CN111852955A - 一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，该自动补偿装置固定安装在泵体前腔内壁面上，由泵体前腔内壁面延伸至叶轮前盖板，阻止叶轮出口流向泵前腔的流体；自动补偿装置包括隔板和补偿回馈装置；隔板一端延伸至泵前腔内，另一端连接自动补偿组件，通过自动补偿组件对隔板伸出的长度进行自动补偿；补偿回馈装置对自动补偿组件进行控制。本发明所设计的泵前腔自动补偿装置能够阻止叶轮出口流出的流体进入离心泵前腔，从而抑制回流发生，降低离心泵前腔能量损失，提高离心泵的运行效率和稳定性。

Description

一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置

技术领域

本发明属于流体机械技术领域，尤其涉及一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置。

背景技术

离心泵广泛应用于军工、核电、水利以及农业灌溉等领域。由于离心泵泵体与叶轮盖板间存在一个间隙，不仅产生了容积损失，还改变了泵内部的流动结构。主要是因为前腔流动受到旋转部件的影响，流动特性相当复杂，前腔产生的涡旋、回流等复杂流动造成了泵效率的下降，同时前腔水体高速旋转，对叶轮旋转部件产生阻力，造成泵运行不稳定。现有的研究发现通过改变泵体壁面与叶轮间的距离来调整间隙结构对泵前腔内流体的压力与速度分布均有较大影响，且间隙减小，容积损失减小，泵运行效率提高。

为了提高离心泵运行效率和稳定性，除了尽量减小泵体和前盖板之间的间隙，还可以通过结构设计阻拦叶轮出口的流体尽可能少的回流到前腔。经检索，专利(CN205639079U) 主要是通过设置互补矩形隔板来改善前泵腔流动、减少损失，但由于互补矩形隔板分为旋转部件和静止部件，当两者之间间隙较小时易产生较大的动静干涉。尤其是输送含有固体颗粒介质时颗粒易在隔板间隙中产生干摩擦，加之介质的腐蚀作用，隔板磨损较为严重。因此，亟待发明一种用于改善叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，通过对磨损隔板进行自动补偿有效改善泵前腔能量损耗，从而确保装置能够高效、平稳地输送介质。

发明内容

本发明根据现有技术的不足，提出了一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，通过在泵体壁面设置自动补偿装置阻止叶轮出口流出的流体进入离心泵前腔，从而抑制回流发生，降低离心泵前腔能量损失，提高离心泵的运行效率和稳定性。

本发明采取的技术方案如下：

一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，该自动补偿装置固定安装在泵体前腔内壁面上，由泵体前腔内壁面延伸至叶轮前盖板，阻止叶轮出口流向泵前腔的流体；所述自动补偿装置包括隔板和补偿回馈装置；所述隔板一端延伸至泵前腔内，另一端连接自动补偿组件，通过自动补偿组件对隔板伸出的长度进行自动补偿；所述补偿回馈装置对自动补偿组件进行控制。

进一步，所述隔板是以泵轴为旋转中心的圆环体，包括隔板矩形段和隔板圆弧形尖端段，所述隔板矩形段和隔板圆弧形尖端段之间采用可拆卸连接，便于对隔板圆弧形尖端段进行更换。

进一步，所述隔板的外表面镀有镍-铬合金；

进一步，自动补偿组件包括内轴，所述内轴的一端依次连接推杆、螺纹轴和电机轴，所述内轴的另一端与隔板矩形段固定连接；所述自动补偿组件设置于液压腔体内；

进一步，所述内轴的外部同轴设置轴套，所述内轴上设置有伸缩定位器，所述伸缩定位器在内轴与轴套之间沿径向伸缩，当内轴伸出液压腔体实现自动补偿时，通过伸缩定位器实现伸出长度的定位；

进一步，所述补偿回馈装置包括补偿检测组件和补偿控制组件；所述补偿检测组件包括距离信号发射器、光感测距传感器、卤素灯和反光色带，所述反光色带设置在隔板圆弧形尖端段处，所述距离信号发射器、光感测距传感器和卤素灯固定安装在隔板伸出部位的液压腔体外壁面上；

进一步，所述补偿控制组件包括状态机，所述状态机分别连接距离信号发射器和微型电机，所述状态机的控制逻辑为：若光感测距传感器回馈的距离M值小于K，则状态机给微型电机发布工作指令，通过旋转螺纹推动推杆进行补偿，补偿长度(推动)距离为N＝K-M，其中，K为隔板伸出泵壁面的初始距离，M为光感测距传感器所检测的隔板伸出泵壁面的实际距离；

进一步，所述隔板平行设置多层。

本发明的有益效果：

1、本发明所设计的一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，该装置设置在叶轮泵体间的前腔壁面与前盖板之间，该装置可以有效阻止叶轮出口流出的流体进入离心泵前腔，从而抑制回流发生，降低离心泵前腔能量损失，提高离心泵的运行效率和稳定性。

2、本发明所设计的装置还可以实现伸出长度的自动补偿，通过自动调节伸出长度的隔板，无论是由水力造成的隔板尖端磨损还是由两相流泵介质造成的腐蚀磨损，均可以自动补偿隔板磨损的长度，充分发挥隔板对叶轮出口处回流的抑制作用。

附图说明

图1为装有本发明泵前腔自动补偿装置的泵结构示意图；

图2为本发明泵前腔自动补偿装置结构示意图；

图3为第一层隔板的圆弧形尖端段和隔板矩形段的结构示意图；

图4为泵前腔自动补偿装置结构及隔板出口处的局部放大示意图；

图5为泵前腔自动补偿装置结构及电机处的局部放大示意图；

图6为泵前腔自动补偿装置的隔板轴向示意图；

图中，1、泵体，2、泵前腔间隙，3、叶轮，4、第一层隔板，5、第二层隔板，6、第三层隔板，7、防尘环，8、微型电机，9、三角块，10、弹簧，11、防水环，12、导向环， 13、液压腔体，14、状态机，15、推杆，16、距离信号发射器，17、光感测距传感器，18、卤素灯，19、反光色带，20、距离信号接收器，21、泵轴，22、插销，23、隔板圆弧形尖端段，24、隔板矩形段，25、螺纹轴，26、电机轴，27、自动补偿组件，28、内轴，29、轴套。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明所设计的一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，本设计的自动补偿装置固定安装在泵体前腔内壁面上，且由泵体前腔内壁面延伸至叶轮前盖板，阻止叶轮出口流向泵前腔的流体；所述自动补偿装置具体包括隔板和补偿回馈装置；所述隔板一端延伸至泵前腔内，另一端连接自动补偿组件27，通过自动补偿组件27对隔板伸出的长度进行自动补偿；所述补偿回馈装置对自动补偿组件进行控制。

具体的，如图2和6隔板是以泵轴为旋转中心的圆环体，隔板剖面矩形厚度为5mm，结合图1，隔板的右端(顶端)延伸至叶轮前盖板处，为了防止泵内的介质流入，如图4 在隔板与液压腔体13接触处设置防水环11和导向环12，自右向左依次是隔板圆弧形尖端段23、隔板矩形段24和自动补偿组件27；隔板圆弧形尖端段23和隔板矩形段24都采用材质HT200，在隔板的外表面镀上一层镍-铬合金；如图3隔板圆弧形尖端段23和隔板矩形段24之间通过插销22实现两者之间可拆卸连接，插销22共有三根，插销22的直径为 2mm，插销22孔位于隔板远离叶轮出口的一侧，插销孔距离隔板圆弧形尖端顶部为 8mm-15mm，由于圆弧形尖端段23受到叶轮出口介质的冲击与磨损，所以将其设计为可拆卸式安装，方便对磨损的圆弧形尖端段23进行更换。

自动补偿组件27包括内轴28，内轴28的一端与隔板矩形段24的左端固定连接，另一端与推杆15的右端固定连接，推杆15的左端与螺纹轴25的右端螺纹连接，螺纹轴25 的左端与电机轴26输出端为固定连接，当电机轴26转动时通过螺纹轴25使推杆15发生线性移动，螺纹轴25的总长度为推杆15长度的1/3到1/2。电机轴26是微型电机8的动力输出轴，微型电机8固定于泵体外壁面，微型电机8与液压腔体13连接处设置防尘环如 7如图5。内轴28外平行设置轴套29，轴套29的外径与隔板矩形段24一样，且内轴28 上设置有伸缩定位器，所述伸缩定位器在内轴28与轴套29之间沿径向伸缩；在本实施例中，伸缩定位器的具体设置为在内轴28的外部沿轴向均布有多列三角块9，所述三角块9 为直角三角块，三角块9底部的直角边通过弹簧10固定在内轴28表面，三角块9的斜边朝向泵前腔设计，所述轴套29上设有与三角块9相配合的孔，正常情况下，三角块9从轴套29中露出，当受到向内的外力时，三角块9被挤压入轴套29内，利用三角块9保证隔板只能往叶轮3方向进给，类似于普通单向阀的作用；由于泵前腔间隙2内的压力大，可以固定卡死隔板不朝泵体1壁面方向后退。在本实施例中，相邻可压缩三角块9的间距保持在3～5mm。

上述自动补偿组件27置于液压腔体13内，液压腔体13嵌装在泵体前腔内壁面上。

由于泵体前腔与叶轮前盖板都是流线型设计，所以为了更好地阻止从叶轮出口流出的部分高速流体沿着前腔壁面方向回流进入泵前腔，所以可以设置多层隔板，在本实施例中设置了3层，沿流体流动方向，分别是第三层隔板6、第二层隔板5和第一层隔板4；由于第一层隔板4最靠近叶轮出口所以第一层隔板4受到的介质冲击越大，因此第一层隔板4 的隔板圆弧形尖端段23顶端的圆弧半径为隔板剖面矩形宽度的1/2；后一级隔板的尖端由于回流流速下降导致受冲击变小，故尖端半径增大尽可能阻止流体往下一级隔板冲击，因此第二层隔板5和第三层隔板6的顶端圆弧半径为隔板剖面矩形宽度的2/3，第三层隔板顶端圆弧半径为隔板剖面矩形宽度的3/4，后两层隔板顶端圆弧的圆心均位于远离叶轮出口的长边上。

Z_i(i＝1、2、3)为前腔隔板处泵体壁面法向至叶轮前盖板的距离，叶轮半径为R，叶轮前盖板出口处作水平线(平行于泵轴)，以此水平线作为基准，竖直向下到隔板截面中心素线与泵腔体壁面接触点的长度，第一层隔板的伸出点到水平线的距离为

第二层隔板的伸出点到水平线的距离为

第三层隔板的伸出点到水平线的距离为

第一层隔板伸出泵体内壁面的长度为

第二层隔板伸出泵体内壁面的长度为

第三层隔板伸出泵体内壁面的长度为

未伸出泵体内壁面的隔板置于液压腔体内，用于隔板伸出部分磨损后补偿。

补偿回馈装置包括补偿检测组件和补偿控制组件，所述补偿检测组件包括距离信号发射器16、光感测距传感器17、卤素灯18和反光色带19，所述反光色带19设置在隔板圆弧形尖端段23处，色带选用反光能力最强的白色；反光色带19的宽度为

相邻反光色带19之间等间距设置且间隔为

所述距离信号发射器16、光感测距传感器17和卤素灯18集成在一起，并固定安装在隔板伸出的液压腔体13外壁面上，卤素灯18用于发射光线，使得色带产生反光；光感测距传感器17对最外圈色带反光进行检测得到此时隔板最外端与泵壁之间的垂直距离(即隔板此时伸出的长度)；所述光感测距传感器17与距离信号发射器16之间通过信号连接，距离信号发射器16接收光感测距传感器17所检测的距离信息并传输给补偿控制组件；所述补偿控制组件包括状态机14和距离信号接收器20，所述距离信号接收器20固定安装在液压腔体13内靠近电机轴26处，状态机14设置在液压腔体13内，且状态机14与距离信号接收器20、距离信号发射器16之间分别通过信号线连接实现信号的传递；所述距离信号接收器20连接微型电机8，将状态机14输出的控制量输入微型电机8并对微型电机8的工作进行控制。

补偿回馈装置的工作原理是：由于隔板顶部受到叶轮出口处的水力冲击及介质腐蚀，所以隔板顶部会产生磨损，使其与叶轮前盖板之间的间隙变大，因此需要对隔板进行自动补偿；此时卤素灯18工作照射反光色带19，光学测距传感器17扫描距离最远的色带并记录距离，从而基于光学测距传感器17内部函数折算成色带距离泵体壁面的垂直距离M，内部折算函数主要基于角度和扫描得到最远色带的距离来计算。光学测距传感器17所计算出的距离信息通过距离信号发射器16发送给状态机14，状态机14通过内部逻辑语句对距离信号识别判断，折算出隔板需要进给的距离N＝K-M，K为隔板伸出泵壁面的初始距离， M为光感测距传感器17所检测的隔板伸出泵壁面的实际距离。状态机14的逻辑如下：光学测距传感器17的反馈距离M通过与设置的隔板初始伸出壁面距离值K比较，如果相等则不传递距离信息给距离信号接收器20；如果小于则执行求差，将差值N传递给用以执行微型电机8，从而通过推杆15推动隔板进给接收到的距离值N。微型电机8通过固定于泵体外壁面保证与电机轴26相连的螺纹轴25的位置不变，电机轴带动螺纹轴旋转利用推杆 15末端的螺纹来进行推动。通过补偿回馈装置实时监测判断始终保持隔板的最初设计距离 K，从而保证一直最大效率地运行。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，其特征在于，该自动补偿装置固定安装在泵体前腔内壁面上，由泵体前腔内壁面延伸至叶轮前盖板，阻止叶轮出口流向泵前腔的流体；所述自动补偿装置包括隔板和补偿回馈装置；所述隔板一端延伸至泵前腔内，另一端连接自动补偿组件（27），通过自动补偿组件（27）对隔板伸出的长度进行自动补偿；所述补偿回馈装置对自动补偿组件进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，其特征在于，所述隔板是以泵轴为旋转中心的圆环体，包括隔板矩形段（24）和隔板圆弧形尖端段（23），所述隔板矩形段（24）和隔板圆弧形尖端段（23）之间采用可拆卸连接，便于对隔板圆弧形尖端段（23）进行更换。

3.根据权利要求2所述的一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，其特征在于，所述隔板的外表面镀有镍-铬合金。

4.根据权利要求1所述的一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，其特征在于，自动补偿组件（27）包括内轴（28），所述内轴（28）的一端依次连接推杆（15）、螺纹轴（25）和电机轴，所述内轴（28）的另一端与隔板矩形段（24）固定连接；所述自动补偿组件（27）设置于液压腔体（13）内。

5.根据权利要求4所述的一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，其特征在于，所述内轴（28）的外部同轴设置轴套（29），所述内轴（28）上设置有伸缩定位器，所述伸缩定位器在内轴（28）与轴套（29）之间沿径向伸缩，当内轴（28）伸出液压腔体（13）实现自动补偿时，通过伸缩定位器实现伸出长度的定位。

6.根据权利要求1所述的一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，其特征在于，所述补偿回馈装置包括补偿检测组件和补偿控制组件；所述补偿检测组件包括距离信号发射器（16）、光感测距传感器（17）、卤素灯（18）和反光色带（19），所述反光色带（19）设置在隔板圆弧形尖端段（23）处，所述距离信号发射器（16）、光感测距传感器（17）和卤素灯（18）固定安装在隔板伸出部位的液压腔体（13）外壁面上。

7.根据权利要求6所述的一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，其特征在于，所述补偿控制组件包括状态机（14），所述状态机（14）分别连接距离信号发射器（16）和微型电机（8），所述状态机（14）的控制逻辑为：若光感测距传感器（17）回馈的距离M值小于K，则状态机（14）给微型电机（8）发布工作指令，通过旋转螺纹推动推杆（15）进行补偿，补偿长度（推动）距离为N=K-M，其中，K为隔板伸出泵壁面的初始距离，M为光感测距传感器（17）所检测的隔板伸出泵壁面的实际距离。

8.根据权利要求1-7中任意一项权利要求所述的一种用于改善闭式叶轮回流的泵前腔自动补偿装置，其特征在于，所述隔板平行设置一层或者多层。

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