CN114704472A - 一种大流量串并联应急抢险泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大流量串并联应急抢险泵，包括进口和出口，进口和出口之间的泵壳内设置有一号流道、二号流道和三号流道，一号流道与进口连通，一号流道内安装有一号轴流泵，三号流道与出口连通，三号流道内安装有二号轴流泵，二号流道上分别安装有串并联调节阀和被动调节阀，串并联调节阀用来控制所述一号流道和所述三号流道之间、所述一号流道和所述二号流道之间的连通；被动调节阀用来控制所述三号流道和所述一号流道之间、所述三号流道和所述二号流道之间的连通。本发明通过串并联调节阀带动被动调节阀，改变泵的运行方式，在串联下状态下可将介质送入更高的空间，在并联状态下，能以更大的流量将介质排出，适用场景更为广泛。

Description

一种大流量串并联应急抢险泵
技术领域
本发明涉及应急排水领域，尤其涉及一种大流量两工况串并联泵结构设计方法。
背景技术
受全球气候变化影响,极端天气事件突发、频发、广发,城市内涝灾害作为现阶段危害较大的自然灾害之一,给城市的快速发展、人民的安全出行与财产安全带来了较大的影响。而机动灵活的车载排涝设备能有效减弱洪涝灾害带给城市的威胁。城市中像隧道、涵洞等场景，需要车辆利用液压装置将大流量的泵插入水中，将积水快速排出。而地铁、地下车库等场景，由于作业空间有限且深度较深，需要装配大流量且扬程相对较高的泵，才能将水从高处排出。不同场景对排水设备的工况要求差别较大，在同等功率情况下适合将泵并联或串联使用，即在并联时解决大流量需求、串联时解决高扬程需求，以应对城市应急排水中多变复杂的环境。但应急排涝作业环境复杂、空间狭小，两台泵机组进行串联和并联极为不便，亟需提出一种高效可靠、机动性强且结构紧凑的车载串并联一体化叶片泵设备。
船舶领域曾提出串并联离心泵结构来满足同等功率下舱内用水小流量高扬程和大流量低扬程两种工况的需要。中国专利CN201520017731.7，公开了一种通过串并联换向阀和单相阀配合动作的串并联离心泵，该泵两叶轮同轴对称布置使得结构紧凑，能满足舱内狭小空间下两工况使用的需要。但泵由于采用离心式叶轮导致流量较小，且泵入口与轴垂直，在应急场景下无法潜到水下，不能满足大流量排水的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大流量串并联应急抢险泵,可以应用在多种应急抢险场景的排水车上，更好的实现应急排水车的通用性，提高应急救援装备的利用效率。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种大流量串并联应急抢险泵，包括进口和出口，所述进口和所述出口之间的泵壳内设置有一号流道、二号流道和三号流道，所述一号流道与所述进口连通，所述一号流道内安装有一号轴流泵，所述三号流道与所述出口连通，所述三号流道内安装有二号轴流泵，所述二号流道上分别安装有串并联调节阀和被动调节阀，所述串并联调节阀用来控制所述一号流道和所述三号流道之间、所述一号流道和所述二号流道之间的连通；所述被动调节阀用来控制所述三号流道和所述一号流道之间、所述三号流道和所述二号流道之间的连通。
上述方案中，所述一号流道、所述二号流道和所述三号流道平行设置，并且所述一号流道、所述二号流道和所述三号流道的流道直径相同。
上述方案中，所述一号轴流泵和所述二号轴流泵在垂直方向上采用上下错位布置。
上述方案中，所述一号轴流泵和所述二号轴流泵在串联工况时，其无因次汽蚀比转速
Figure BDA0003625319860000021
区间范围为600～800；托马汽蚀系数
Figure BDA0003625319860000022
具体数值为
Figure BDA0003625319860000023
在并联工况时，其无因次汽蚀比转速
Figure BDA0003625319860000024
区间范围为600～800；托马汽蚀系数
Figure BDA0003625319860000025
具体数值为
Figure BDA0003625319860000026
其中，n为转速，r/min；Q为流量m3/h，g为重力加速度m/s^2，NPSHr为必需汽蚀余量，m；H为扬程，m；ns为比转速；Q为一号轴流泵和二号轴流泵的流量；H为一号轴流泵和二号轴流泵的扬程。
上述方案中，所述串并联调节阀通过第二弹性转轴与所述二号流道的流道侧壁转动副连接，所述串并联调节阀为弧形结构，当所述一号流道和所述二号流道之间连通时，所述串并联调节阀与所述一号流道的流道侧壁面接触在一起，并且所述串并联调节阀与所述一号流道的流道侧壁面均位于同一弧度上，当所述一号流道和所述三号流道之间连通时，所述串并联调节阀与所述二号流道的流道侧壁面接触在一起。
上述方案中，所述被动调节阀通过第一弹性转轴与所述二号流道的流道侧壁转动副连接，所述被动调节阀为弧形结构，当所述三号流道和所述二号流道连通时，所述被动调节阀与所述三号流道的流道侧壁面接触在一起，并且所述被动调节阀和所述三号流道的流道侧壁面均位于同一弧度上，所述被动调节阀与所述一号流道的流道侧壁面构成喇叭口形状，当所述三号流道和所述一号流道之间连通时，所述被动调节阀与所述二号流道的流道侧壁面接触在一起。
上述方案中，所述一号轴流泵上设置有一号导叶，所述二号轴流泵上设置有二号导叶，所述一号导叶固定在第一转动轴上，所述二号导叶固定在第二转动轴上，所述第一转动轴和所述第二转动轴通过齿轮箱与液压马达连接。
上述方案中，所述进口的材质为金属软管，所述进口处安装有伸缩节。
上述方案中，所述进口处对称设置有若干液压杆。
本发明还提供一种应急排水车，车上安装有如上述的一种大流量串并联应急抢险泵。
本发明的有益效果是：(1)本发明通过串并联调节阀可实现两台泵的串联及并联状态，在串联下状态下可将介质送入更高的空间，在并联状态下，能以更大的流量将介质排出，即一泵二参数，适用场景更为广泛；(2)本发明通过液压杆和伸缩节的配合，使泵的进口始终平行于水面，以得到最优的入口条件，提高泵运行的稳定性及效率；(3)本发明仅通过串并联调节阀和被动调节阀的配合，就可以改变抢险泵的各种工况，结构简单，以保证泵的运行高效可靠；(4)本发明依托于车载平台设计，使泵的调度机动灵活。
附图说明
图1为本发明串联工况的结构图。
图2为本发明并联工况的结构图。
图3为以一号轴流泵转子轴承剖面得到的串并联泵结构的左视图。
图4为以二号轴流泵转子轴承剖面得到的串并联泵结构的右视图。
图5为以一号轴流泵转子轴承剖面得到的串并联泵倾斜工作时的左视图。
图6为本发明安装在排水车上的位置示意图。
图中：1.进口；2.被动调节阀；3.第一弹性转轴；4.一号轴流泵；5.一号导叶；6.二号轴流泵；7.二号导叶；8.串并联调节阀；9.出口；10.齿轮箱；11.液压马达；12.二号流道；13.三号流道；14.一号流道；15.伸缩节；16.液压杆；17.第二弹性转轴；18.第一转动轴；19.第二转动轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本实施例提供的串并联轴流泵包括泵体、齿轮箱10、液压马达11，泵体上设置有进口1和出口9，泵体内设置有一号流道14、二号流道12和三号流道13，所述一号流道14与所述进口1连通，所述一号流道14内安装有一号轴流泵4，所述三号流道13与所述出口9连通，所述三号流道13内安装有二号轴流泵6，所述二号流道12上分别安装有串并联调节阀8和被动调节阀2，所述一号轴流泵4上设置有一号导叶5，所述二号轴流泵6上设置有二号导叶7，所述一号导叶5固定在第一转动轴18上，所述二号导叶7固定在第二转动轴19上，所述第一转动轴18和所述第二转动轴19通过齿轮箱10与液压马达11连接。所述液压马达11为泵运行提供动力；通过所述齿轮箱10对液压马达11输出转速增、减速，以适配泵运行所需的转速，同时保证泵体内一号轴流泵4和二号轴流泵6运行方向的一致；进口1处装有伸缩节15配合液压杆16运动，以改变进口的方向；一号轴流泵4、一号导叶5和二号轴流泵6、二号导叶7平行布置形成二号流道12、三号流道13、一号流道14，被动调节阀2和弹性转轴3布置于一号流道14、二号流道12之间靠近进口1处，串并联调节阀8布置于二号流道12、三号流道之13间靠近出口9处，出口9通过所述串并联调节阀8的开闭，调整泵的串并联状态。
一号轴流泵4所在流道直径等于二号流道12流道直径，且等于二号轴流泵6所在的三号流道13流道直径。以保证两台泵运行时的负载相差较小，使得在串联状态时，各流道流量相等，在并联状态时，水流从两台泵出口流出交汇时产生的干涉减少；
流量Q和扬程H满足需满足：串联工况，一号轴流泵的无因次汽蚀比转速
Figure BDA0003625319860000041
在600～800之间，同时托马汽蚀系数
Figure BDA0003625319860000042
其中
Figure BDA0003625319860000043
并联工况，一、二号轴流泵的无因次汽蚀比转速
Figure BDA0003625319860000044
托马汽蚀系数和
Figure BDA0003625319860000045
同样分别满足上述数值区间；以防止轴流泵高转速易汽蚀问题；其中，n为转速，r/min；Q为流量m3/h，g为重力加速度m/s^2，NPSHr为必需汽蚀余量，m；H为扬程，m。
所述一号轴流泵4与二号轴流泵6在垂直方向上采用上下错位布置，其水平距离与串并联调节阀8和被动调节阀2宽度大小、各流道直径有关，以保证阀门的开合与串并联条件下流道的形成。
串并联调节阀8和被动调节阀2长度与二号流道12虚线所示长度相等，即以串并联调节阀8的旋转中心为圆心作圆，此圆与一号流道14、二号流道12顶点相切，与一号流道14至出口1拐角处相切。同样的，以被动调节阀2的旋转中心为圆心作圆，此圆与二号流道12和三号流道13顶点相切，与进口1至三号流道13拐角处相切，此举意在保证串并联工况下的密封性。串并联调节阀8和被动调节阀2分别向进、出口凸起，形成弧形，使得串并联调节阀8凸起面与出口壁面相交时与流道形成整体，保证出口出水流畅，凹面与流道壁面能形成近似半圆形，降低水流过弯时的能量损失；使得被动调节阀2凸起面与进口1相交时形成喇叭口形态，增大吸水室的面积，凹面与三号流道13壁面形成近似半圆形，降低水流过弯时的能量损失，使得整个流道内的液体流道顺畅无阻力无气蚀。
本实施例提供的大流量串并联应急抢险泵的串并联调节阀8和被动调节阀2的工作方式为：被动调节阀2阀体与弹性转轴3相连，弹性转轴3始终给予阀体一定逆时针转动的力。串并联调节阀8开启(开启状态为阀体与出口流道壁面相交)，介质经一号流道14进入二号流道12将被动调节阀2冲开(开启状态为阀体与进口壁面相交)，受进口1低压与被动调节阀2阀体凹面侧高压影响，被动调节阀2将始终保持开启状态。串并联调节阀8关闭(关闭状态为阀体与一号流道14和二号流道12顶点相交，此时二号轴流泵6进口区域压力下降至负压，而泵体进口1压力相对较高，受压力与弹性转轴3弹性力合力作用，使被动调节阀2关闭(关闭状态为被动调节阀2的阀体与二号流道12和三号流道13的顶点相交)，且因二号流道12此时处于密封状态，被动调节阀2将始终保持关闭状态。
所述泵体进口1为金属软管，所述进口1处安装有伸缩节15，进口1由三根液压杆16控制其方向，所述液压杆16分别布置于三号流道13下方及泵体前后，以保证泵进口1能朝各个方向弯曲。泵体进口为喇叭口设计，喇叭口最大直径处为缩口处的1.5倍，此缩口指的是串联状态下被动调节阀顶端所形成的截面的直径。同时还可以保证泵在除直立运行工况时也可应环境条件等倾斜布置，倾斜角度与水平方向不小于55度，其进口都能保持水平，以保证潜水泵进口斜着入水容易产生的卷吸涡，影响泵的稳定运行，提高泵的工作效率。泵体出口9带有快拆接头。齿轮箱10布置于泵体之上。齿轮箱10起液压马达与泵体之间的连接作用，在本发明中为增速机构，考虑到液压马达输出范围转速较低，而轴流泵转速相对其较高，本发明阐述的结构只是其中实现其功能的一种方法，根据不同需求可实现提高或降低泵转速和泵运行方向的作用。液压马达布置于泵体之上。其是串并联轴流泵的动力来源，不仅限于液压马达，也可以是电机。图6为本发明安装在排水车上的位置示意图。本发明可安装方式为卧式状态随车机动，在工作时由液压支撑杆直立或倾斜不小于55度将泵进口淹没与水中。
本发明针对小流量、高扬程工况，工作流程为是：此时为串联状态。串并联调节阀开启，被动调节阀将始终保持开启状态，介质从进口经一号轴流泵、一号流道、二号流道、二号轴流泵、三号流道至出口。本发明针对大流量、低扬程工况，工作流程为是：此时为并联状态。串并联调节阀关闭，被动调节阀始终保持关闭状态，介质从进口分别经一号流道三号流道至出口。

Claims (10)

1.一种大流量串并联应急抢险泵，包括进口(1)和出口(9)，其特征在于，所述进口(1)和所述出口(9)之间的泵壳内设置有一号流道(14)、二号流道(12)和三号流道(13)，所述一号流道(14)与所述进口(1)连通，所述一号流道(14)内安装有一号轴流泵(4)，所述三号流道(13)与所述出口(9)连通，所述三号流道(13)内安装有二号轴流泵(6)，所述二号流道(12)上分别安装有串并联调节阀(8)和被动调节阀(2)，所述串并联调节阀(8)用来控制所述一号流道(14)和所述三号流道(13)之间、所述一号流道(14)和所述二号流道(12)之间的连通；所述被动调节阀(2)用来控制所述三号流道(13)和所述一号流道(14)之间、所述三号流道(13)和所述二号流道(12)之间的连通。
2.根据权利要求1所述的一种大流量串并联应急抢险泵，其特征在于，所述一号流道(14)、所述二号流道(12)和所述三号流道(13)平行设置，并且所述一号流道(14)、所述二号流道(12)和所述三号流道(13)的流道直径相同。
3.根据权利要求2所述的一种大流量串并联应急抢险泵，其特征在于，所述一号轴流泵(4)和所述二号轴流泵(6)在垂直方向上采用上下错位布置。
4.根据权利要求1所述的一种大流量串并联应急抢险泵，其特征在于，所述一号轴流泵和所述二号轴流泵在串联工况时，其无因次汽蚀比转速
Figure FDA0003625319850000011
区间范围为600～800；托马汽蚀系数
Figure FDA0003625319850000012
具体数值为
Figure FDA0003625319850000013
在并联工况时，其无因次汽蚀比转速
Figure FDA0003625319850000014
区间范围为600～800；托马汽蚀系数
Figure FDA0003625319850000015
具体数值为
Figure FDA0003625319850000016
其中，n为转速，r/min；Q为流量m3/h，g为重力加速度m/s^2，NPSHr为必需汽蚀余量，m；H为扬程，m；ns为比转速；Q为一号轴流泵和二号轴流泵的流量；H为一号轴流泵和二号轴流泵的扬程。
5.根据权利要求1所述的一种大流量串并联应急抢险泵，其特征在于，所述串并联调节阀(8)通过第二弹性转轴(17)与所述二号流道(12)的流道侧壁转动副连接，所述串并联调节阀(8)为弧形结构，当所述一号流道(14)和所述二号流道(12)之间连通时，所述串并联调节阀(8)与所述一号流道(14)的流道侧壁面接触在一起，并且所述串并联调节阀(8)与所述一号流道(14)的流道侧壁面均位于同一弧度上，当所述一号流道(14)和所述三号流道(13)之间连通时，所述串并联调节阀(8)与所述二号流道(12)的流道侧壁面接触在一起。
6.根据权利要求5所述的一种大流量串并联应急抢险泵，其特征在于，所述被动调节阀(2)通过第一弹性转轴(3)与所述二号流道(12)的流道侧壁转动副连接，所述被动调节阀(2)为弧形结构，当所述三号流道(13)和所述二号流道(12)连通时，所述被动调节阀(2)与所述三号流道(13)的流道侧壁面接触在一起，并且所述被动调节阀(2)和所述三号流道(13)的流道侧壁面均位于同一弧度上，所述被动调节阀(2)与所述一号流道(14)的流道侧壁面构成喇叭口形状，当所述三号流道(13)和所述一号流道(14)之间连通时，所述被动调节阀(2)与所述二号流道(12)的流道侧壁面接触在一起。
7.根据权利要求1所述的一种大流量串并联应急抢险泵，其特征在于，所述一号轴流泵(4)上设置有一号导叶(5)，所述二号轴流泵(6)上设置有二号导叶(7)，所述一号导叶(5)固定在第一转动轴(18)上，所述二号导叶(7)固定在第二转动轴(19)上，所述第一转动轴(18)和所述第二转动轴(19)通过齿轮箱(10)与液压马达(11)连接。
8.根据权利要求1所述的一种大流量串并联应急抢险泵，其特征在于，所述进口(1)的材质为金属软管，所述进口(1)处安装有伸缩节(15)。
9.根据权利要求8所述的一种大流量串并联应急抢险泵，其特征在于，所述进口(1)处对称设置有若干液压杆(16)。
10.一种应急排水车，其特征在于，车上安装有如权利要求1所述的一种大流量串并联应急抢险泵。
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