CN110594116A - 一种高效节能水泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种高效节能水泵机组。具体为：一种水泵机组，包括机壳，机壳底部设置第一进水口，第一进水口通过管道分别与两个并排设置的初级水泵的进水口连接，初级水泵的出水口分别通过管道与两个次级水泵的进水口连接，各初级水泵和次级水泵各自的活塞分别与联动机构输出端连接，联动机构动力输入端与设置在机壳内部的动力装置输出端连接，分别为各活塞提供水平方向往复的力；各水泵结构相同，均包括壳体，壳体底部设置与进水腔，进水腔通过对称设置于进水腔顶部外侧的入液口与壳体内部的储液腔连通，储液腔顶部通过对称设置的出液口与出水腔连通，入液口与出液口位置对应，且活塞在对称设置的入液口间进行往复运动。

Description

一种高效节能水泵机组

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种高效节能水泵机组。

背景技术

水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等；也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。但目前的水泵机组普遍存在能效低、动力不够的问题。

另外，当今社会环保是首要问题，在环境保护过程中，不可避免地会涉及各类污水的运输和处理。因污水中含各种悬浮颗粒物，密度远大于一般水，如果将现有水泵直接应用于这类污水，容易出现动力不足等问题。而且，将污水运输后，仍需对污水进行进一步的处理工作。如果能将污水运输和处理结合起来，将具有巨大的现实应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种尤其适用于污水运输和处理的高效节能水泵机组。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种水泵机组，包括机壳，所述机壳底部设置第一进水口，所述第一进水口通过管道分别与两个并排设置的第一、第二初级水泵的进水口连接，所述第一、第二初级水泵的出水口分别通过管道与第一、第二次级水泵的进水口连接，所述第一、第二初级水泵和第一、第二次级水泵各自的活塞分别与联动机构输出端连接，所述联动机构动力输入端与设置在机壳内部的动力装置输出端连接，分别为各活塞提供水平方向往复的力。

优选的，所述动力装置为旋转电机，所述联动机构包括一端与旋转电机输出端连接的动力连杆，所述动力连杆另一端固接偏心轮，并穿过所述偏心轮、与固定盘圆心通过轴承连接；所述固定盘边缘对称贯穿设置4个滑槽孔，所述滑槽孔长度与所述偏心轮的最长长度之和大于所述固定盘半径；所述各滑槽孔内分别滑动连接限位销，所述各限位销贯穿滑槽孔，一端与对称的限位销间通过联动杆固定连接，另一端连接杆固接，所述各连接杆与各活塞的活塞杆铰接。

优选的，所述第一、第二初级水泵和第一、第二次级水泵结构相同，均包括壳体，所述壳体底部设置与第二进水口连通的中空进水腔，所述进水腔通过对称设置于进水腔顶部的入液口与壳体内部的储液腔连通，所述储液腔顶部通过对称设置的出液口与出水腔连通，所述入液口与出液口位置对应，所述活塞在对称设置的两个入液口间进行往复运动；所述出水腔顶部还设置有第二出水口。

优选的，述进水腔底部、入液口对应位置，分别固接向上延伸至储液腔内部的弹性结构，所述弹性结构另一端、储液腔内部，固接入液盖，所述入液盖面积大于入液口面积；活塞向入液盖方向运动时，入液盖在弹性结构作用下密封入液口。

优选的，所述出水腔内部、出液口对应位置，放置可自由活动的T型出液盖，所述出液盖的横向设置部分位于出水腔内部，且横向设置部分面积大于出液口面积；其纵向设置部分延伸至储液腔内部，且纵向设置部分的直径小于出液口口径的1/2，长度大于出水腔的高度。

优选的，所述储液腔内部、各出液口和入液口靠近活塞一侧，分别设置限制活塞运动范围的限位块。

优选的，所述第一进水口处设有过滤网。

优选的，所述活塞在竖直方向上分为三层结构，从左到右依次为：第一缓释层、连接层和第二缓释层；所述第一、第二缓释层为中空结构，内部填充污水处理缓释材料，且朝向壳体一侧面密布孔径小于缓释材料最小粒径的开孔。

优选的，所述缓释材料为微生物缓释球体，所述微生物缓释球体为不溶于水的中空球体，表面设置数个缓释微生物的开孔，内部放置长满微生物的载体。

优选的，所述微生物缓释球体表面的开孔由水溶性薄膜材料密封。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明创造性地提供了一种全新的水泵机组，可在单动力来源情况下同时实现多处有效、高压泵水。更重要的是，本发明还将运输和污水处理结合起来，使排出的水实现预处理，排出的水可直接用于灌溉等对水要求不严格的场所；如果还需对水进行进一步净化处理，也可省去外加处理剂、搅拌等步骤。本发明有效提升了污水运输和处理效率。

2、由于本发明涉及的水泵机组可以用于污水运输和预处理，为了提高水泵机组处理污水的效果，本发明还针对性提供了一种适用于该水泵机组的污水处理缓释材料，可对运输中的污水进行长效处理。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明联动机构的结构示意图；

图3为图1的A处放大图；

图4为本发明活塞的优选实施方式结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种高效节能的水泵机组，该水泵机组具有两组协同工作的水泵，可通过一个动力装置同时带动4个水泵的工作，尤其适用于垃圾分类处理中涉及的污水处理；不仅可以进行污水运输，还可在运输中对污水进行预处理。

具体的，如图1所示，包括机壳10，所述机壳10底部设置第一进水口15，所述第一进水口15通过管道与外界待运输、待处理污水连通。为避免水中大块杂质进入造成堵塞，所述第一进水口15处还设有可拆卸、便于更换的过滤网。所述机壳10内部，第一进水口15通过管道分别与两个并排设置的第一、第二初级水泵11、12的进水口连接。为了便于控制，管道上还可分别设置手动或遥感控制的阀门16。所述第一、第二初级水泵11、12的出水口分别通过管道与第一、第二次级水泵13、14的进水口连接。所述第一、第二初级水泵11、12和第一、第二次级水泵13、14各自的活塞25分别与联动机构30输出端连接，所述联动机构30动力输入端与设置在机壳10内部的动力装置输出端连接，分别为各活塞25提供水平方向往复的力。

应当理解的是，所述第一、第二初级水泵11、12在机壳10内部对称、并排放置，相互之间无直接连接；所述第一、第二次级水泵13、14在机壳10内部对称、并排放置，相互之间通过管道连通。所述第一次级水泵13位于第一初级水泵11正上方，以便于管道路径最短。各初级、次级水泵均置于机壳10内部的机架上，该机架具体形状可根据需要自行设置，只要可平稳放置各初级、次级水泵，并对应设置各管道口、便于布线即可，机架在图中未示出。

如图2所示，优选的方式为，所述动力装置为设置在机壳10内部的旋转电机。所述联动机构30包括与旋转电机输出端连接的动力连杆33，所述动力连杆33另一端固接偏心轮31，并穿过所述偏心轮31、与固定盘32圆心通过轴承连接。所述固定盘32边缘对称贯穿设置4个滑槽孔36，所述滑槽孔36长度与所述偏心轮31的最长长度之和大于所述固定盘32半径。所述各滑槽孔36内分别滑动连接限位销，所述各限位销贯穿滑槽孔36，一端与对称的限位销间通过联动杆35固定连接，另一端分别连接杆34固接，所述各连接杆34与各活塞25的活塞杆铰接。需要说明的是，图2并非剖视图，而是联动机构示意图。

应当理解的是，旋转电机带动动力连杆33旋转，从而带动偏心轮31旋转，偏心轮31与设置在固定盘32上的连接杆34接触，将连接杆34推至固定盘32边缘，从而带动活塞杆运动。同时，处于对称位置的限位销相互联动，一侧连接杆34向下运动，即带动对侧连接杆34复位，从而实现往复运动。

一个初级水泵与一个次级水泵构成一组，两组水泵对称设置，为方便阐述，下文中均以第一初级水泵11和第一次级水泵13为例进行描述。

如图1、3所示，所述第一初级水泵11和第一次级水泵13结构相同，均包括壳体20。所述壳体20底部设置与第二进水口21连通的中空进水腔221。应当理解的是，水通过第二进水口21后，先进入壳体20的进水腔221内部。所述进水腔221通过对称设置于进水腔221顶部外侧的入液口与壳体20内部的储液腔连通。水进入进水腔221后，只能通过入液口才能进入储液腔。所述储液腔顶部通过对称设置的出液口与出水腔222连通，所述入液口与出液口位置对应，且所述活塞25在对称设置的入液口间进行往复运动；所述出水腔222通过第二出水口28与外界连通。应当理解的是，水通过第二进水口21进入进水腔221后，通过两侧的入液口可分别进入储液腔内部，随后通过出液口进入出水腔，最后经由出水腔上的第二出水口28排出，从而完成水的一次运输。

为了配合活塞25在储液腔内运动时，各入液口、出液口自动进行开合，帮助储液腔内形成负压、容积改变，优选的方式为，所述进水腔221底部、入液口对应位置，分别固接向上延伸至储液腔内部的弹性结构，例如弹簧，为了延长寿命，弹簧可以使用不锈钢等耐腐蚀材质制作，也可以在材料表面喷涂防腐蚀涂层。所述弹性结构另一端、储液腔内部，固接入液盖23，所述入液盖23面积大于入液口面积。所述出水腔222内部、出液口对应位置，放置可自由活动的T型出液盖27，所述出液盖27的横向设置部分位于出水腔222内部，且该部分面积大于出液口面积；其纵向设置部分延伸至储液腔内部，且该部分的直径小于出液口口径的1/2，长度大于出水腔222的高度。

应当理解的是，所述活塞25在对称的2个入液盖23及2个出液盖27之间进行往复运动，当其向其中一个入液盖23方向运动时，运动朝向一侧的储液腔容积减小，该侧入液盖23在重力、水压及弹性结构作用下下落、密封入液口。同时，水向上挤压，将该侧的出液盖27顶起，水从该侧出液盖27流出。而与之相对的，活塞25运动背向侧储液腔容积增大，形成真空负压环境，该侧的入液盖23在负压作用下向上运动，水从第二进水口21被吸起，通过该侧的入液盖23进入储液腔内。同时，出液盖27在重力作用下封闭该侧出液口，避免水溢出。在活塞25的往复运动下，实现不间断持续泵水作用。

为了进一步限制活塞25的运动范围，可以在所述储液腔内部、各出液口和入液口靠近活塞25一侧，分别设置限制活塞25运动范围的限位块24，使活塞25在限位块24限定范围内运动。

更进一步的，从图1可以看出，水从一侧出液口被运输至出水腔222对应的第二出水口28处时，由于出水腔222在第二出水口28两侧均连通，所以水可以朝向第二出水口28和对侧出液口方向运动，导致每次运输均会在出水腔222内部储存体积约为出水腔222容积一半的水，造成动力的浪费，如果运输的水是污水，在水泵结束工作后，最后留下的这一部分水也较难排出水泵，容易在水泵内腐败发臭，影响使用甚至缩短水泵的使用寿命。因此，优选的方式为，在出水腔222内部、中间位置、第二出水口28正下方，设置宽度与出水腔222宽度适配的导流板29。所述导流板29铰接在出水腔222的底部，长度大于出水腔222高度，受到水流冲击时，导流板29向对侧倾斜，靠于第二出水口28一侧上，使水流只能从第二出水口28流出。

根据上述结构，本发明提供的水泵可以在一个动力作用下同时从两处形成高压水柱。为了将本发明提供的水泵更好的适用于污水两级处理，优选的方式为，如图4所示，将所述活塞25在竖直方向上分为三层结构，从左到右依次为：第一缓释层251、连接层252和第二缓释层253；所述第一、第二缓释层251、253为中空结构，内部填充污水处理缓释材料，且朝向壳体20一侧面密布孔径小于缓释材料最小粒径的开孔。在初级水泵中，所述活塞25朝向一侧运动时，运动面与污水接触，缓释材料逐渐进入污水中并与污水混合。混合了污水处理缓释材料的污水进入次级水泵，在相同作用下再次与活塞25中的污水处理缓释材料接触，并进一步混合，从而同步实现污水的运输和处理工作。可以根据所处理污水种类的不同，及所需达到的效果不同，选择不同的污水处理缓释材料。

所述污水处理缓释材料可以市购。优选的方式为，所述污水处理缓释材料为特制的微生物缓释净水球。微生物缓释净水球的球体直径大于第一、第二缓释层251、253上开孔的孔径。所述微生物缓释净水球为不溶于水的中空球体，球体表面均布设个开孔，各开孔由水溶性材料密封。球体内部装有数个长满具有净水功能微生物的载体。载体直径大于球体表面开孔直径。载体为不溶于水的材质，优选为多孔径的、便于微生物粘附生长的结构。可以为定制的多孔隙塑料、多孔陶瓷、泡沫、海绵等，也可以是天然的多孔材料如火山石等材料。使用时，将所述微生物缓释净水球直接投入第一、第二缓释层251、253中即可。微生物可选择反硝化细菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌等常见可用于污水处理的微生物。

第一、第二缓释层251、253接触到污水后，污水与微生物缓释净水球接触，净水球表面各开孔处的水溶性材料逐渐被水溶解形成孔洞，球内载体上的微生物与水接触，通过第一、第二缓释层251、253上密布的开孔逐渐进入污水中，从而实现污水预处理。微生物被污水激活后，在污水中不断繁殖生长、持续发挥污水处理的作用。在污水处理进行到一定阶段后，微生物会逐渐在第一、第二缓释层251、253外壁上形成微生物挂壁。

进一步的，将活塞25设置为可拆卸的结构，在所述第一、第二缓释层251、253上设置出料口，并在各水泵对应位置设置可密封的、可取出活塞25的开口，便于定期进行缓释材料的补充，或者待检测到污水处理缓释材料耗尽后进行补充。取出活塞25时，也可根据需要将活塞25上形成的微生物挂壁进行刮除更新。

在制备微生物缓释净水球时，可以根据污水种类选择不同的微生物。所述微生物缓释净水球的具体制备方法如下：

1、制备长满微生物的载体。以普通的火山石为例。将火山石切制所需大小、形状，灭菌后，与长满所需微生物的培养基混匀，在适宜环境下生长至火山石孔隙内部长满所需微生物，得处理后的火山石。

2、将处理后的火山石装入球体。可以在球体上设置开口，装入后密封开口；也可以设置两个半球体，装好后合拢并将两个半球体固接。

3、对装入载体的球体表面的开孔进行薄膜封装。4℃无菌冷藏保存，备用。所述薄膜材料组分包括：按重量份数，15～20份乙基纤维素、0.01～0.1份纤维素纳米晶、0.5～1份甲基纤维素、0.5～1份12-14碳仲醇聚氧乙烯醚、0.1～0.5份明胶。将上述组分置于100～150份无菌去离子水中，使用高速剪切分撒乳化机进行分散、乳化，再喷到球体表面的开孔上，干燥即可。

为了方便操作，上述步骤2、3也可根据实际情况进行适当的步骤调整。比如，在球体上设置一个带开关的放置载体的可密封开口。先将球体表面各开孔进行喷雾干燥密封，开孔不易太大，优选为毫米级，既可便于密封，又可在后期应用时保护微生物，避免微生物快速流失。待球体各开孔均被密封后，再从可密封开口处放置载体，放好后关闭开关即可。

下面以微生物为枯草芽孢杆菌、以载体为火山石为例，进行微生物缓释净水球的效果展示。枯草芽孢杆菌购自上海甘度环境工程有限公司。应当理解的是，示例中的火山石、空心球等数据设置只是为了展示时操作方便，实际使用时，可以根据具体情况进行相应的调整。

1、使用牛肉膏蛋白胨培养基将枯草芽孢杆菌活化，获得种子液。将种子液接种于放有火山石的固体培养基中继续培养。所述固体培养基由麦麸和豆粕按质量比1:1混合制成。将火山石切割为0.5×0.5×0.5cm的立方体，灭菌冷却后，置于固体培养基中间，被固体培养基覆盖。37℃培养36～48h，至火山石孔径内长满活菌为止。

2、在火山石内培养活菌的同时，制备球体。以硬质塑料为材料，定制直径为1cm的空心球，所述空心球为两半式开合结构，空心球闭合后，闭合处可水密封；每半个球面上设置一个直径为0.3cm的开孔。75％乙醇溶液对空心球灭菌后备用。

按重量份数，将20份乙基纤维素、0.05份纤维素纳米晶、0.5份甲基纤维素、0.8份12-14碳仲醇聚氧乙烯醚、0.3份明胶置于150份无菌去离子水中，使用高速剪切分撒乳化机进行分散、乳化，待充分分散后，涂刷到各球体表面的开孔上，干燥后，重复涂刷一次，再次干燥后，放置备用。

3、在无菌环境下，将长满活菌的火山石置于空心半球内，装满后，合拢两个半球，即获得所需的微生物缓释净水球。于4℃环境下冷却保存。放置和保存时，应注意设置有薄膜处不要被尖锐物划到，避免薄膜破裂。

4、性能测试。

(1)将微生物缓释净水球投入水中，在显微镜下观察微生物表面开孔处覆盖薄膜的溶解情况。结果显示，薄膜遇水后并未直接崩解，而是被水侵蚀形成孔洞，孔洞逐渐扩大，最后完全溶解。

(2)从成都某污水厂取污水，对水质进行检测，平均NH₃-N为18.12mg/L。将微生物缓释净水球直接投入盛有待处理污水的容器中，投入量为10个球/m³。投入球后，保持低速旋转状态3h后，放出污水，将污水置于新的容器中，静置，作为处理组1，每组设置三个重复。在留有微生物缓释净水球的容器中继续放入新的等量污水，继续低速搅拌，作为处理组2，每组设置三个重复。分别于1天、3天、5天后测量各组水质情况，取各组三个重复的平均值。

1天后，处理组1的NH₃-N浓度为18.08mg/L，处理组2的NH₃-N浓度为18.03mg/L；3天后，处理组1的NH₃-N浓度为15.43mg/L,处理组2的NH₃-N浓度为12.31mg/L；5天后，处理组1的NH₃-N浓度为12.15mg/L，处理组2的NH₃-N浓度为9.23mg/L。结果表明，在短期接触后，微生物缓释净水球中的微生物会逐渐进入污水中繁殖，即使后期不再与污水接触，也能持续发挥净化作用，实现污水预处理。

(3)5天后，将处理组2中的微生物缓释净水球取出，打开球体，检测火山石上的微生物情况。结果表明，各火山石上的枯草芽孢杆菌并未被大量冲刷流失，整体生长情况良好，虽混有一些杂菌，但枯草芽孢杆菌仍然是载体上的优势菌。证明球体和火山石起到了良好的菌体保护和缓释的作用。

Claims (10)

1.一种水泵机组，其特征在于：包括机壳(10)，所述机壳(10)底部设置第一进水口(15)，所述第一进水口(15)通过管道分别与两个并排设置的第一、第二初级水泵(11、12)的进水口连接，所述第一、第二初级水泵(11、12)的出水口分别通过管道与第一、第二次级水泵(13、14)的进水口连接，所述第一、第二初级水泵(11、12)和第一、第二次级水泵(13、14)各自的活塞(25)分别与联动机构(30)输出端连接，所述联动机构(30)动力输入端与设置在机壳(10)内部的动力装置输出端连接，分别为各活塞(25)提供水平方向往复的力。

2.根据权利要求1所述的水泵机组，其特征在于：所述动力装置为旋转电机，所述联动机构(30)包括一端与旋转电机输出端连接的动力连杆(33)，所述动力连杆(33)另一端固接偏心轮(31)，并穿过所述偏心轮(31)、与固定盘(32)圆心通过轴承连接；所述固定盘(32)边缘对称贯穿设置4个滑槽孔(36)，所述滑槽孔(36)长度与所述偏心轮(31)的最长长度之和大于所述固定盘(32)半径；所述各滑槽孔(36)内分别滑动连接限位销，所述各限位销贯穿滑槽孔(36)，一端与对称的限位销间通过联动杆(35)固定连接，另一端连接杆(34)固接，所述各连接杆(34)与各活塞(25)的活塞杆铰接。

3.根据权利要求1所述的水泵机组，其特征在于：所述第一、第二初级水泵(11、12)和第一、第二次级水泵(13、14)结构相同，均包括壳体(20)，所述壳体(20)底部设置与第二进水口(21)连通的中空进水腔(221)，所述进水腔(221)通过对称设置于进水腔(221)顶部的入液口与壳体(20)内部的储液腔连通，所述储液腔顶部通过对称设置的出液口与出水腔(222)连通，所述入液口与出液口位置对应，所述活塞(25)在对称设置的两个入液口间进行往复运动；所述出水腔(222)顶部还设置有第二出水口(28)。

4.根据权利要求3所述的水泵机组，其特征在于：所述进水腔(221)底部、入液口对应位置，分别固接向上延伸至储液腔内部的弹性结构，所述弹性结构另一端、储液腔内部，固接入液盖(23)，所述入液盖(23)面积大于入液口面积；活塞(25)向入液盖(23)方向运动时，入液盖(23)在弹性结构作用下密封入液口。

5.根据权利要求3或4所述的水泵机组，其特征在于：所述出水腔(222)内部、出液口对应位置，放置可自由活动的T型出液盖(27)，所述出液盖(27)的横向设置部分位于出水腔(222)内部，且横向设置部分面积大于出液口面积；其纵向设置部分延伸至储液腔内部，且纵向设置部分的直径小于出液口口径的1/2，长度大于出水腔(222)的高度。

6.根据权利要求3或4所述的水泵机组，其特征在于：所述储液腔内部、各出液口和入液口靠近活塞(25)一侧，分别设置限制活塞(25)运动范围的限位块(24)。

7.根据权利要求1所述的水泵机组，其特征在于：所述第一进水口(15)处设有过滤网。

8.根据权利要求1所述的水泵机组，其特征在于：所述活塞(25)在竖直方向上分为三层结构，从左到右依次为：第一缓释层(251)、连接层(252)和第二缓释层(253)；所述第一、第二缓释层(251、253)为中空结构，内部填充污水处理缓释材料，且朝向壳体(20)一侧面密布孔径小于缓释材料最小粒径的开孔。

9.根据权利要求8所述的水泵机组，其特征在于：所述缓释材料为微生物缓释球体，所述微生物缓释球体为不溶于水的中空球体，表面设置数个缓释微生物的开孔，内部放置长满微生物的载体；载体直径大于开孔直径。

10.根据权利要求9所述的水泵机组，其特征在于：微生物缓释球体表面的开孔由水溶性薄膜材料密封。