CN109654320A - 一种节能型集水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能型集水器，包括壳体、出水管和至少一个进水管，所述壳体为圆锥形，所述壳体内套装有一个圆锥形的导流芯，导流芯的外表面设置有呈螺旋状的导流装置；所述进水管均匀分布于壳体外侧并与壳体相切，相切处位于导流装置的相邻两个螺旋之间；进水管水流沿壳体的旋转方向与导流装置的螺旋相同；所述的出水管位于壳体的端部并与壳体相切，出水管的出水方向与导流装置的螺旋方向相同。本发明通过导流芯、壳体、导流装置的配合设置，使集水器中的水流有序运行，尽量减少湍流冲击、避免水流的内耗，解决了现有技术中冲击损耗和噪音的两大问题，具有积极的技术意义。

Description

一种节能型集水器

技术领域

本发明涉及一种节能型集水器，属于水资源输送与管理技术领域。

背景技术

在目前的水资源输送与管理领域，经常采用多泵机泵房系统；为了保证管路供水的稳定，一般是将多个泵机的出水管接入一个集水器进行混流。在现有技术中，泵机出水管（相当于集水器的进水管）与集水器的连接，通常是采用中心线垂直相交的方式，这样连接部位较为对称，既便于定位也便于受力平衡。但这样的设置方式，泵机的出水水流通过进水口进入集水器后会对集水器内壁发生强烈的冲击，反射之后形成混乱的湍流，各个出水水流的湍流又存在彼此的冲击，不但造成了巨大的噪声，而且消耗了水流的能量；由于水流流动的能量主要依靠泵房系统的泵机提供压力来获得，因此这些消耗掉的能量，需要泵机提供额外的能量来填补，增大了泵机动力的浪费，也增加了运行成本。

为了解决现有技术中的不足，需要尽量减少供水过程中的内部冲击损耗；减少内部冲击，也会起到降噪静音的效果。

因此，设计一种能够有效降低噪音、使供水过程中压力消耗更少的新型集水器，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

现有技术的集水器中，从泵机出水管进入集水器的水流会形成多重反射和冲击，形成阻碍水流前进的湍流，不但消耗了水流向前输送的能量，而且造成了巨大的噪音，带来了噪音污染。为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种节能型集水器。

本发明采用下述技术方案：

一种节能型集水器，包括壳体（1）、出水管（3）和至少一个进水管（2），其特征在于：

所述壳体为圆锥形，所述壳体内套装有一个呈圆锥形的导流芯（4），壳体与导流芯之间带有间隙（8），导流芯的外表面设置有螺旋状的导流装置（5）；

所述进水管均匀分布于壳体外侧并与壳体相切，相切处位于导流装置（5）的相邻两个螺旋之间；进水管水流沿壳体的旋转方向与导流装置的螺旋相同；

所述出水管位于壳体的端部并与壳体相切，出水管的出水方向与导流装置的螺旋方向相同。

优选的，所述导流芯内部填充有吸音材料（6）。

优选的，导流装置（5）的高度为所述间隙高度的1/2-4/5；导流装置（5）的相邻2层螺旋之间的距离为所述间隙高度的1-2倍；进水管与集水器轴向的夹角为90°-140°。

优选的，所述的进水管（2）为2-6个，进水管的直径为间隙（8）高度的1/2-2/3；出水管的的直径为间隙（8）高度的1-2倍。

优选的，所述壳体和导流芯（4）的圆锥顶角为60°-120°。

优选的，所述导流装置的横截面为矩形、三角形、梯形或流线型。

优选的，所述导流装置的三角形横截面为直角三角形或钝角三角形，其中一侧直角边或钝角边朝向进水方向。

本发明具有以下的优点：

（1） 通过导流芯、壳体、导流装置的配合设置，使集水器中的水流有序运行，尽量减少湍流冲击、避免水流的内耗；同时，螺旋流也有利于汇集水流力量，使出水更加顺畅；

（2）进水管和出水管与壳体侧壁相切连接，使水流在进出过程中尽量减少与集水器的冲击，也有利于减轻噪音和减小冲击损耗；

（3）导流芯和壳体设为圆锥形，在竖向状态下使用时，有利于水流充分利用重力作用；同时，利用了圆锥形的自然特性，有利于汇集水流力量，使出水更加顺畅，损耗更小。

附图说明

图1 是本发明实施例正视结构示意图；

图2 是本发明实施例俯视结构示意图；

图3 是本发明实施例中导流芯正视结构示意图；

图4 是本发明实施例应用状态结构示意图；

其中：1.壳体，2.进水管，3.出水管，4.导流芯，5.导流装置，6.吸音材料，7.泵机，8.间隙。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

如图1至图4所示，本实施例为一种节能型集水器，包括壳体1、出水管3和至少一个进水管2。

所述壳体为圆锥形，所述壳体1内套装有一个呈圆锥形的导流芯4；壳体1与导流芯4的表面平行，之间带有间隙8；所述导流芯4端部通过焊接或螺栓与壳体1连接。

导流芯4的外表面设置有导流装置5；导流装置5为连续的螺旋凸起。所述螺旋凸起的横截面为直角三角形或钝角三角形，其中一侧直角边或钝角边朝向进水方向。这种设置方式限制了水流的侧向（也是在集水器轴向方向）走向，使进水水流尽量保持独立，尽量不与其他层的水流干涉，更易形成规范的螺旋流，更有利于水的排出。考虑到运行之时（尤其是在水流冲击之下的）微小形变，存在相对运动的刚性部件必须留有足够空隙以避免发生摩擦或碰撞。根据经验和实际验证，导流装置5的高度以不超过间隙8高度的4/5为宜，本实施例就以4/5来实施。设定导流装置5相邻两层螺旋凸起之间的距离（以相对的两侧凸起的根部计算），是因为，相对于形成的螺旋水流而言，该距离实际相当于水流的宽度，间隙8的高度相当于水流的高度；对于想规范水流流向的动作而言，水流不能太“扁平”也不能太“凸起”，因此需要对于所述“宽度”和“高度”的关系做限定。根据普遍认知并进行实践验证后，技术人员确定“宽度”为“高度”的1-2倍是较为合适的，据此设定导流装置5相邻两层螺旋凸起之间的距离和间隙8高度的关系，本实施例中就采用2倍的关系。

所述进水管2均匀分布于壳体1外侧并与壳体1相切；这样的设置方式，可以使进出水水流尽量沿内壁旋转流动，尽量避免水流与集水器的冲击；相切处位于导流装置5的相邻两个螺旋之间，不与螺旋的凸起相交，从而避免螺旋凸起被进水管2打断，尽量保证旋流效果。这一设置方式要求螺旋凸起螺旋线的缠距大于进水管2的内径。进水管2与集水器轴向（水流前进方向）的夹角为90°-140°，进水管2水流沿壳体1的旋转方向与导流装置5的螺旋相同；这样的设置方式，可以保证进水水流与集水器中的水流在轴向方向上同向。若夹角小于90度则会在轴向方向上形成反向；若大于140°则与集水器轴向形成近似平行的状态，经实例验证，对于改变流向、形成螺旋更加不利，反而容易造成水流与导流装置的冲击。本实施例以140°为例设置。

所述的出水管3位于壳体1的端部并与壳体1相切，出水管3的出水方向与导流装置5的螺旋方向相同。通过导流芯4、壳体1、导流装置的配合设置及进水管2和出水管3的切向设置，使集水器中的水流有序运行，尽量避免同一出水水流分别沿两侧内壁流动最终形成内部冲击，减少湍流冲击、避免水流的内耗；同时，螺旋流既有利于使集水器中的水流有序运行，尽量减少湍流冲击、避免水流的内耗；还有利于汇集水流力量，使出水更加顺畅，减小能量损耗。从能量守恒的一般原理可知，泵房系统排出的水流，全部动力来自于泵机7。而水流与集水器4之间的冲击和水流之间的冲击，除了发出巨大的噪音，还会形成相互冲击，抵消动能，必然损失能量。损失的这部分能量，要么会导致输水力量的降低，要么需要泵机7来补偿。因此，在本实施例中，为减小水流冲击而采取的措施，不但是降噪措施，也是节能措施。

进水管2数量为2-6个；一实施方式中所述集水器使用状态如图4所示，包括4个进水管2。

全部进水管2水流沿壳体1的旋转方向相同，均为顺时针或逆时针（从集水器一端看），这样的设置可以使不同进水管2的水流之间的干扰和冲击降到最小，也更有利于形成规范的旋流。

进水管2的直径为间隙8高度的2/3；出水管3的的直径为间隙8高度的2倍。进水管2与壳体1相切连接，因此进水管2的水流是以切向方向进入间隙8的；为了保证所有的水流都是沿着间隙8前进，而不会冲击到导流芯4上，进水管2的直径需要小于等于间隙8的高度；考虑到为水流的不规范走向留下余量，将进水管2的直径设为间隙8高度的2/3。由于水不易被压缩，因此为了避免因排水不及导致回水冲击、增加损耗和噪音，出水管3的过流能力需大于等于4个进水管2，即出水管3的截面面积要大于等于进水管2（以4个进水管相同计）截面面积的4倍。根据圆面积公式πr²，我们可以算出，出水管3的直径要大于等于进水管2的2倍，即间隙8高度的4/3；因此设为2倍较为安全。如在本实施例中进水管2的数量采用了6个，则出水管3的直径需要大于进水管2的2.45倍（约），即间隙8高度的1.63倍（约），设为2倍已足够。

所述壳体1和导流芯4的圆锥顶角为60°-120°。由于本发明中主要依靠导流芯4和壳体1来规范水流的流向，因此锥体的角度会影响混流和旋流效果。圆锥顶角过大，则导流状态下轴向的运动距离太短，影响水流排出，有违集水器的设计初衷；圆锥顶角过小，则锥体过尖，太长则不易保持刚度，太短则难以形成足够的螺旋导流距离。本实施例对120°状态进行了实际验证，效果较好，符合设计预期。

导流芯4和壳体1设为圆锥形，在竖向状态下使用时，有利于水流利用重力作用加速，同时，利用了圆锥形的自然特性，有利于汇集水流力量，使出水更加顺畅，损耗更小。所述壳体1末端（竖向使用即为下端，圆锥形的顶部）可以为球形圆弧过渡，避免形成回水区，增加冲击。所述出水管3内壁下侧与所述圆弧过渡区的内壁相切，也是为了水流更加顺畅排出。

所述进水管2和出水管3进出方向与螺旋凸起的走向平行。这种设置方式，使水流在进出过程中不与螺旋凸起发生大的碰撞冲击，进一步避免冲击损耗和噪声的发生。

为了减轻加工难度，进水管2与集水器壳体1相连的部分，也可以采用方管，以使相接部位更加规则。

所述导流芯4内部填充有多孔吸音材料6（如泡沫塑料）。由于水流的汇集主要在导流芯4周围，因此导流芯4填充的吸音材料6可以很大程度地吸收水流噪音，进一步降噪。

所述壳体1为复合结构，包括两侧的强度层和中间的吸音层，吸音层采用泡沫塑料。类似的复合结构壳体1在现有技术中较为常见，无需过多描述也可直接实施。经过壳体1的再一次吸音降噪，整个装置的静音性更佳。

实施例2：

本实施例也为一种节能型集水器，其与实施例1相比，基本结构类似，区别主要在于：进水管2数量为3，导流装置5的高度等于间隙8高度的1/2，导流装置5的相邻2层螺旋之间的距离与所述间隙相同；进水管与集水器轴向的夹角为90°；进水管的直径为间隙8高度的1/2；出水管的的直径与间隙8的高度相等；所述壳体和导流芯4的圆锥顶角为60°。

在验证过程中发现，若导流装置5螺旋凸起的高度低于间隙8高度的1/2，则不易保证对水流流向的侧向限制，因此以不低于1/2为宜，本实施例中就以导流装置5螺旋凸起的高度等于间隙8高度的1/2为实施数据。

根据圆面积公式πr²，我们可以算出，在本实施例中，出水管3的直径要大于等于进水管2直径的0.687（约）倍，即间隙8高度的0.343（约）倍。本实施例的设置不会导致排水不及的现象。

所述壳体1和导流芯4的圆锥顶角为60°，能兼顾稳固度和排水速度；水流在圆周方向和轴向方向两个方向的运行效率也能得到兼顾。

导流装置5的相邻2层螺旋之间的距离与所述间隙相同；则不考虑重力因素的理想状态下，螺旋水流的截面呈正方形，可满足侧向限制的要求。

进水管2与集水器轴向的夹角为90°，投影呈垂直，已经是角度的下限了，再低则会形成反向作用。这种情况下，进入集水器的水流没有轴向的初始速度，水流在集水器中的轴向运动，需要依靠重力或导流装置5的作用。

实施例3：

本实施例也为一种节能型集水器，其与实施例1相比，基本结构类似，区别主要在于：进水管2的数量为4；导流装置5的高度为所述间隙8高度的3/5；导流装置5的相邻2层螺旋之间的距离为所述间隙8高度的1.5倍；进水管与集水器内水流轴向方向的夹角为110°；所述壳体和导流芯（4）的圆锥顶角为90°。

进水管的直径为间隙（8）高度的7/12；出水管的的直径为间隙（8）高度的1.5倍。根据圆面积公式πr²，我们可以算出，在本实施例中，出水管3的直径要大于等于进水管2的直径，即间隙8高度的7/12。本实施例的设置不会导致排水不及的现象。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种节能型集水器，包括壳体（1）、出水管（3）和至少一个进水管（2），其特征在于：

所述壳体（1）为圆锥形，内部套装有一个呈圆锥形的导流芯（4）；壳体（1）与导流芯（4）之间带有间隙（8）；导流芯（4）的外表面设置有螺旋状的导流装置（5）；

所述进水管（2）均匀分布于壳体（1）外侧并与壳体（1）相切，相切处位于导流装置（5）的相邻两个螺旋之间；进水管（2）水流沿壳体（1）的旋转方向与导流装置（5）的螺旋方向相同；

所述出水管（3）位于壳体（1）的端部并与壳体（1）相切，出水管（3）的出水方向与导流装置（5）的螺旋方向相同。

2.根据权利要求1所述的节能型集水器，其特征在于，所述导流芯（4）内部填充有吸音材料（6）。

3.根据权利要求1所述的节能型集水器，其特征在于，所述导流装置（5）的高度为所述间隙（8）高度的1/2-4/5；导流装置（5）的相邻2层螺旋之间的距离为所述间隙（8）高度的1-2倍；进水管（2）与集水器轴向的夹角为90°-140°。

4.根据权利要求1所述的节能型集水器，其特征在于，所述进水管（2）为2-6个；进水管（2）的直径为间隙（8）高度的1/2-2/3；出水管（3）的的直径为间隙（8）高度的1-2倍。

5.根据权利要求1所述的节能型集水器，其特征在于，所述壳体（1）和导流芯（4）的圆锥顶角为60°-120°。

6.根据权利要求1所述的节能型集水器，其特征在于，所述导流装置（5）的横截面为矩形、三角形、梯形或流线型。

7.根据权利要求6所述的节能型集水器，其特征在于，所述导流装置（5）的三角形横截面为直角三角形或钝角三角形，其中一侧直角边或钝角边朝向进水方向。