CN110307166A - 多级离心泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级离心泵机组，具有至少两个叶轮(2，6)，其中，具有沿流动方向相继设置的两个叶轮组(4，8)，它们分别具有至少一个叶轮(2，6)，其中，在第一叶轮组(4)中设有回流通道(24)，该回流通道将所述第一叶轮组(4)的输出侧与输入侧相连接。

Description

多级离心泵机组

本发明专利申请是申请人为格伦德福斯管理联合股份公司，申请日为2012年3月29日，申请号为201210094251.1，发明名称为“多级离心泵机组”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种具有至少两个叶轮的多级离心泵机组，即至少两级的离心泵机组。

背景技术

在这种多级离心泵机组中沿输送方向相继设置多个叶轮，从而逐级提高压力。这种离心泵机组的问题在于：其在开始运行时必须首先排出空气并注入液体。这种离心泵机组不是自吸式的。这在特定的使用情况下是不利的，例如在灭火装置中不能确保持续注入液体、特别是水。在这样的装置中，重要的是所使用的泵是自吸式的。

发明内容

因此本发明的目的在于对多级离心泵机组进行改进，使其成为自吸式的。

根据本发明的多级离心泵机组具有至少两个叶轮，优选将这些叶轮设置在一个共同的轴上，并通过该轴由马达驱动，特别是由电动马达驱动。

根据本发明的多级离心泵机组沿流动方向具有两个相继设置的叶轮组，即泵级组，在每个叶轮组中至少有一个叶轮。在此，将在流动方向上的第一叶轮组设计为，其能够使离心泵产生自吸行为。为此，在第一叶轮组中设有回流通道，该回流通道使第一叶轮组的输出侧与输入侧相连接。该回流通道使得能够在第一叶轮组的内部，利用该叶轮组的至少一个叶轮引发经过回流通道和叶轮的液体流动。也就是说，在第一叶轮组中可以使有限的液体量循环。该循环的液体量在第一叶轮组中产生足够的吸力，以便吸取更多的液体。因此，整个离心泵机组可以自动吸取液体。优选在第一叶轮组中，特别是在回流通道中始终存在有限量的液体，以确保通过第一叶轮组的叶轮和回流通道的循环流动可以在泵启动时运行。

优选回流通道通入第一叶轮组的第一级的吸入口。由此将实现：通过回流通道流动的液体被再次输送到第一级的叶轮的输入侧，从而在此实现了循环的输送流。

进一步优选在回流通道中设置至少一个用于关闭回流通道的阀门。通过该阀门可以在泵进入其正常运行状态时关闭回流通道。在正常运行状态下，当泵机组输送液体时，开放的回流通道和持续的液体回流会使离心泵机组的效率恶化。通过关闭阀门可以在泵启动后防止这种情况的发生，从而使泵象传统的多级离心泵那样工作。

优选将该阀门设计为，当在回流通道中或在第一叶轮组的输出侧达到预定的流体压力时，该阀门将回流通道关闭。达到预定的流体压力被视为处于正常运行状态，或者是处于这样的运行状态：当吸取更多的液体时已经存在足够的供应流。优选由阀门来检测回流通道中的流体压力，即在第一叶轮组输出侧的流体压力。优选将该阀门设计为弹簧元件，其中，通过与回流通道中的流体压力相对的弹力作用保持阀门开放。当流体压力超过弹力时，阀门关闭。因此可以在回流通道中设置开口，在开口之前沿流动方向放置弹簧板，将该弹簧板弯曲，从而使该板在其静止状态与开口间隔开。通过增加的流体压力使该板相对于其弹簧张力变形，从而使该板压向开口并关闭开口。

优选利用两个沿流动方向相继设置的叶轮将第一叶轮组构造为至少两级的。因此将回流通道设置为，从第二叶轮的输出侧通向第一叶轮的输入侧。利用二级的第一叶轮组，可以通过输送流体在经过回流通道的循环中获得充分的流量和足够的吸力，从而总体上在离心泵机组的吸入口或吸取通道中产生足够的负压，以吸取液体。

优选在第一叶轮组的输出侧设置用于分离空气和液体的分离元件。在泵机组刚启动时，如果最初只有少量的液体通过回流通道输送，则离心泵机组也会通过其吸取管道吸入空气，在此，空气和液体在进入第一叶轮组时在理想情况下会混合在一起。因此需要相应地在第一叶轮组的输出侧将空气与液体分开，以便有利地仅使液体通过回流通道再次回到第一叶轮组的输入侧。由此可以防止回流通道的干运行(Trockenlaufen)。

因此，优选将分离元件相对于回流通道设置为，使从分离元件离开的液体进入回流通道中。这样可以确保：当由回流通道流入第一叶轮组的液体再次离开第一叶轮组时，基本上可以全部重新进入回流通道，从而形成循环。

优选在第一叶轮组的输入侧设置止回阀或防回流件，这将阻止液体从离心泵机组回到吸取管道中。由此防止了离心泵机组可能完全地干运行，更确切地说，通过止回阀就是在离心泵不运行时也能将液体保留在离心泵机组内，这使得能够进行再次运行和重新吸取。可以将止回阀直接集成在离心泵机组中，但是也可以作为单独的部件安装在离心泵机组的吸入支管上。

根据一种优选的实施方式，在第一和第二叶轮组之间设置至少一个液体存储器。将该液体存储器构造为，使其在正常运行时充有液体。当离心泵机组停止运行时，或者在离心泵机组输送气泡的情况下，可以通过液体存储器中的液体确保离心泵机组的输送作用不会完全中断，而是在离心泵机组中始终有足够的液体存在，以便能够通过离心泵机组的吸入支管或吸取管道重新吸取液体。

优选液体存储器具有至少一个出口，该出口相对于回流通道的入口设置，从而使液体可以从液体存储器流入回流通道。由此将实现：首先利用液体存储器充满回流通道或使其保持充满。然后，液体从回流通道流向第一叶轮组的第一叶轮的输入侧并进入其中，从而使该叶轮可以立即实现输送作用，并能够通过吸取管道吸入更多的液体。直到有液体从吸取管道进入第一叶轮，然后如上所述，回流通道中的液体才被循环输送到第一叶轮组中。

优选将根据本发明的离心泵机组设计为，叶轮的转动轴垂直地延伸。然后，优选将如上所述的液体存储器构造为，其出口设置在底部，从而使液体在重力作用下从液体存储器向下流出并进入回流通道。优选液体存储器由通过设置在液体存储器后面或上面的泵级流动的液体从上方来填充。优选回流通道具有向上的开口，从而使来自液体存储器的液体可以从上面进入该开口。

根据另一种优选的实施方式，可以设置至少两个液体存储器，使第二液体存储器的出口通入第一液体存储器的开口。因此，可以在第一叶轮组和第二叶轮组之间沿流动或输送方向相继设置两个或两个以上的液体存储器。在此，来自第一液体存储器或下液体存储器的液体如前所述地优选流入回流通道中。来自第二液体存储器或随后的液体存储器的液体首先流入第一液体存储器，然后从第一液体存储器流入回流通道。相应地，来自第三液体存储器的液体可以转入第二液体存储器中。优选所有的液体存储器都在底部具有出口，而在顶部具有入口。

特别优选将至少一个液体存储器构造为具有开放的顶部的环状罐，其环绕驱动叶轮的轴。也就是说，该罐是环状或圆环状的并在中间具有开口，轴穿过该开口延伸。此外，该开口还作为所输送的液体从第一叶轮组到第二叶轮组的流动路径。为此在该开口中设置围绕轴的自由空间。罐状的液体存储器在其顶部是开放的，从而通过中间开口流动的液体可以经过开口边缘从上部流入罐状液体存储器中。优选将所述至少一个出口设置在底部。在设置多个液体存储器时，将随后的液体存储器的出口设置在相应的前面的液体存储器的顶部的上方，从而从该出口流出的液体流入前面的液体存储器中。液体从第一液体存储器、即最底部液体存储器经由出口如前所述地流入回流通道中。将出口的大小设置为，使液体存储器缓慢地流空。

根据一种特别优选的实施方式，第二叶轮组的各个叶轮分别设置在级模块(Stufenmodul)中，在此，所有的级模块都具有相同的轴向高度，并且第一叶轮组的至少一个叶轮设置在级模块中，该级模块的轴向高度等于第二叶轮组的级模块的轴向高度或等于第二叶轮组的级模块高度的整数倍。各模块的轴向高度或长度的这种具有固定的格网状的模块化结构的优点是：通过模块可以非常简单地实现不同功率、特别是不同输送和吸取高度的离心泵机组。还可以容易地将自吸的第一叶轮组集成在传统的多级离心泵中，因为第一叶轮组在其轴向长度上的部分具有与第二叶轮组的模块相同的网格。例如，为了将模块组合在一起，可以使用与在传统的多级离心泵机组中所用相同的绷紧带由此可以减少所需的零件种类。

进一步优选设置在两个叶轮组之间的液体存储器或间隔元件同样分别具有等于第二叶轮组的级模块的轴向高度或等于第二叶轮组的级模块的轴向高度的整数倍的轴向高度。因此，对于这些组件也可以实现：轴向高度与现有的设置在第二叶轮组中的各个泵级的轴向高度的格网相匹配。

附图说明

下面根据附图对本发明做示例性地描述。在附图中示出：

图1是根据本发明的离心泵机组的截面图，

图2是如图1所示泵机组的第一叶轮组的详细视图，

图3以部分截面的详细视图示出了回流通道中的阀门，

图4以截面图示出了如图1所示的泵机组中的液体存储器。其中，附图标记说明如下：

2 叶轮

4 第一叶轮组

6 叶轮

8 第二叶轮组

10 吸入支管

12 压力通道

14 压力支管

16 轴

18 轴端部

20 分离元件

22 分离元件的周壁

24 回流通道

26 开口

28 吸入口

30 密封件

32 支架

34，36 密封件

38 阀门

40 壁

42 套管

44 开口

46 弹簧板/阀门

48 液体存储器

50 开口

52 周壁

54 出口

55 止回阀

56，58 护套

X 纵轴。

具体实施方式

该举例示出的离心泵机组总共具有8级、即8个叶轮。其中，在第一叶轮组4中设置两个叶轮2，在第二叶轮组8中设置6个叶轮6。第一叶轮组4面向泵机组的输入或吸入支管10。第二叶轮组8沿流动或输送方向与第一叶轮组串联。如同在公知的多级离心泵机组中一样，待输送的液体依次流过各个叶轮，并从彼此之间的输出侧输送到各个叶轮，然后从最后一个叶轮6的输出侧经过环状的压力通道12输送到压力支管14。所有的叶轮2和6都由共有的轴16驱动。轴16在其轴端部18上与在此未示出的电机(例如驱动电动机)相连接。

第一叶轮组4在以下所述的方式中被构造为自吸的，从而即便是在吸入支管10和下游连接的吸取管道没有充满液体时，离心泵也能通过吸入支管10吸取液体。

第一叶轮组4的自吸效应可以通过根据如图2详细示出的实施方式来实现。在第一叶轮组4的沿流动方向的第二叶轮2的输出侧设有分离元件20。该分离元件20用于将液体和气体相互分开。这通过使液体径向向外加速，从而使在轴16附近的中心区域中的气体和在周壁22附近的圆周区域中的液体从分离元件20流出来实现。由分离元件20流出的液体在周壁22的上边缘上溢出并进入回流通道24中。回流通道24在第一叶轮组4的外周上沿朝向吸入支管10的方向伸展。通过在底板上的开口26将该回流通道24导向第一叶轮组4的沿流动方向的第一叶轮2的吸口28。由此通过分离元件20的两个叶轮2并通过回流通道24回到第一叶轮2的吸入口28实现了封闭的液体循环。

少量的液体就足以启动泵，以通过两个叶轮2和回流通道24达到所述的循环。叶轮2由此产生负压，这样通过该负压可以通过吸入支管10吸取更多的液体。在开始启动泵时，需要像传统的离心泵机组那样为泵机组排出空气，也就是需要注入一定量的液体。

为了能够保持所描述的通过回流通道24的循环，重要的是使泵在第一叶轮组4的区域内尽可能地密封。为此设置不同的密封件。密封件30相对于压力通道12密封回流通道24，从而可以防止液体在正常运行中从压力侧通过回流通道溢出到吸入侧。在分离元件20的内部设置支架32，其与轴16的外周相接触。支架32同时还相对于轴16密封分离元件20，以防止空气从分离元件回流到叶轮2。密封件34密封轴16的轴向端部，用以防止空气从泵的压力侧通过轴流入吸入侧。密封件36同样用于将压力侧与吸入侧分开，即相对于吸入支管10密封压力支管14。

为了在达到正常运行状态(此时通过吸入支管10吸取液体)后防止液体通过回流通道24流回吸入侧，在回流通道24中设置阀门38。该阀门38设计为：当在第二叶轮2的输出侧、即在分离元件20的输出侧和回流通道24中达到预定的压力时，该阀门关闭。也就是说，在达到该预定的压力后回流通道24被关闭，液体由此仅流向第二叶轮组8的下一个叶轮6。

下面根据图3对阀门38的实施方式进行详细说明。图3示出了分离元件20的详细视图。分离元件20定义了在周壁22的外周和在径向上更向外的环形壁40之间的回流通道24的第一部分，该部分构成回流通道24的输入区域。回流通道24的第二部分定义在壁40的外周和径向间隔开的套管42(见图2)之间。在壁40中设置有多个孔44，这些孔使得液体能够从回流通道24的入口区进入到位于壁40和套管42之间的回流通道24的第二部分。在开口44上设置弹簧板46形式的阀门元件。弹簧板46可以采取两个位置，即一个打开的位置，其在图3中用标记46′表示。在该位置上，弹簧板46′朝向壁40的内周弦向延伸，并因此与开口44间隔开，从而使开口44开放。如果现在回流通道24的位于外周22和壁40之间的区域中的压力升高，则弹簧板46′被径向向外压迫，并贴靠在位于开口44之上的壁40的内侧面上，从而关闭开口44，即关闭位置。

为了确保当系统发生更多的气泡时离心泵机组也能够安全运行，在第一叶轮组4和第二叶轮组8之间设置三个液体存储器48。在图4中详细示出了这种情况。液体存储器48被构造为环状或圆环状的罐，其环绕轴16。轴16延伸通过液体存储器48的中央开口50，在此，开口50的壁与轴16的外周径向间隔开。因此，开口50还可作为被输送液体从第一叶轮组4向第二叶轮组8的流动路径。在此开口50的周壁52沿纵轴X的方向的长度小于液体存储器48外壁的轴向长度。因此，液体存储器48在其顶部是开放的，从而通过开口50流动的液体可以经过外周壁52流入到液体存储器48内。因此，在泵机组正常运行中，当液体从第一叶轮组4向第二叶轮组8流动时，液体存储器48被填充。

每个液体存储器48在其底部具有直径较小的出口54。出口54与纵轴X的径向距离的大小要使其位于分离元件20的周壁22和壁40之间的自由空间的上方。因此，液体运行从第一液体存储器，即下面的液体存储器48直接流入回流通道24中。从另外两个液体存储器48流出的液体经过对应的出口54首先进入位于下面的液体存储器48。由于液体从液体存储器48通过较小的出口54缓慢地流出，因此即使当泵机组通过较大的气泡时，也可以确保在泵机组中仍然存在足够的液体量，以便以上述方式至少获得通过第一叶轮组4，也就是通过回流通道24的启动循环。

除了这些方式之外，在吸入支管10上或其中还设置止回阀或防回流件55。在此将止回阀55直接设置在吸入支管10中，但是也可以将其作为单独部件设置在吸入支管10上。通过这种方式可以防止：当连接在吸入支管10上的吸入管道干运行时，液体从泵机组通过吸入支管10回流到吸入管道中。因此在泵机组中始终保留有一定数量的液体，利用这些液体可以在运行中再次获得至少在第一叶轮组4中的启动循环，从而此后通过吸入支管10吸取更多的液体。通过这种方式使得整个离心泵机组构造为自吸式的。

在图1中可以看到，泵机组可以整体模块化地构成，在此，这种模块化结构是以轴向长度网格为基础，这种长度网格是由叶轮6组成的泵级的轴向长度定义的。这些泵级每个都具有外周护套56，其构成各个级模块的护套。这些级模块在轴向上彼此接续地设置。液体存储器48具有与第二叶轮组8的级模块的护套56相同的轴向长度。此外，环绕第一叶轮2的护套58也具有同样的轴向长度。分离元件20沿纵轴X方向的轴向长度等于护套56和58的轴向长度的两倍。因此，整个第一叶轮组4的轴向长度等于第二叶轮组8的级模块长度的三倍。这种统一的长度网格对于模块化结构是有利的，因为用于沿轴向将各个级模块组合在一起的绷紧带仅在通过基本的网格定义的长度不同时才需要预先提供。因此可以将具有不同数量的叶轮、液体存储器48以及可选的第一叶轮组4的各种泵组装在一起，以确保自吸特性。

Claims (14)

1.一种多级离心泵机组，具有至少两个叶轮(2，6)，其特征在于，具有沿流动方向相继设置的两个叶轮组(4，8)，它们分别具有至少一个叶轮(2，6)，其中，在第一叶轮组(4)中设有回流通道(24)，该回流通道将所述第一叶轮组(4)的输出侧与输入侧相连接。

2.如权利要求1所述的多级离心泵机组，其特征在于，所述回流通道(24)通入所述第一叶轮组(4)的第一级的吸入口(28)。

3.如权利要求1或2所述的多级离心泵机组，其特征在于，在所述回流通道(24)中设置至少一个用于关闭该回流通道(24)的阀门(8)。

4.如权利要求3所述的多级离心泵机组，其特征在于，所述阀门(8)设计为，当在所述回流通道(24)中达到预定的流体压力时，将该回流通道关闭。

5.如前面任一项权利要求所述的多级离心泵机组，其特征在于，利用在两个沿流动方向上相继设置的叶轮(2)将所述第一叶轮组(4)构造为至少两级的。

6.如前面任一项权利要求所述的多级离心泵机组，其特征在于，所述第一叶轮组(4)在输出侧具有分离元件(20)，用于分离空气和液体。

7.如权利要求6所述的多级离心泵机组，其特征在于，将所述分离元件(20)相对于所述回流通道(24)设置为，使从所述分离元件(20)流出的液体进入所述回流通道(24)中。

8.如前面任一项权利要求所述的多级离心泵机组，其特征在于，在所述第一叶轮组(4)的输入侧设置止回阀。

9.如前面任一项权利要求所述的多级离心泵机组，其特征在于，在所述第一叶轮组(4)和所述第二叶轮组(8)之间设置至少一个液体存储器(48)。

10.如权利要求9所述的多级离心泵机组，其特征在于，所述液体存储器(48)具有至少一个出口，该出口相对于所述回流通道(24)的入口设置为，使液体从所述液体存储器(48)流入所述回流通道(24)中。

11.如权利要求9或10所述的多级离心泵机组，其特征在于，设置至少两个液体存储器(48)，使第二液体存储器(48)的出口通入第一液体存储器(48)的开口。

12.如权利要求9到11中任一项所述的多级离心泵机组，其特征在于，将至少一个所述液体存储器(48)构造为具有开放的顶部的环状罐，该环形罐环绕驱动所述叶轮(2，6)的轴(16)。

13.如前面任一项权利要求所述的多级离心泵机组，其特征在于，所述第二叶轮组(8)的各叶轮(6)分别设置在级模块中，其中，所有级模块具有相同的轴向高度，以及所述第一叶轮组(4)的至少一个叶轮(2)设置在级模块中，该级模块的轴向高度等于所述第二叶轮组(8)的级模块的轴向高度或等于所述第二叶轮组(8)的级模块的轴向高度的整数倍。

14.如权利要求13所述的多级离心泵机组，其特征在于，设置在所述第一叶轮组(4)和所述第二叶轮组(8)之间的液体存储器(48)或间隔元件的轴向高度分别等于所述第二叶轮组(8)的级模块的轴向高度，或等于所述第二叶轮组(8)的级模块的轴向高度的整数倍。