CN111720336B - 泵站启动用真空稳压补水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泵站启动用真空稳压补水装置，包括补水罐、真空泵、吸上管、抽空管，吸上管连接补水罐和水泵，抽空管连接补水罐和真空泵，补水罐上连接抽空管的位置高于其连接抽空管的位置，吸上管上设置吸上阀，抽空管上设置真空止回阀，真空止回阀方向是从补水罐往真空泵。真空泵为水环真空泵，补水罐包括罐体、隔板和出气管，隔板设置在罐体内，隔板将罐体分隔为两个腔室：在上的真空腔和在下的汽水分离腔，吸上管连接真空腔底部，抽空管连接真空腔顶部，真空泵进气口连接抽空管，真空泵排气口通过排气管连接汽水分离腔上部，真空泵的泵体补水口通过回水管连接汽水分离腔下部，汽水分离腔的顶部通过出气管连接外部大气。

Description

泵站启动用真空稳压补水装置

技术领域

本发明涉及离心泵引水补水装置领域，具体是一种泵站启动用真空稳压补水装置。

背景技术

泵站需要使用水泵作为输送动力。除去超大型泵站使用轴流泵外，大多数泵站使用双吸泵作为主泵，当然也有一些使用大型的单级单吸泵作为主泵。不管是何种类型的离心水泵，作为离心泵启动的条件，泵腔和进水管路内必须注满水、排尽空气，在进水水位低于离心泵的情况下，启动离心泵之前都必须进行引水，让水充满泵腔。

现有技术离心泵采用的引水方式主要有三种：人工灌水、射流引水和真空泵引水：人工灌水需要在水泵进口管路上设置底阀，灌水时工作量大，引水时间很长，对于泵站这种工况下，即使使用一台自吸式水泵用作辅助灌水，仍然需要较长时间才能让主水泵达到启动条件，而且，在主水泵的进水管路上设置底阀，进口阻力显著增大，对于主水泵的抗气蚀性要求更高，而且再次启动时需要重新灌水，十分麻烦；射流引水对于引水的结果判断不太方便，即不太好确定是否引水完成了，需要通过人工观察，而且射流引水做功效率不高，能量消耗大；真空泵引水是一种应用比较广的引水方式，但仍然是一次性的，即水泵启动前让一台真空泵抽吸水泵进口管路上的空气，与射流引水类似，也需要进行引水是否完成的人工观察。

这些引水方式均是每次水泵启动前都要进行引水操作的，水泵的启动会有一定时间的延迟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泵站启动用真空稳压补水装置，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种泵站启动用真空稳压补水装置，连接泵站水泵，真空稳压补水装置包括补水罐、真空泵、吸上管、抽空管，吸上管一端连接补水罐、一端连接水泵，抽空管一端连接补水罐、一端连接真空泵，补水罐上连接抽空管的位置高于其连接吸上管的位置，吸上管上设置吸上阀，抽空管上设置真空止回阀，真空止回阀方向是从补水罐往真空泵。

本发明使用一个补水罐作为缓冲罐，泵站水泵不运行时，其排水管上的出口阀是出于关闭装置的，真空泵抽吸补水罐内的气体，因为补水罐也连接着水泵，所以泵腔内的空气也会被一并抽吸出来，在泵腔内形成真空，水池内的水从水泵的进水管上升进入泵腔后淹没叶轮，达到泵启动条件，在启动条件满足后，水泵就可以随时启动了。吸上管连接水泵的泵腔最高处，这样能让泵腔内的空气全部被抽出，不存在空气区域影响水泵的运行，吸上管上的吸上阀应当在水泵启动时或启动的前一刻关闭，否则水泵启动后泵腔内的高压水会经由吸上管大量地进入到补水罐中。真空泵运行抽吸补水罐内的气体造成真空，抽吸时要保证补水罐内存有一定的水而又不能存满。补水罐内与水泵连接的部分如果存有水也就表明水泵泵腔内是肯定充满水的，所以只要补水罐内与水泵连接的部分存有水，水泵也就一直处于可以启动的状态。

水泵运行完毕后，其排水管上的出口阀关闭，水泵的进出口管路都液封住，在理想状态（所有管路均不漏气）下，泵腔内的水是不会流回水池的，因为没有空气区填充泵腔。但现实中总会存在漏气点，水泵的泵腔以及进出口管路中的水体会缓慢地落回水池内，而补水罐内存留的水体这时也反流回泵腔内弥补漏气导致的水流失，只要补水罐内的水没有流干，那么水泵仍然处于可以启动的状态，当补水罐内水位下降到底后，此时应当启动真空泵，重新在补水罐内建立较大的真空度，吸上一些水再次存留起来，补水罐内与水泵连接部分的水位范围可以通过液位开关等方式确立，低液位时启动真空泵，高液位时真空泵停机。

一套稳压补水装置可以拖带多台高度位置差不多的水泵，连接每台水泵的吸上管上分别设置吸上阀，一台泵启动时与之对应的吸上阀关闭，泵停机时打开并联上补水罐，引水稳压过程相互独立。

进一步的，真空泵为水环真空泵，补水罐包括罐体、隔板和出气管，隔板设置在罐体内，隔板将罐体分隔为两个腔室：在上的真空腔和在下的汽水分离腔，吸上管连接真空腔底部，抽空管连接真空腔顶部，真空泵进气口连接抽空管，真空泵排气口通过排气管连接汽水分离腔上部，真空泵的泵体补水口通过回水管连接汽水分离腔下部，汽水分离腔的顶部通过出气管连接外部大气。

水环真空泵在粗真空工况下有气量大，运行效率高，运行可靠的特点，不像干式真空泵、螺杆泵等需要特殊的运行条件才能稳定运行，而且水环真空泵在相同气量下价格大大低于其余类型的真空泵，运行效率与其余泵也差不多，所以，本装置使用水环真空泵不仅成本交底，而且故障率低，运行可靠。

水环真空泵运行时使用水作为工作液，其排出口需要接一个汽水分离器，不然直排大气的话会对周围环境排出大量水汽，造成湿度显著增加，不利于周围机器、装置的运行。本发明将汽水分离器设置进补水罐内：即补水罐中的汽水分离腔，从真空泵排出的含大量水汽的气体在汽水分离腔中进行分离，气体从出气管排出装置外，水分存留在汽水分离腔中，水环真空泵运行时需要补水，其补水来源是汽水分离腔中的水。

进一步的，补水罐还包括高程调节组件，高程调节组件设置在真空腔，高程调节组件包括调节管、底管和浮球；

罐体上设有螺纹连接管座，调节管外表设有一段外管螺纹，调节管通过外管螺纹和罐体连接，调节管一端竖直插入真空腔内、另一端与抽空管连接，调节管管内中间部位设有喉口，喉口位于外管螺纹的下方，喉口与外管螺纹之间的管体侧面还设有抽气孔；

底管竖直连接在隔板上表面，底管上端敞开，底管底部侧面还设有进液孔，调节管下端插入底管内，浮球放置在调节管或底管内，沿调节管轴向上下浮动，浮球上下浮动的两个极限位置分别为喉口和底管底部，喉口处管壁上设有第一触点，底管底部设有第二触点，第一触点或第二触点与浮球接触时给出开关量信号。

真空泵运行从真空腔中抽气，真空腔中的液位缓慢上升，水体从进液孔以及调节管和底管插接处的缝隙中进入两个管内，使得浮球上浮，当浮球上浮至喉口处被卡住不能再上升，并且撞上第一触点，第一触点给出开关量信号，让真空泵停机，而真空腔内水位下降时，浮球也下移，当其触底时撞上第二触点，第二触点给出开关量信号控制真空泵启动，进行抽气，使得真空腔内水位继续升高。调节管和底管上的两个触点充当两个液位开关，而调节管又是螺纹连接在罐体上的，所以上方的第一触点可以随着调节管上下移动，进而方便地改变两个触点之间的距离，改变真空腔内的液位调节范围，真空腔内的液位调节范围涉及真空泵的启动频率、对于水泵的补水容量，两个触点距离远，虽然补水容量大，但浮球到达第一触点时真空腔内的真空度也就越大，装置的漏气速率较高，为了保持真空度所要提供的能量也就越多，而两个触点距离越近，则补水容量较小，不适合拖带较多台数的水泵，具体使用时应当根据实际情况选择合适的调节管插入深度，当然，如果设置地不合适，后续也可以便捷地进行调整。

作为优化，抽空管包括一段软接管，软接管与调节管顶端连接。

因为调节管进行插入深度调整时，其上端的高度会发生变化，所以在与调节管连接的抽空管端部设置一段软接管可以让管路变为柔性，否则都是刚性管路的话需要设置相应的伸缩活结才能适应调节管的移动调整。

作为优化，吸上阀为电动阀，吸上阀与水泵的电源电路进行联锁控制。联锁控制的控制逻辑按前述，即：当水泵启动时，吸上阀关闭；当水泵停机时，吸上阀开启。这一控制逻辑可以让吸上阀实现自动控制，不需要每次启停水泵时手动地去进行相应吸上阀的开关。

作为优化，隔板下表面设有挡板，挡板底部低于排气管连接汽水分离腔的管口底部，挡板位于排气管和出气管之间。让真空泵的排气在汽水分离腔内曲折前进，增加分离效果。

作为优化，汽水分离腔侧壁还设有补水管，补水管通过浮球阀与罐体连接；汽水分离腔底部还朝外设有放空管，放空管上设置截止阀。

工作液循环利用，当然，还是会有少量水汽从出气管流出，汽水分离腔中的水位缓慢下降，下降到一定程度时，外界通过补水管对汽水分离腔内补水，浮球阀识别液位。

放空管用于检修时放空罐体用。

作为优化，外管螺纹与罐体的连接螺纹为密封管螺纹，并且在螺纹上绞缠生料带。密封管螺纹和生料带提高罐体在调节管连接处的密封性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过使用一个补水罐作为水泵启动条件的保障，在水泵的停机过程中，补水罐内的水体反流回水泵泵腔弥补由于管路微量漏气导致的泵腔存水流失，只要补水罐内有水，那么水泵就能一直处于启动条件，通电即可启动，无需启动前的灌水操作；补水罐内存水的液位范围可以通过调节管方便地进行设定，上下的两个触点提供真空泵的开关信号，根据本补水装置所拖带的水泵数量，选择合适的补水罐存水容量；真空泵运行需要的汽水分离效果集成进补水罐内，装置整体结构简洁。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的总体流程示意图；

图2为本发明补水罐的内部结构图；

图3为图2中的区域A放大图；

图4为图2中的区域B放大图。

图中：1-补水罐、10-罐体、11-隔板、12-真空腔、13-汽水分离腔、14-高程调节组件、141-调节管、1411-喉口、1412-第一触点、1413-抽气孔、1414-外管螺纹、142-底管、1421-第二触点、1422-进液孔、143-浮球、15-出气管、16-挡板、2-真空泵、31-吸上管、32-抽空管、321-软接管、33-排气管、34-回水管、35-补水管、36-放空管、41-吸上阀、42-真空止回阀、91-水泵、92-上水管、93-排水管、94-出口阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种泵站启动用真空稳压补水装置，连接泵站水泵9，真空稳压补水装置包括补水罐1、真空泵2、吸上管31、抽空管32，吸上管31一端连接补水罐1、一端连接水泵91，抽空管32一端连接补水罐1、一端连接真空泵2，补水罐1上连接抽空管32的位置高于其连接吸上管31的位置，吸上管31上设置吸上阀41，抽空管32上设置真空止回阀42，真空止回阀42方向是从补水罐1往真空泵2。

泵站的水泵9一般都是大流量泵，一般都不具备自吸功能，而泵的启动条件之一就是叶轮部位有水，这样在泵启动后、叶轮旋转，才能起到抽水送水的作用。而泵站的作用就是将较低水位的水抽送往较高水位的水域，例如将长江里的水抽送往内河，以便流往农田等用水场所，较低水位的河水等经过一道栅栏过滤掉一些大型杂物、塑料袋、水面悬浮物后进入到一个水池内，泵站的水泵9抽取水池内的水送往高处或远处。

本发明使用一个补水罐1作为缓冲罐，泵站水泵9不运行时，其排水管93上的出口阀94是出于关闭装置的，真空泵2抽吸补水罐1内的气体，因为补水罐1也连接着水泵9，所以泵腔内的空气也会被一并抽吸出来，在泵腔内形成真空，水池内的水从水泵9的进水管上升进入泵腔后淹没叶轮，达到泵启动条件，在启动条件满足后，水泵9就可以随时启动了。吸上管31连接水泵9的泵腔最高处，这样能让泵腔内的空气全部被抽出，不存在空气区域影响水泵9的运行，吸上管31上的吸上阀41应当在水泵9启动时或启动的前一刻关闭，否则水泵9启动后泵腔内的高压水会经由吸上管31大量地进入到补水罐1中。真空泵2运行抽吸补水罐1内的气体造成真空，抽吸时要保证补水罐1内存有一定的水而又不能存满。补水罐1内与水泵9连接的部分如果存有水也就表明水泵9泵腔内是肯定充满水的，所以只要补水罐1内与水泵9连接的部分存有水，水泵9也就一直处于可以启动的状态。

水泵9运行完毕后，其排水管93上的出口阀94关闭，水泵的进出口管路都液封住，在理想状态（所有管路均不漏气）下，泵腔内的水是不会流回水池的，因为没有空气区填充泵腔。但现实中总会存在漏气点，水泵9的泵腔以及进出口管路中的水体会缓慢地落回水池内，而补水罐1内存留的水体这时也反流回泵腔内弥补漏气导致的水流失，只要补水罐1内的水没有流干，那么水泵9仍然处于可以启动的状态，当补水罐1内水位下降到底后，此时应当启动真空泵2，重新在补水罐1内建立较大的真空度，吸上一些水再次存留起来，补水罐1内与水泵9连接部分的水位范围可以通过液位开关等方式确立，低液位时启动真空泵2，高液位时真空泵2停机。

如图1所示，一套稳压补水装置可以拖带多台高度位置差不多的水泵9，连接每台水泵9的吸上管31上分别设置吸上阀41，一台泵启动时与之对应的吸上阀关闭，泵停机时打开并联上补水罐1，引水稳压过程相互独立。

如图1、2所示，真空泵2为水环真空泵，补水罐1包括罐体10、隔板11和出气管15，隔板11设置在罐体10内，隔板11将罐体10分隔为两个腔室：在上的真空腔12和在下的汽水分离腔13，吸上管31连接真空腔12底部，抽空管32连接真空腔12顶部，真空泵2进气口连接抽空管32，真空泵2排气口通过排气管33连接汽水分离腔13上部，真空泵2的泵体补水口通过回水管34连接汽水分离腔13下部，汽水分离腔13的顶部通过出气管15连接外部大气。

水环真空泵在粗真空工况下有气量大，运行效率高，运行可靠的特点，不像干式真空泵、螺杆泵等需要特殊的运行条件才能稳定运行，而且水环真空泵在相同气量下价格大大低于其余类型的真空泵，运行效率与其余泵也差不多，所以，本装置使用水环真空泵不仅成本交底，而且故障率低，运行可靠。

水环真空泵运行时使用水作为工作液，其排出口需要接一个汽水分离器，不然直排大气的话会对周围环境排出大量水汽，造成湿度显著增加，不利于周围机器、装置的运行。本发明将汽水分离器设置进补水罐1内：即补水罐1中的汽水分离腔13，从真空泵2排出的含大量水汽的气体在汽水分离腔13中进行分离，气体从出气管15排出装置外，水分存留在汽水分离腔13中，水环真空泵运行时需要补水，其补水来源是汽水分离腔13中的水。

如图2、3所示，补水罐1还包括高程调节组件14，高程调节组件14设置在真空腔12，高程调节组件14包括调节管141、底管142和浮球143；

罐体10上设有螺纹连接管座，调节管141外表设有一段外管螺纹1414，调节管141通过外管螺纹1414和罐体10连接，调节管141一端竖直插入真空腔12内、另一端与抽空管32连接，调节管141管内中间部位设有喉口1411，喉口1411位于外管螺纹1414的下方，喉口1411与外管螺纹1414之间的管体侧面还设有抽气孔1413；

底管142竖直连接在隔板11上表面，底管142上端敞开，底管142底部侧面还设有进液孔1422，调节管141下端插入底管142内，浮球143放置在调节管141或底管142内，沿调节管141轴向上下浮动，浮球143上下浮动的两个极限位置分别为喉口1411和底管142底部，喉口1411处管壁上设有第一触点1412，底管142底部设有第二触点1421，第一触点1412或第二触点1421与浮球接触时给出开关量信号。

真空泵2运行从真空腔12中抽气，真空腔12中的液位缓慢上升，水体从进液孔1422以及调节管141和底管142插接处的缝隙中进入两个管内，使得浮球143上浮，当浮球143上浮至喉口1411处被卡住不能再上升，并且撞上第一触点1412，第一触点1412给出开关量信号，让真空泵2停机，而真空腔12内水位下降时，浮球143也下移，当其触底时撞上第二触点1421，第二触点1421给出开关量信号控制真空泵2启动，进行抽气，使得真空腔12内水位继续升高。调节管141和底管142上的两个触点充当两个液位开关，而调节管141又是螺纹连接在罐体10上的，所以上方的第一触点1411可以随着调节管141上下移动，进而方便地改变两个触点之间的距离，改变真空腔12内的液位调节范围，真空腔12内的液位调节范围涉及真空泵的启动频率、对于水泵9的补水容量，两个触点距离远，虽然补水容量大，但浮球到达第一触点1411时真空腔12内的真空度也就越大，装置的漏气速率较高，为了保持真空度所要提供的能量也就越多，而两个触点距离越近，则补水容量较小，不适合拖带较多台数的水泵9，具体使用时应当根据实际情况选择合适的调节管141插入深度，当然，如果设置地不合适，后续也可以便捷地进行调整。

如图1所示，抽空管32包括一段软接管321，软接管321与调节管141顶端连接。

因为调节管141进行插入深度调整时，其上端的高度会发生变化，所以在与调节管141连接的抽空管32端部设置一段软接管321可以让管路变为柔性，否则都是刚性管路的话需要设置相应的伸缩活结才能适应调节管141的移动调整。

吸上阀41为电动阀，吸上阀41与水泵9的电源电路进行联锁控制。联锁控制的控制逻辑按前述，即：当水泵9启动时，吸上阀41关闭；当水泵9停机时，吸上阀41开启。这一控制逻辑可以让吸上阀41实现自动控制，不需要每次启停水泵9时手动地去进行相应吸上阀41的开关。

如图2、4所示，隔板11下表面设有挡板16，挡板16底部低于排气管33连接汽水分离腔13的管口底部，挡板16位于排气管33和出气管15之间。让真空泵2的排气在汽水分离腔13内曲折前进，增加分离效果。

如图2所示，汽水分离腔13侧壁还设有补水管35，补水管35通过浮球阀与罐体10连接；汽水分离腔13底部还朝外设有放空管36，放空管36上设置截止阀。

工作液循环利用，当然，还是会有少量水汽从出气管15流出，汽水分离腔13中的水位缓慢下降，下降到一定程度时，外界通过补水管35对汽水分离腔13内补水，浮球阀识别液位。

放空管36用于检修时放空罐体10用。

外管螺纹1414与罐体10的连接螺纹为密封管螺纹，并且在螺纹上绞缠生料带。密封管螺纹和生料带提高罐体10在调节管141连接处的密封性。

本装置的使用过程是：首次调试时：真空泵2、水泵9、补水罐1内均无水，首次启动时，外界通过补水管35对汽水分离腔35内补水，腔内的水流入真空泵2作为工作液，然后真空腔12内由于无水，浮球143与第二触点1421接触，给出真空泵2运行信号，真空泵2运行，抽取真空腔12内的空气，由于真空腔12连接着水泵9泵腔，所以水泵9泵腔内的空气也被一并抽出，水池中的水经由上水管92进入水泵9泵腔，再继续往上至真空腔12内，浮球143上浮至与第一触点1412接触，真空泵2停机。只要真空腔12内存有水，那么水泵9泵腔内也会有水，水泵9一直处于可以启动的状态。水泵9启动时关闭相应的吸上阀41，水泵9停机时再打开吸上阀41。首次运行完毕后，水泵9就会一直处于能够快速启动的状态。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (1)

1.一种泵站启动用真空稳压补水装置，连接泵站水泵（9），其特征在于：所述真空稳压补水装置包括补水罐（1）、真空泵（2）、吸上管（31）、抽空管（32），所述吸上管（31）一端连接补水罐（1）、一端连接水泵（91），所述抽空管（32）一端连接补水罐（1）、一端连接真空泵（2），补水罐（1）上连接抽空管（32）的位置高于其连接吸上管（31）的位置，所述吸上管（31）上设置吸上阀（41），所述抽空管（32）上设置真空止回阀（42），所述真空止回阀（42）方向是从补水罐（1）往真空泵（2）；所述真空泵（2）为水环真空泵，所述补水罐（1）包括罐体（10）、隔板（11）和出气管（15），所述隔板（11）设置在罐体（10）内，隔板（11）将罐体（10）分隔为两个腔室：在上的真空腔（12）和在下的汽水分离腔（13），所述吸上管（31）连接真空腔（12）底部，所述抽空管（32）连接真空腔（12）顶部，所述真空泵（2）进气口连接抽空管（32），真空泵（2）排气口通过排气管（33）连接汽水分离腔（13）上部，真空泵（2）的泵体补水口通过回水管（34）连接汽水分离腔（13）下部，所述汽水分离腔（13）的顶部通过出气管（15）连接外部大气；所述隔板（11）下表面设有挡板（16），挡板（16）底部低于排气管（33）连接汽水分离腔（13）的管口底部，挡板（16）位于排气管（33）和出气管（15）之间；所述汽水分离腔（13）侧壁还设有补水管（35），所述补水管（35）通过浮球（143）阀与罐体（10）连接；所述汽水分离腔（13）底部还朝外设有放空管（36），所述放空管（36）上设置截止阀；高程调节组件（14），高程调节组件（14）设置在真空腔（12），高程调节组件（14）包括调节管（141）、底管（142）和浮球（143）；罐体（10）上设有螺纹连接管座，调节管（141）外表设有一段外管螺纹（1414），调节管（141）通过外管螺纹（1414）和罐体（10）连接，调节管（141）一端竖直插入真空腔（12）内、另一端与抽空管（32）连接，调节管（141）管内中间部位设有喉口（1411），喉口（1411）位于外管螺纹（1414）的下方，喉口（1411）与外管螺纹（1414）之间的管体侧面还设有抽气孔（1413）；底管（142）竖直连接在隔板（11）上表面，底管（142）上端敞开，底管（142）底部侧面还设有进液孔（1422），调节管（141）下端插入底管（142）内，浮球（143）放置在调节管（141）或底管（142）内，浮球（143）上下浮动的两个极限位置分别为喉口（1411）和底管（142）底部，喉口（1411）处管壁上设有第一触点（1412），底管（142）底部设有第二触点（1421 ）。

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