和管接头b 10与电磁阀9螺纹连接，回流管a 6和回流管b 12分别与气水分离室和储水室焊接连接。
储水室内设有吸水室，结构示意图如图2和3所示，储水室2为圆筒状结构，吸水室3为中空结构，由上底板、下底板以及与二者相互垂直的侧板围成，吸水室下底板上开有回流孔。上底板上开有孔h且沿孔壁向上延伸形成出水管4，出水管4与叶轮进口连接，出水管4内径大于等于叶轮进口直径。
侧板横截面的边缘线为逗号形，如图4所示，由曲线a、螺旋线b、曲线c和线d顺序连接形成，曲线a和曲线c为平滑曲线且与螺旋线b之间平滑过渡，曲线a的曲率半径小于曲线c，线d所在的侧板开有孔k，孔k与进水管1连接，进水管1为弯管，其各位置横截面积相同且等于孔k的横截面积。孔h和孔k为圆孔或方孔，线d为弧线，线d所在的侧板为储水室2的侧壁。储水室2与吸水室3和进水管1焊接。
螺旋线b与曲线a和曲线c的交点分别为m和n，m、n和孔h的圆心o位于同一直线上，m与o的距离小于n与o的距离，以螺旋线b上的点与o之间的线段长度为R，以螺旋线b上的点与o之间的线段和m与o之间的线段的夹角为θ，R＝D0(A+Bθ/C)，D0为叶轮进口直径，A＝0.6～0.7，B＝0.06～0.1，C＝1°。
吸水室3内设有横截面为V形的分水板5，分水板5的高度与吸水室相同，分水板的壁厚与侧板相同，分水板5分别与螺旋线b所在的侧板和曲线a所在的侧板平滑过渡连接。
本发明的高容积效率自吸式离心泵的容积效率为87％～95％。

Claims (9)

1.高容积效率自吸式离心泵，包括气水分离室和储水室，其特征是：气水分离室与储水室通过回流管路连通，回流管路上设有电磁阀；
电磁阀与信号控制装置和压力传感装置依次连接，压力传感装置用于采集气水分离室内腔的压力，信号控制装置用于接收压力传感装置发送的压力信号并向电磁阀发送电流信号；
高容积效率自吸式离心泵的容积效率为87％～95％。
2.根据权利要求1所述的高容积效率自吸式离心泵，其特征在于，自吸式离心泵启动时电磁阀打开，电磁阀的关闭时间大于自吸式离心泵的自吸时间。
3.根据权利要求2所述的高容积效率自吸式离心泵，其特征在于，电磁阀的关闭时间比自吸式离心泵的自吸时间大30s～1min。
4.根据权利要求1所述的高容积效率自吸式离心泵，其特征在于，所述信号控制装置为信号控制柜；所述压力传感装置为压力传感器。
5.根据权利要求4所述的高容积效率自吸式离心泵，其特征在于，所述信号控制装置安装在自吸式离心泵外的支撑架上；所述压力传感装置安装在气水分离室内壁上。
6.根据权利要求5所述的高容积效率自吸式离心泵，其特征在于，所述回流管路主要由位于电磁阀两侧且顺序连接的两组回流管、弯头和管接头组成，管接头与电磁阀螺纹连接，两个回流管分别与气水分离室和储水室焊接连接。
7.根据权利要求6所述的高容积效率自吸式离心泵，其特征在于，所述储水室内设有吸水室，吸水室为中空结构，由上底板、下底板以及与二者相互垂直的侧板围成，吸水室的底部开有回流孔；
上底板上开有孔h且沿孔壁向上延伸形成出水管，出水管与叶轮进口连接，侧板横截面的边缘线为逗号形，由曲线a、螺旋线b、曲线c和线d顺序连接形成，曲线a和曲线c为平滑曲线且与螺旋线b之间平滑过渡，线d所在的侧板开有孔k，孔k与进水管连接；
螺旋线b与曲线a和曲线c的交点分别为m和n，m、n和孔h的圆心o位于同一直线上，m与o的距离小于n与o的距离，以螺旋线b上的点与o之间的线段长度为R，以螺旋线b上的点与o之间的线段和m与o之间的线段的夹角为θ，R＝D0(A+Bθ/C)，D0为叶轮进口直径，A＝0.6～0.7，B＝0.06～0.1，C＝1°。
8.根据权利要求7所述的高容积效率自吸式离心泵，其特征在于，所述吸水室内设有横截面为V形的分水板，分水板的高度与吸水室相同，分水板分别与螺旋线b所在的侧板和曲线a所在的侧板平滑过渡连接，所述分水板的壁厚与侧板相同。
9.根据权利要求8所述的高容积效率自吸式离心泵，其特征在于，所述储水室为圆筒状结构，其与吸水室和进水管焊接；所述线d为弧线，线d所在的侧板为储水室侧壁；所述曲线a的曲率半径小于曲线c；所述进水管为弯管，其各位置横截面积相同且等于孔k的横截面积；所述出水管内径大于等于叶轮进口直径；所述孔h和孔k为圆孔或方孔；所述回流孔位于下底板上。
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