CN108894992A - 一种新型无水启动自吸泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型无水启动自吸泵，包括从外到内依次设置的储液室、外自吸室和内自吸室，内自吸室内设有主轴和可转动地安装于主轴上的三叶隔板，每个隔板的叶顶均与内自吸室的内壁面紧密贴合，内自吸室的外侧设有三个相同的收缩槽，收缩槽内均设有弹簧和分离挡板，每个收缩槽的一侧均设有排气管，另一侧均设有吸气管，排气管连通储液腔和外自吸腔，吸气管连通内自吸腔和外自吸腔，外自吸室的底端沿切向设有泵进口管，泵进口管内设有止逆阀，本发明解决了自吸泵首次启动前需灌水等问题，实现了自吸泵无水启动，再次启动时可直接进入正常运行工况，并且三叶隔板转过一周，能完成九次自吸，显著的提高了工作效率，极大的简化了操作过程。

Description

一种新型无水启动自吸泵
技术领域
本发明涉及自吸泵，尤其涉及一种新型无水启动自吸泵。
背景技术
自吸泵除首次启动前需要灌水外，再次启动可通过自身结构形式将泵腔内的空气排净，或者通过外接辅助真空泵抽取泵内空气实现自吸。因此，操作过程明显方便于其他类型泵，从而在农业灌溉、消防救灾等领域得到广泛使用。但在紧急情况下，对首次启动的自吸泵进行灌水，极大的延长了启动时间，严重制约了自吸泵工作效率。而外接辅助真空泵不仅造成较大噪音，而且使得整个机组运输困难，降低了整体的机动性，并且至少配套两台电机，增加了能源消耗。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种新型无水启动自吸泵，该自吸泵仅通过一台电机驱动，噪声小，操作简单，运输方便，启动无需灌水，通过自身结构形式可快速完成自吸过程，并在运行结束后封闭泵进口管路，使得泵内始终灌满水，再次启动时可直接进入正常运行工况，工作效率高，损失能耗小。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种新型无水启动自吸泵，其特征在于，包括从外到内依次设置的储液室、外自吸室和内自吸室，所述储液室、外自吸室和内自吸室均为中空圆柱状，所述储液室安装在底座上，所述内自吸室内设有内自吸腔，所述外自吸室和内自吸室之间形成外自吸腔，所述储液室与外自吸室之间形成储液腔；
所述内自吸室的轴线处设有主轴和可转动地安装于主轴上的三叶隔板，所述三叶隔板呈“Y”型，包括三个相同的隔板，每两个隔板之间的夹角为120°，每个隔板的叶顶截面为圆形，每两个叶顶之间均以光滑的圆弧过渡连接，每个隔板的叶顶均与内自吸室的内壁面紧密贴合；
所述内自吸室的外侧设有三个相同的收缩槽，所述收缩槽沿内自吸室的径向设置，所述收缩槽的一端与外自吸室的内壁连接，另一端与内自吸室的外壁连接，并与内自吸腔连通，每两个收缩槽之间的夹角为120°；所述收缩槽内均设有弹簧和分离挡板，所述弹簧的一端与外自吸室的内壁连接，另一端与分离挡板的一端连接，所述分离挡板的另一端与三叶隔板的外壁面抵接；每个收缩槽的一侧均设有排气管，另一侧均设有吸气管，所述排气管和吸气管均沿内自吸室的径向设置，并分别沿内自吸室的周向均匀分布，所述排气管连通储液腔和内自吸腔，所述排气管沿靠近内自吸腔至远离内自吸腔的方向包括收缩段和扩散段，所述排气管内设有螺旋分离器，所述螺旋分离器的一端与储液室的内壁固定连接，另一端伸入至排气管内，所述吸气管连通内自吸腔和外自吸腔；
所述储液室的顶端设有与储液腔连通的泵出口，所述外自吸室的底端沿切向设有泵进口管，所述泵进口管的一端与外自吸腔连通，另一端伸出储液室的外面，所述泵进口管的另一端端口为泵进口，所述泵进口管位于储液室外的部分上侧壁上设有储阀室，所述储阀室底端安装有转轴，所述转轴上可转动地连接有止逆阀，所述止逆阀可转入储液室内，初始状态，所述止逆阀封闭泵进口管。
优选地，所述分离挡板的另一端面为半圆弧面，所述三叶隔板的叶顶圆半径、三叶隔板的外壁面的曲率半径与分离挡板另一端的半圆半径之比为16:47:8。
优选地，所述排气管上收缩段的收缩角为7°，所述扩散段的扩散角为14°。
优选地，所述螺旋分离器包括锥体以及安装在锥体外表面的螺旋形刀片，所述椎体的锥角为12°。
优选地，所述吸气管的内径沿远离内自吸腔至靠近内自吸腔的方向逐渐缩小，呈收缩状，收缩角度为10°。
优选地，所述止逆阀的横截面为三边形，包括底面、背面和冲击面，所述底面能够与泵进口管的底侧内壁紧密贴合，底面与冲击面之间形成钝角，所述背面为凹向底面和冲击面的圆弧形面，所述储阀室的上侧内壁上设有与背面相配合的凸起，所述背面能够与储阀室的上侧内壁完全贴合。
优选地，所述止逆阀的底面与冲击面之间的夹角为104°，背面的曲率半径为64mm，止逆阀绕转轴的转动角度范围为0～110°。所述止逆阀的背面与凸起紧密贴合时，所述冲击面能够封闭储阀室。
优选地，所述收缩槽的深度与分离挡板的高度之比为1.2:1。
优选地，所述内自吸室的内壁直径、外自吸室的内壁直径与储液室的内壁直径比为1:2:3。
优选地，所述螺旋分离器和底座由铝合金材料制成，所述内自吸室、外自吸室、储液室、泵进口管、吸气管、排气管和收缩槽均为铸铁一体成型，所述三叶隔板、分离挡板和止逆阀均为橡胶材料加工成型，所述收缩弹簧由石墨烯材料制成。
本发明的有益效果：
1、本发明采用三叶隔板与分离挡板的配合实现了对吸气腔与排气腔的体积调节，使得三叶隔板的每个隔板每转过120°即可完成一次完整的吸气及排气过程，并且吸气过程与排气过程同步进行，即三个隔板在转过一周的过程中，共完成了9次完整的自吸过程，极大的提高了自吸效率，显著的缩短了自吸时间。并且三叶隔板采用橡胶材料，有效避免了汽蚀对转动部件造成的破坏，确保了泵运行的稳定性。
2、本发明采用止逆阀结构，在自吸过程中可转动进入储阀室内，减少了泵进口进流的阻力损失，在自吸结束后，能够回落至泵进口，实现了对泵进口管的封闭，不仅可以有效降低关机时水锤造成的伤害，同时使得泵内充满液体，当再次启动时，可直接进入正常运行工况，显著提高了工作效率。
3、本发明采用螺旋分离器结构，在自吸中期，不仅可以通过螺旋分离器的螺旋形刀片对高速气液两相流进行气液切割，完成气液分离，同时两相流在排气管扩散段内形成的螺旋形流道进行离心运动，气液两相流中气相所受离心力远小于液相所受的离心力，因此液相在离心力的作用下甩入储液室内，进一步进行气液分离，剩余的高速两相冲击在储液室内壁上，造成冲击破碎，冲击过后水回落到储液室内，通过三次气液分离，减少自吸过程中液相排量，加速泵内空气的排出。
4、本发明采用内自吸室、外自吸室、储液室三层自吸结构形式，而分离挡板与三叶隔板进一步将内自吸腔巧妙分隔为3个吸气腔与3个排气腔，通过排气管与排气腔的连通，吸气腔与吸气管的连通，实现了不同自吸室之间的连接，并利用止逆阀的密封性能，实现了不附加任何辅助电机的前提下自吸泵的无水启动，克服了传统自吸泵启动前需灌水的复杂操作。
附图说明
图1为本发明所述一种新型无水启动自吸泵的结构示意图。
图中：1-泵出口；2-储液腔；3-螺旋分离器；4-排气管扩散段；5-排气管收缩段；6-排气腔；7-泵进口管；8-储液室；9-止逆阀底面；10-止逆阀背面；11-外自吸室；12-止逆阀；13-外自吸腔；14-内自吸腔；15-收缩弹簧；16-转轴；17-底座；18-收缩槽；19-分离挡板；20-吸气管；21-吸气腔；22-主轴；23-三叶隔板；24-止逆阀冲击面；25-内自吸室；26-泵进口；27-排气管；28-储阀室；29-凸起。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的一种新型无水启动自吸泵，包括从外到内依次设置的储液室8、外自吸室11和内自吸室25，储液室8、外自吸室11和内自吸室25均为中空圆柱状，内自吸室25的内壁直径、外自吸室11的内壁直径与储液室8的内壁直径比为1:2:3。储液室8安装在底座17上，内自吸室25内设有内自吸腔14，外自吸室11的内壁和内自吸室25的外壁之间形成外自吸腔13，储液室8的内壁与外自吸室11的外壁之间形成储液腔2。
内自吸室25的轴线处设有主轴22和可转动地安装于主轴22上的三叶隔板23，主轴22由电机驱动，三叶隔板23呈“Y”型，包括三个相同的隔板，每两个隔板之间的夹角为120°，每个隔板的叶顶截面为圆形，每两个叶顶之间均以光滑的圆弧过渡连接，每个隔板的叶顶均与内自吸室25的内壁面紧密贴合。
内自吸室25的外侧设有三个相同的收缩槽18，收缩槽18沿内自吸室25的径向设置，收缩槽18的一端与外自吸室12的内壁连接，另一端与内自吸室25的外壁连接，并与内自吸腔14连通，每两个收缩槽18之间的夹角为120°；收缩槽18内均设有弹簧15和分离挡板19，弹簧15的一端与外自吸室12的内壁连接，另一端与分离挡板19的一端连接，分离挡板19的另一端为半圆形，并与三叶隔板23的外壁面抵接；初始状态时，收缩弹簧处于压缩形式，分离挡板19的另一端正好抵接在三叶隔板23上的两个隔板中间位置。随着三叶隔板23的旋转，当三叶隔板叶顶与分离挡板19的另一端接触时，分离挡板19可完全位于收缩槽18内，收缩槽18的深度与分离挡板19的高度之比为1.2:1，三叶隔板23的叶顶圆半径、三叶隔板23的外壁面的曲率半径与分离挡板19另一端的半圆半径之比为16:47:8。
每个收缩槽18的一侧均设有排气管6，另一侧均设有吸气管20，排气管6和吸气管20均沿内自吸室25的径向设置，并分别沿内自吸室25的周向均匀分布，排气管6连通储液腔2和内自吸腔14，排气管6沿靠近内自吸腔14至远离内自吸腔14的方向包括收缩段5和扩散段4，收缩段5的收缩角为7°，扩散段4的扩散角为14°。排气管6内设有螺旋分离器3，螺旋分离器3包括锥体以及安装在锥体外表面的螺旋形刀片，椎体的锥角为12°。螺旋分离器3直径较大的一端与储液室8的内壁固定连接，直径较小的另一端伸入至排气管6内，吸气管20连通内自吸腔14和外自吸腔13。吸气管20的内径沿靠近外自吸腔13至靠近内自吸腔14的方向逐渐减小，呈收缩状，收缩角度为10°。
每个收缩槽18两侧的排气管6和吸气管20均位于三叶隔板23上的两个隔板之间，三叶隔板23将内自吸腔14分为三个独立部分，每个部分又被分离挡板19分为两小部分，分别为排气腔6和吸气腔21，排气腔6与排气管27连通，吸气腔21与吸气管20连通。
储液室8的顶端设有与储液腔2连通的泵出口1，外自吸室11的底端沿切向设有泵进口管7，泵进口管7的一端与外自吸腔13连通，另一端伸出储液室8的外面，泵进口管7的另一端端口为泵进口26，泵进口管7位于储液室8外的部分上侧壁上设有储阀室28，储阀室28底端安装有转轴16，转轴16上可转动地连接有止逆阀12，止逆阀12的横截面为三边形，包括底面9、背面10和冲击面24，底面9能够与泵进口管7的底侧内壁紧密贴合，底面9与冲击面24之间形成钝角，背面10为凹向底面9和冲击面24的圆弧形面，储阀室28的上侧内壁上设有与背面10相配合的凸起29，背面10能够与储阀室28的上侧内壁完全贴合。初始状态时，底面9与泵进口管7的底侧内壁紧密贴合，实现了对泵进口管7的封闭。
止逆阀12的底面9与冲击面24之间的夹角为104°，背面34的曲率半径为64mm，止逆阀12绕转轴16的转动角度范围为0～110°。
螺旋分离器3和底座17由铝合金材料制成，内自吸室25、外自吸室11、储液室8、泵进口管7、吸气管20、排气管27和收缩槽18均为铸铁一体成型，三叶隔板23、分离挡板19和止逆阀33均为橡胶材料加工成型，收缩弹簧15由石墨烯材料制成。
本发明的工作过程如下：
电机带动主轴22转动，使得三叶隔板23按照顺时针方向旋转，随着三叶隔板23的转动，分离挡板19只能沿径向收缩进收缩槽18内，使得收缩槽18内的收缩弹簧15压缩变形逐渐增大；并且，与吸气管20连接的吸气腔21的体积不断增大，压力逐渐降低，从而使得外自吸腔13内的空气通过吸气管20进入到吸气腔21内，由于吸气管20在外自吸腔13至吸气腔21的流动方向为渐缩结构，有效地提高了吸气速度，使得外自吸腔13内的空气不断减少，同时外自吸腔13与泵进口管7连通，泵进口管7处安装有止逆阀12，堵塞泵进口26，从而使得整个泵内形成只能排气的封闭空间。随着三叶隔板23的转动，与排气管27连通的排气腔6体积不断减小，排气腔6内的空气不断被挤压排出，而排气管27在内自吸腔14至储液腔2的流动方向上，排气管27形状为先收缩后扩散，实现了先增大流速后增大过流面积的功能，加速内自吸腔14的空气排出，排气管扩散段4内安装有螺旋分离器3，螺旋分离器3底端安装在储液室8的内壁面上，螺旋分离器3结构为安装在锥体外表面的螺旋形刀片。空气经过螺旋分离器3后进入到储液室8内，最终通过泵出口1排出泵内。
当三叶隔板23转过120°时，三叶隔板23叶顶顶在分离挡板19的另一端，此时分离挡板19完全收缩回收缩槽18内，吸气腔21吸进的气体达到最大容量，并且吸气管20与排气管27连通，三叶隔板23再进行转动，跨过分离挡板19的另一端，分离挡板19在收缩弹簧15的弹力作用下伸出收缩槽18，排气腔6体积开始压缩，把从外自吸腔13吸入的空气排入到储液腔2中，而吸气腔21的体积逐渐增大，继续从外自吸腔13内吸入空气，即三叶隔板23的每个隔板每转过120°即可完成一次完整的吸气及排气过程，也就是说三个隔板在转过一周的过程中，共完成了9次完整的自吸过程。
随着内自吸腔14内的空气不断被排出，使得与内自吸腔14连通的泵进口管7的压力不断下降，而止逆阀12的冲击面24侧的压力为大气压力，在压差作用下，止逆阀12打开，当泵进口26处的空气被排尽时，水流进泵进口26，此时水流不断冲击止逆阀12的冲击面24，将止逆阀12抬起，绕转轴16转动进储阀室28内，背面10与凸起29完全贴合，此时止逆阀12在竖直方向上，所受冲击力以及凸起29对背面10的摩擦力之和与重力达到动态平衡，冲击面24紧密封闭储阀室28，与泵进口管7内表面的上壁面完全重合，减少了泵进口26处止逆阀12对进流的阻力损失。
由于泵进口管7内的水不断增多，外自吸腔13内处于气水混合状态，使得大量的气液两相流随吸气管20吸入内自吸腔14中，并通过排气管27输送到储液腔2中，而排气管扩散段4内安装有螺旋分离器3，一方面，从排气管27的收缩段5排出的高速气液两相流冲击在螺旋分离器3的螺旋形刀片上，实现了气液切割，完成气液分离，液体切割后，在重力作用下流落至储液室8内，而气体向上经过泵出口1排出；另一方面，另一部分两相流在排气管扩散段4内形成的螺旋形流道运动，由于螺旋形流道的半径逐渐增大，使得产生的离心力持续增加，气液两相流中气相所受离心力远小于液相所受的离心力，因此液相在离心力的作用下甩入储液室8内，进一步进行气液分离，最终，剩余的高速两相流冲击在储液室8的内壁上，造成冲击破碎，冲击过后水回落到储液室8内，通过三次气液分离，减少自吸过程中液相排量，加速泵内空气的排出，当泵内的空气完全排尽后，泵进口管7、内自吸腔14、外自吸腔13、储液腔2内充满水，此时完成自吸过程，泵进入正常运行工况。
当泵运行结束后，三叶隔板23停止旋转，此时泵进口管7内的进流减小，使得止逆阀12所受的冲击力与背面10所受的摩擦力之和小于重力，止逆阀12绕转轴16转动至泵进口管7，底面9与泵进口管7内壁面紧密贴合，实现了对泵进口管7的封闭，不仅可以有效降低关机时水锤造成的伤害，同时使得泵内充满液体，当再次启动时，可直接进入正常运行工况，显著提高了工作效率。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型无水启动自吸泵，其特征在于，包括从外到内依次设置的储液室(8)、外自吸室(11)和内自吸室(25)，所述储液室(8)、外自吸室(11)和内自吸室(25)均为中空圆柱状，所述储液室(8)安装在底座(17)上，所述内自吸室(25)内设有内自吸腔(14)，所述外自吸室(11)和内自吸室(25)之间形成外自吸腔(13)，所述储液室(8)与外自吸室(11)之间形成储液腔(2)；
所述内自吸室(25)的轴线处设有主轴(22)和可转动地安装于主轴(22)上的三叶隔板(23)，所述三叶隔板(23)呈“Y”型，包括三个相同的隔板，每两个隔板之间的夹角为120°，每个隔板的叶顶截面为圆形，每两个叶顶之间均以光滑的圆弧过渡连接，每个隔板的叶顶均与内自吸室(25)的内壁面紧密贴合；
所述内自吸室(25)的外侧设有三个相同的收缩槽(18)，所述收缩槽(18)沿内自吸室(25)的径向设置，所述收缩槽(18)的一端与外自吸室(12)的内壁连接，另一端与内自吸室(25)的外壁连接，并与内自吸腔(14)连通，每两个收缩槽(18)之间的夹角为120°；所述收缩槽(18)内均设有弹簧(15)和分离挡板(19)，所述弹簧(15)的一端与外自吸室(12)的内壁连接，另一端与分离挡板(19)的一端连接，所述分离挡板(19)的另一端与三叶隔板(23)的外壁面抵接；每个收缩槽(18)的一侧均设有排气管(6)，另一侧均设有吸气管(20)，所述排气管(6)和吸气管(20)均沿内自吸室(25)的径向设置，并分别沿内自吸室(25)的周向均匀分布，所述排气管(6)连通储液腔(2)和内自吸腔(14)，所述排气管(6)沿靠近内自吸腔(14)至远离内自吸腔(14)的方向包括收缩段(5)和扩散段(4)，所述排气管(6)内设有螺旋分离器(3)，所述螺旋分离器(3)的一端与储液室(8)的内壁固定连接，另一端伸入至排气管(6)内，所述吸气管(20)连通内自吸腔(14)和外自吸腔(13)；
所述储液室(8)的顶端设有与储液腔(2)连通的泵出口(1)，所述外自吸室(11)的底端沿切向设有泵进口管(7)，所述泵进口管(7)的一端与外自吸腔(13)连通，另一端伸出储液室(8)的外面，所述泵进口管(7)的另一端端口为泵进口(26)，所述泵进口管(7)位于储液室(8)外的部分上侧壁上设有储阀室(28)，所述储阀室(28)底端安装有转轴(16)，所述转轴(16)上可转动地连接有止逆阀(12)，所述止逆阀(12)可转入储液室(8)内，初始状态，所述止逆阀(12)封闭泵进口管(7)。
2.根据权利要求1所述的新型无水启动自吸泵，其特征在于，所述分离挡板(19)的另一端面为半圆弧面，所述三叶隔板(23)的叶顶圆半径、三叶隔板(23)的外壁面的曲率半径与分离挡板(19)另一端的半圆半径之比为16:47:8。
3.根据权利要求1所述的新型无水启动自吸泵，其特征在于，所述收缩段(5)的收缩角为7°，所述扩散段(4)的扩散角为14°。
4.根据权利要求1所述的新型无水启动自吸泵，其特征在于，所述螺旋分离器(3)包括锥体以及安装在锥体外表面的螺旋形刀片，所述椎体的锥角为12°。
5.根据权利要求1所述的新型无水启动自吸泵，其特征在于，所述吸气管(20)的内径沿远离内自吸腔(14)至靠近内自吸腔(14)的方向逐渐减小，呈收缩状，收缩角度为10°。
6.根据权利要求1所述的新型无水启动自吸泵，其特征在于，所述止逆阀(12)的横截面为三边形，包括底面(9)、背面(10)和冲击面(24)，所述底面(9)能够与泵进口管(7)的底侧内壁紧密贴合，底面(9)与冲击面(24)之间形成钝角，所述背面(10)为凹向底面(9)和冲击面(24)的圆弧形面，所述储阀室(28)的上侧内壁上设有与背面(10)相配合的凸起(29)，所述背面(10)能够与储阀室(28)的上侧内壁完全贴合。
7.根据权利要求6所述的新型无水启动自吸泵，其特征在于，所述止逆阀(12)的底面(9)与冲击面(24)之间的夹角为104°，背面(34)的曲率半径为64mm，止逆阀(12)绕转轴(16)的转动角度范围为0～110°，所述止逆阀(12)的背面(34)与凸起(29)紧密贴合时，所述冲击面(24)能够封闭储阀室(28)。
8.根据权利要求1所述的新型无水启动自吸泵，其特征在于，所述收缩槽(18)的深度与分离挡板(19)的高度之比为1.2:1。
9.根据权利要求1所述的新型无水启动自吸泵，其特征在于，所述内自吸室(25)的内壁直径、外自吸室(11)的内壁直径与储液室(8)的内壁直径比为1:2:3。
10.根据权利要求1所述的新型无水启动自吸泵，其特征在于，所述螺旋分离器(3)和底座(17)由铝合金材料制成，所述内自吸室(25)、外自吸室(11)、储液室(8)、泵进口管(7)、吸气管(20)、排气管(27)和收缩槽(18)均为铸铁一体成型，所述三叶隔板(23)、分离挡板(19)和止逆阀(33)均为橡胶材料加工成型，所述收缩弹簧(15)由石墨烯材料制成。
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