CN208396943U - 密封型自吸式离心泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种密封型自吸式离心泵，包括副叶轮蜗壳，副叶轮蜗壳内部腔室横截面整体呈“6”字形，外侧边缘线由螺旋线A*、曲线B*和线C*组成，内侧边缘线为圆D*，螺旋线A*中与曲线B*相对的线段上有一点X*，外侧边缘线上螺旋线A*与曲线B*的交点为Y*，同时过点X*和交点Y*的过流断面将内部腔室分为条状的T1*段和环状的T2*段，T2*段内的螺旋线A*上靠近点X*处有一点S*，与点Y*和点S*之间的螺旋线相交的过流断面均与圆心E*共面，均为矩形且面积逐渐增大，过S*点的过流断面面积最大，矩形的两短边为T2*段最内侧和最外侧与过流断面的交线。本实用新型的离心泵效率高，密封好，具有极好的推广价值。

Description

密封型自吸式离心泵

技术领域

本实用新型属于离心泵领域，涉及一种密封型自吸式离心泵。

背景技术

自吸式离心泵为具有特殊结构的离心泵，其具有使用方便、工作可靠和便于远程集中控制的优点，特别适用于吸上安装和启动频繁的场合(只需第一次启动时灌水，之后直接启动即可)。

常见的自吸式离心泵主要分为内混式和外混式两种结构，内混式自吸离心泵为液流回流到叶轮进口的离心泵，整体效率相对较高，外混式自吸离心泵为液流回到叶轮出口的离心泵，整体效率相对较低，但自吸时间较短，然而无论是内混式自吸离心泵还是外混式自吸离心泵，其整体效率相对于一般离心泵效率都较低。自吸式离心泵包括主叶轮、副叶轮、储水室、压水室和气水分离室，压水室放置于气水分离室中收集叶轮出口液流能量，常见的自吸式离心泵存在的问题主要如下：

(1)自吸式离心泵的副叶轮设计时往往只考虑到叶轮密封压力，且密封压力的计算公式通常为经验公式(只与叶轮直径有关)，对于叶轮叶片数、叶片包角和叶片出口宽度等参数只是根据经验进行取值，并没有详细的理论计算方法，因此造成副叶轮的耗功较大，传统方法设计的副叶轮耗功高达10％～15％。

(2)自吸式离心泵的压水室通常为焊接件且一般为矩形断面，通常采用手工切割钢板焊接形成。手工操作误差大，不能保证水力设计尺寸，从而形成一定的水力冲击，水力损失大，而且矩形断面压水室不符合流体流动规律，在棱角处易形成漩涡，从而形成紊流，会使得在叶轮出口收集的液流在压水室未经过充分能量转化即排到气水分离室进行气水分离，导致额外的水力损失。此外，从叶轮出口到压水室进口的液流还存在冲击损失和突然扩散损失，从压水室出口至气水分离室的过程中也存在突然扩散损失，液流速度越快，损失越大，对泵水力效率影响也较大。

(3)自吸式离心泵的气水分离室的结构及回流量对泵的性能有着较大影响，为保证自吸性能，一般设计自吸式离心泵时会取较大的回流量，且在正常运行时不能实现回流孔的关闭，导致泵容积效率低。同时，对于外混式结构的自吸式离心泵，回流孔通常开在蜗壳上，泵正常运行后，气水分离室流速慢，压力高，蜗壳内流速快，压力低，导致液流由气水分离室向泵蜗壳内流动，不仅形成了回流，还对蜗壳内的液流形成扰动冲击，降低泵的水力效率和容积效率，对于内混式结构的自吸式离心泵，常直接在储水室和气水分离室之间开孔形成回流，往往会造成气水分离室高压腔液体向储水室低压腔流动，降低泵容积效率。

(4)自吸式离心泵的储水室通常为一圆形筒体，液流从吸水池经过进口弯管，突然扩散至筒体后，液流速度会急剧下降，随后在叶轮吸入口，流速又会急剧增大，储水室内液流流速基本为零，在上述过程中液流的过水断面会先突然放大后又突然收缩，液流速度发生突变，且液流的流动方向无规律排布，不仅会影响泵的整体效率，还减弱其抗汽蚀性作用，减小泵的最大自吸高度。

(5)自吸式离心泵的副叶轮蜗壳一般采用圆环形蜗壳，叶轮出口液流对圆环形蜗壳冲击大，蜗壳对液流动能转化不充分，导致密封压力小，为增大密封压力常需采用更大外径的副叶轮，这也会导致副叶轮耗功增大，降低自吸式离心泵的效率。

因此，开发一种兼顾效率、自吸性能、水力性能和运行可靠性的自吸离心泵极具现实意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种兼顾效率、自吸性能、水力性能和运行可靠性的密封型自吸式离心泵。

为了达到上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

密封型自吸式离心泵，包括副叶轮水动力密封装置，副叶轮水动力密封装置包括副叶轮蜗壳，副叶轮蜗壳内部腔室横截面整体呈“6”字形，外侧边缘线由螺旋线A*、曲线B*和线C*组成，线C*同时与螺旋线A*和曲线B*连接且为副叶轮蜗壳内部腔室出口面与横截面的交线，内侧边缘线为圆D*，外侧边缘线上螺旋线A*与曲线B*的交点Y*距离圆D*的圆心E*最近且距离大于等于圆D*的半径；

螺旋线A*中与曲线B*相对的线段上有一点X*，同时过点X*和交点Y*的过流断面将副叶轮蜗壳内部腔室分为平滑过渡连接的条状的T1*段和环状的T2* 段，T2*段内的螺旋线A*上靠近点X*处有一点S*，与点Y*和点S*之间的螺旋线相交的过流断面均与圆心E*共面，均为矩形且面积逐渐增大，过S*点的过流断面面积最大，矩形的两短边为T2*段最内侧和最外侧与过流断面的交线，所有的矩形的短边长度相同。

作为优选的技术方案：

如上所述的密封型自吸式离心泵，密封型自吸式离心泵的效率为75％～83％，此效率为整体效率，是水力效率、容积效率和机械效率的乘积，吸气时间为 1～2min，吸上高度为4～8m，副叶轮出口速度为15～20m/s，副叶轮出口液体动能为11～20m。

如上所述的密封型自吸式离心泵，自吸式离心泵还包括主叶轮以及靠近主叶轮的压水室，压水室横截面整体呈“6”字形，外侧边缘线由螺旋线A、曲线B和线C组成，线C同时与螺旋线A和曲线B连接且为压水室出口面与横截面的交线，内侧边缘线为圆D，外侧边缘线上螺旋线A与曲线B的交点Y距离圆D的圆心E最近且距离大于等于圆D的半径；

螺旋线A中与曲线B相对的线段上有一点X，同时过点X和交点Y的过流断面将压水室分为平滑过渡连接的条状的T1段和环状的T2段，T2段内的螺旋线A上靠近点X处有一点S，与点Y和点S之间的螺旋线相交的过流断面均与圆心E共面，均为类等腰梯形且面积逐渐增大，过S点的过流断面面积最大，类等腰梯形与等腰梯形的主要区别在于侧边与下底为平滑过渡连接，类等腰梯形的上底和下底分别为T2段最内侧和最外侧与过流断面的交线，所有的类等腰梯形的上底长度相同。

如上所述的密封型自吸式离心泵，所述线C为直线，所述类等腰梯形与等腰梯形的区别还在于下底为平滑曲线，T1段流道的扩散角不大于12°；T1段流道压水室出口端的过流断面面积最大。本实用新型的保护范围并不仅限于此，线 C也可为曲线，T1段流道的扩散角也可大于12°；

所述压水室为压水室泵体的内部腔室；当点Y与圆心E的距离大于圆D的半径时，压水室泵体内交点Y处设有填充交点Y与圆D之间间隙的板状刮水割舍，作用是切断水在T2段内的循环；T2段对应的压水室泵体段的内侧围成通孔 U，通孔U主要由共轴的圆柱形通孔i和圆台形通孔j连接而成且连接处通孔i 和通孔j的孔径相等，通孔i与T2段流道连通且远离通孔j端固定有泵盖，泵盖上设有环状凸起q1；

所述压水室泵体通过连接管和加强筋板固定在环状底板上，环状底板的环内通孔与通孔U通过圆台状连接管连通，加强筋板圆周分布在环状底板上且同时与连接管、环状底板及压水室泵体连接；

所述主叶轮布置在通孔i内，且二者共轴，通孔i的孔径是主叶轮最大直径的1.01～1.03倍，所述主叶轮包括前口环(位于主叶轮吸入口)、后口环(位于主叶轮背面)和连接螺纹，主叶轮通过连接螺纹与驱动轴连接，驱动轴从泵盖中穿过且套有滑动轴承，滑动轴承位于驱动轴和泵盖之间，后口环为环状凸起q2，其高度大于连接螺纹外凸的高度，主叶轮后盖板上开有连通前口环围成空间与后口环围成空间的平衡孔，环状凸起q1与环状凸起q2相互嵌套且二者之间设有耐磨密封环，前口环部分插在连接管内且二者之间设有耐磨密封环。

如上所述的密封型自吸式离心泵，自吸式离心泵还包括气水分离室和储水室，气水分离室与储水室通过回流管路连通，回流管路上设有电磁阀；电磁阀与信号控制装置和压力传感装置依次连接，压力传感装置用于采集气水分离室内腔的压力，信号控制装置用于接收压力传感装置发送的压力信号并向电磁阀发送电流信号。

如上所述的密封型自吸式离心泵，自吸式离心泵启动时电磁阀打开，电磁阀的关闭时间比自吸式离心泵的自吸时间大30s～1min，由于自吸泵气水分离室的压力在刚开始上升时由于有气体的存在呈现动态变化，忽高忽低，为了将气水分离室的气体排净，特设置回流管路和电磁阀延迟关闭，延迟时间过短气体排不干净，过长耗电量高且影响上水时间；所述信号控制装置为信号控制柜，所述压力传感装置为压力传感器，所述信号控制装置安装在自吸式离心泵外的承托架上，所述压力传感装置安装在气水分离室内壁上，所述信号控制装置和压力传感装置的保护范围不限于此，还可以是其他元件，只要能实现相应的功能即可，具体位置不定，可采集气水分离室内腔的压力即可；所述回流管路主要由位于电磁阀两侧且顺序连接的两组回流管、弯头和管接头组成，管接头与电磁阀螺纹连接，两个回流管分别与气水分离室和储水室焊接连接。管接头与电磁阀、两个回流管分别与气水分离室和储水室之间的连接方式不限于此，其它能够实现固定连接的方式均适用于本实用新型。

如上所述的密封型自吸式离心泵，所述储水室内设有吸水室，吸水室为中空结构，由上底板、下底板以及与二者相互垂直的侧板围成，吸水室的底部开有回流孔；

上底板上开有孔h且沿孔壁向上延伸形成出水管，出水管与主叶轮进口连接，侧板横截面的边缘线为逗号形，由曲线a、螺旋线b、曲线c和线d顺序连接形成，曲线a和曲线c为平滑曲线且与螺旋线b之间平滑过渡，线d所在的侧板开有孔k，孔k与进水管连接；吸水室的形状主要与侧板的形状相关，上底板和下底板的边缘线可以与侧板横截面的边缘线相同，也可以不相同；

螺旋线b与曲线a和曲线c的交点分别为m和n*，m、n*和孔h的圆心o 位于同一直线上，m与o的距离小于n*与o的距离，以螺旋线b上的点与o之间的线段长度为R，以螺旋线b上的点与o之间的线段和m与o之间的线段的夹角为θ，R＝D₀(w+vθ/r)，D₀为主叶轮进口直径，w＝0.6～0.7，v＝0.06～0.1，r＝1°。曲线无固定方程式，根据每台泵流量、扬程和转速确定过流断面面积，宽度和径向高度都可随机选择，一般先取径向高度，再根据过流断面面积确定宽度，过流断面面积与泵流量以及断面流速之间的关系为：

S＝Q/v_s；

式中，S为过流断面面积，单位为m²，Q为泵流量，单位为m³/s，v_s为过流断面流速，单位为m/s，取(v₀+v₁)/2，v₀为泵进口流速，v₁为叶轮进口流速。

现有自吸泵结构无吸水室，只有储水室，结构为一圆形筒体，液流从吸水池经过进口弯管，突然扩散至筒体内，液流速度急剧下降，在叶轮吸入口，流速又急剧增大，储液室流速基本为零，在整个水力过水断面为突然放大，后又突然收缩，液流速度矢量大小实现了突变过程，流动方向为无规律排布，这就增加了泵进口段的损失，不仅影响泵整体运行效率，还对抗汽蚀性能有减弱作用，减小了泵的最大自吸高度。本实用新型的密封型自吸式离心泵，在储水室中增加吸水室，并设计为半螺旋型结构后，保证了整个过流断面面积均匀变化，从而保证流速从小到大的均匀变化，流动方向也实现了均匀变化，有效减少了液流流动局部扩散及冲击损失，提高泵运行效率，增加泵抗汽蚀余量，从而也进一步提高泵最大吸上高度,本申请自吸式离心泵的最大吸上高度可达0.5～1.0m。

如上所述的密封型自吸式离心泵，所述吸水室内设有横截面为V形的分水板，分水板的高度与吸水室相同，分水板分别与螺旋线b所在的侧板和曲线a所在的侧板平滑过渡连接，液流进入吸水室后大致分为两股，一股沿曲线c和螺旋线b所在的侧板流动，另一股沿曲线a所在的侧板流动，在螺旋线b所在的侧板和曲线a所在的侧板交界处产生冲击形成漩涡，影响自吸式离心泵的效率，设置分水板后可有效防止液流冲击，有利于提高效率；所述分水板的壁厚与侧板相同；同等壁厚，铸件冷却速度相同，不容易出现铸造缺陷，焊接件可减少焊接变形，同时也可保证强度要求；

所述储水室为圆筒状结构，其与吸水室和进水管焊接；所述线d为弧线，线 d所在的侧板为储水室侧壁；所述曲线a的曲率半径小于曲线c；所述进水管为弯管，其各位置横截面积相同且等于孔k的横截面积；所述出水管内径大于等于主叶轮进口直径，这是因为从出水管到叶轮进口的流速要缓变不能急变，以减少水力损失，出水管略大于叶轮进口直径，可使得出水管流速小于叶轮进口流速，流速小对应压力能大，这样可减少液流汽化，有利于提升泵的抗汽蚀性能；所述孔h和孔k为圆孔或方孔；所述回流孔位于下底板上，还可以设置在靠近下底板的侧板上，只要有利于储水室内的水进入吸水室即可。

如上所述的密封型自吸式离心泵，所述副叶轮水动力密封装置主要由密封底板、副叶轮、固定键、副叶轮蜗壳、锁紧螺母和紧固螺钉组成，密封底板与固定在气水分离室顶部的支撑架固定连接，副叶轮和副叶轮蜗壳位于气水分离室内部，副叶轮通过固定键安装在驱动轴上且通过锁紧螺母锁住，副叶轮蜗壳位于副叶轮出口之后且通过紧固螺钉安装在密封底板上，副叶轮蜗壳出口面积按离心泵喉部面积计算，保证密封压力；

副叶轮包括叶片和叶轮盖板，叶片出口角为20～35°，叶片包角为120～160°，叶片数为5～8，叶片与叶轮盖板的间隙为0.5～1.5mm，夹持流道扩散角为0～3°；

叶片出口宽度b₂的不带单位的计算公式为：

K_b2＝2.56(n_s/100)^0.99；

式中，g为重力加速度，单位为m/s²，H为副叶轮扬程，单位为m，n为转速，单位为r/min，K_b2为宽度系数，n_s为比转速，Q为无副叶轮密封时的泄漏量，单位为m³/s，叶片出口宽度b₂的单位为m；

副叶轮外半径R₂的不带单位的计算公式为：

式中，H_t为密封压力，单位为m，ω为旋转角速度，单位为rad/min，R₁为副叶轮进口半径，单位为m，副叶轮外半径R₂的单位为m；

夹持流道长度L的不带单位的计算公式为：

式中，d₂为流道出口当量直径，单位为m，d₁为流道进口当量直径，单位为 m，α为扩散角，单位为°，其数值由n_s的大小确定，n_s<100，扩散角小于1.5°， 100<n_s<240，扩散角小于2.5°，240<n_s<320，扩散角小于3.5°，a tan为反正切函数，夹持流道长度L的单位为m；

夹持流道个数N的不带单位的计算公式为：

N-1＝Z＝9(D₂+D₁)*sin[(β₁+β₂)/2]/(D₂-D₁)；

式中，Z为叶片数，D₁和D₂分别为副叶轮进口直径和出口直径，单位都为 m，β₁和β₂分别为叶片进口角和叶片出口角，单位都为°，sin为正弦函数，一般夹持流道个数N为4～7。

如上所述的密封型自吸式离心泵，交点Y*与圆心E*的连线与点S*与圆心 E*的连线之间的夹角为15～30°，圆D*的直径为副叶轮外直径的1.03～1.06倍，矩形的短边长度比副叶轮宽度大5～10mm。

实用新型机理：

现有技术中副叶轮蜗壳内部腔室过流断面面积均相同，密封压力主要靠叶轮出口的压力能进行密封，叶轮速度能不能有效地转化为压力能，浪费损失严重，从而降低密封效果，影响自吸式离心泵的整体运行效率，本实用新型的副叶轮蜗壳母线为螺旋形，断面为矩形，且沿特定方向矩形断面的面积逐渐增大，这种结构能有效收集副叶轮出口的速度能，进而转化为压力能，以提高密封压力及效率，副叶轮蜗壳外壁螺旋线与副叶轮出口液流角相切，保证液流从副叶轮流出无冲击进入副叶轮蜗壳，副叶轮蜗壳矩形断面的腔室能够对副叶轮液流进行收集，并将液流所包含的动能转化为压力能，副叶轮蜗壳矩形断面逐渐增大，蜗壳内流速逐渐降低，压力逐渐升高，减少了液流流动对蜗壳壁面的冲击，相应提高了副叶轮密封压力，副叶轮蜗壳矩形断面制造简单，提高副叶轮蜗壳压水室水力效率。

本实用新型在保证副叶轮密封压力的同时，设置叶片出口角为20～35°，副叶轮流量小，压力高，是典型的低比转速泵，副叶轮外径大，出口宽度小，效率低，出口角设置在上述范围内可保证副叶轮叶片对液流能很好的做功，保证对液流有较强的控制能力，出口角过大，会导致流道扩散严重，不利于做功，出口角过小，叶片流道加长，难加工，而且沿程水力损失增加，也不利于效率提高；设置叶片包角为120～160°，是因为当出口角范围确定，为使整个流道过流面积均匀变化，流道长度也局限于一个范围，流道过短会导致扩散严重，流道过长也会增加水力损失，叶片包角为120～160°可保证流道长度满足效率与加工要求；设置叶片数为5～8，是因为叶片出口角和叶片包角确定后，叶片数过多，会增加流道的排挤，影响密封压力，叶片数过少，减少对液流的控制能力，流道扩散严重，效率降低，叶片出口角、叶片包角和叶片数的参数设置相互配合，相互影响；叶片与叶轮盖板的间隙为0.5～1.5mm，间隙过小会发生机械摩擦，间隙过大会影响密封效果，夹持流道扩散角为0～3°，夹持流道从液流进口到出口必须是缓慢扩散的，这有利于动能向压力能的转化，提高水力效率，但流道扩散角过大，能量不能有效转化，在流道内会形成漩涡，阻塞流道，影响效率和密封压力。本实用新型通过上述参数设置减小了副叶轮的耗工，提高了自吸式离心泵的效率。

本实用新型的压水室横截面整体呈“6”字形，其环状段的过流断面面积沿压水室出口方向逐渐增大，整个过水断面为梨型，无棱角无涡流，符合流体流动规律，减少叶轮出口到压水室进口的冲击损失和扩散损失，压水室液流需达到一定流速才可进入气水分离室，在整个压水室内实现液流动能向压力能的充分转化，经过压水室将液流速度能充分转化为压力能后排到气水分离室，保证压水室流入气水分离室速度和流出气水分离室速度相等，尽可能减小水力损失，将自吸式离心泵效率最大化，压水室排出液流方向和气水分离室筒体圆周线相切，最大程度的降低冲击损失和扩散损失，提高泵效率。此外，叶轮出口液流角和螺旋型压水室割舍角相切，使得叶轮出口高速流动的液流无冲击进入压水室，进一步减小了水力损失。

本实用新型采用外引回流管路设计，并安装电磁阀，电磁阀与信号控制装置和压力传感装置依次连接，压力传感装置采集气水分离室内腔压力，传递给信号控制装置，当泵启动时，电磁阀打开，泵回流实现自吸过程，设定电动阀关闭时间大于泵自吸时间，并加一定安全余量，泵正常运行后，当压力传感装置采集的压力大于等于自吸式离心泵自吸高度达到设计扬程所需的压力，信号控制装置接收压力传感装置发送的压力信号，并给出一个4mA电流信号，将此信号传递给电磁阀，电磁阀开始关闭，回流过程关闭，回流不受影响；当压力传感装置采集的压力小于自吸式离心泵自吸高度达到设计扬程所需的压力，信号控制装置给一个20mA电流信号，电磁阀开始打开，整个过程可自动控制回流，从而提高了泵运行效率、自吸性能以及容积效率。

另外，吸水室主要对叶轮进口液流起引导作用，使液流无冲击进入叶轮，因此需要对进入叶轮的液流加以疏导引流，从而使得各过流断面上液流的流速和方向不能发生突变，因为突然放大后缩小的过程都伴随能量损失，也称为水力局部损失，水力局部损失大，液流进入叶轮压力低，当液流压力低于汽化压力时，叶轮会发生汽蚀，同时会使泵出口压力降低，泵效率降低。针对该问题，本实用新型在储水室内设置有吸水室并对其结构进行设计，使得液流经进水管到吸水室，流速大小基本保持恒定，减少水力损失，提高泵效率和抗汽蚀性能。

水力损失计算公式如下：

hs＝ζv_s^2/(2g)；

式中，hs表示损失压力，单位为m；ζ为损失系数，为常数，和过流断面面积与速度方向变化有关，变化越大，损失系数越大；v_s为过流断面流速，单位为 m/s，g为重力加速度，单位为m/s²，“^”表示平方。

由上式看出，总的水力损失和损失系数及流速直接相关，要提高泵效率，必须降低此二者的值。

本实用新型的吸水室外轮廓母线在360°方向分2段，只有180°采用螺旋线结构，假设叶轮进口流速为v₀，那在180°断面上，流速为(1/2)v₀，吸水室高度一定，可确定180°断面径向尺寸，同时对于0°截面面积为0，无液流流过，在0°到180°各截面流速相同都为(1/2)v₀，通过角度的均匀变化，过流截面面积按角度不同也均匀变换，吸水室高度不变，也就实现径向尺寸均匀变化。将叶轮进口分圆周方向360°，每个角度进水量应均匀，液流在吸水室沿壁面螺旋线运动，其中有180°采用螺旋线结构，在180°截面上流过的液流流量，应均匀的分布在 0°～180°截面上，将180°截面面积定为s₈，将角度等分为8份，每份22.5°，截面面积为s₁、s₂……s₈；s₁＝1/8s₈；s₂＝2/8s₈……，以此类推；各截面的流量也以此类推，这就保证了各截面流速相等，又由于螺旋线结构中曲率半径小，对液流流动有导向作用，不容易形成流动漩涡，保证了截面液流流动方向均匀变化，同时液流流动无水力冲击，所以水力效率高，提高了泵整体效率。

有益效果：

(1)本实用新型的自吸式离心泵，采用全流道水力设计，运行效率高，节能降耗；

(2)本实用新型的自吸式离心泵，通过引入回流管路且配合设置有自动控制电磁阀、信号控制装置和压力传感装置等装置，实现了对气水分离室与储水室间回流过程的控制，提高了泵的容积效率；

(3)本实用新型的自吸式离心泵，副叶轮蜗壳密封性好；

(4)本实用新型的自吸式离心泵，采用水动力密封，适用范围广，密封可靠；

(5)本实用新型的自吸式离心泵，轴向力平衡及采用滑动轴承限位，泵运行平稳，可靠性好；

(6)本实用新型的自吸式离心泵，设有耐磨密封环，泵使用寿命好，维护费用低；

(7)本实用新型的自吸式离心泵，通过对副叶轮的叶轮外半径、夹持流道、叶片包角和叶片出口宽度等参数进行优化设计，减小了副叶轮的耗工，提高了泵的效率；

(8)本实用新型的自吸式离心泵，水力效率高，兼顾效率、自吸性能、水力性能及运行可靠性，极具应用前景。

附图说明

图1为本实用新型密封型自吸式离心泵的结构示意图；

图2为本实用新型密封型自吸式离心泵的副叶轮水动力密封装置结构示意图；

图3为本实用新型密封型自吸式离心泵的副叶轮主视图；

图4为本实用新型密封型自吸式离心泵的副叶轮左视图；

图5为本实用新型密封型自吸式离心泵的副叶轮蜗壳示意图；

图6为本实用新型密封型自吸式离心泵的副叶轮蜗壳内部腔室横截面示意图；

图7为图6中T2*段中矩形过流断面的示意图；(图7中各个过流断面仅示出一半)

图8为本实用新型密封型自吸式离心泵的压水室横截面示意图；

图9为图8中T2段中多个过圆心E的过流断面的示意图；(过流断面的选取如图中过圆心E的虚线所示)(图9中各个过流断面仅示出一半)

图10为图8中T1段中多个过流断面的示意图；

图11为本实用新型密封型自吸式离心泵的压水室泵体的主视剖面图；

图12为本实用新型密封型自吸式离心泵的压水室泵体的俯视图；

图13为本实用新型密封型自吸式离心泵的叶轮结构示意图；

图14为本实用新型密封型自吸式离心泵的回流管路结构示意图；

图15为本实用新型密封型自吸式离心泵的储水室及吸水室结构示意图。

图16为本实用新型密封型自吸式离心泵的储水室及吸水室的主视图；

图17为本实用新型密封型自吸式离心泵的储水室及吸水室剖视图；

其中，1-进水管，2-储水室，3-吸水室，4-出水管，5-分水板，6-回流管a， 7-弯头a，8-管接头a，9-电磁阀，10-管接头b，11-弯头b，12-回流管b，13-螺钉，14-刮水割舍，15-加强筋板，16-环状底板，17-压水室泵体，18-前口环，19- 平衡孔，20-后口环，21-连接螺纹，22-密封底板，23-副叶轮，24-固定键，25- 驱动轴，26-锁紧螺母，27-紧固螺钉，28-副叶轮蜗壳，30-通孔i，31-通孔j，32- 连接管，33-气水分离室，34-支撑架，35-副叶轮水动力密封装置，36-泵盖，37- 滑动轴承，38-回流管路，39-主叶轮，40-耐磨密封环，41-叶片，42-叶轮盖板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

密封型自吸式离心泵，如图1所示，包括副叶轮水动力密封装置35、主叶轮39、靠近主叶轮39的压水室、气水分离室33和储水室2。

本实用新型的密封型自吸式离心泵的副叶轮水动力密封装置35，具体结构如图2所示，主要由密封底板22、副叶轮23、固定键24、副叶轮蜗壳28、锁紧螺母26和紧固螺钉27组成，密封底板22与固定在气水分离室33顶部的支撑架 34固定连接，副叶轮23和副叶轮蜗壳28位于气水分离室33内部，副叶轮23 通过固定键24安装在驱动轴25上且通过锁紧螺母26锁住，副叶轮蜗壳28位于副叶轮23出口之后且通过紧固螺钉27安装在密封底板22上。

副叶轮23的具体结构如图3和4所示，包括叶片41和叶轮盖板42，叶片出口角为20～35°，叶片包角为120～160°，叶片数为5～8，叶片41与叶轮盖板42 的间隙为0.5～1.5mm，夹持流道扩散角为0～3°。

叶片出口宽度b₂的不带单位的计算公式为：

K_b2＝2.56(n_s/100)^0.99；

式中，g为重力加速度，单位为m/s²，H为副叶轮扬程，单位为m，n为转速，单位为r/min，K_b2为宽度系数，n_s为比转速，Q为无副叶轮密封时的泄漏量，单位为m³/s，叶片出口宽度b₂的单位为m；

副叶轮外半径R₂的不带单位的计算公式为：

式中，H_t为密封压力，单位为m，ω为旋转角速度，单位为rad/min，R₁为副叶轮进口半径，单位为m，副叶轮外半径R₂的单位为m；

夹持流道长度L的不带单位的计算公式为：

式中，d₂为流道出口当量直径，单位为m，d₁为流道进口当量直径，单位为 m，α为扩散角，单位为°，a tan为反正切函数，夹持流道长度L的单位为m；

夹持流道个数N的不带单位的计算公式为：

N-1＝Z＝9(D₂+D₁)*sin[(β₁+β₂)/2]/(D₂-D₁)；

式中，Z为叶片数，D₁和D₂分别为副叶轮进口直径和出口直径，单位都为 m，β₁和β₂分别为叶片进口角和叶片出口角，单位都为°，sin为正弦函数。

副叶轮蜗壳28结构示意图如图5所示，其内部腔室横截面整体呈“6”字形，具体如图6所示，外侧边缘线由螺旋线A*、曲线B*和线C*组成，线C*同时与螺旋线A*和曲线B*连接且为副叶轮蜗壳28内部腔室出口面与横截面的交线，内侧边缘线为圆D*，外侧边缘线上螺旋线A*与曲线B*的交点Y*(即图6中靠近圆心E*的0处)距离圆D*的圆心E*最近且距离大于等于圆D*的半径；

螺旋线A*中与曲线B*相对的线段上有一点X*，同时过点X*和交点Y*的过流断面将副叶轮蜗壳28内部腔室分为平滑过渡连接的条状的T1*段和环状的 T2*段，T2*段内的螺旋线A*上靠近点X*处有一点S*，与点Y*和点S*之间的螺旋线相交的过流断面均与圆心E*共面，均为如图7所示的矩形且面积逐渐增大，过S*点的过流断面面积最大，矩形的两短边为T2*段最内侧和最外侧与过流断面的交线，所有的矩形的短边长度相同。交点Y*与圆心E*的连线与点S* 与圆心E*的连线之间的夹角φ为15～30°，圆D*的直径为副叶轮外直径的1.03～1.06倍，矩形的短边长度比副叶轮宽度大5～10mm。

本实用新型的密封型自吸式离心泵的压水室横截面整体呈“6”字形，如图 8所示，外侧边缘线由螺旋线A、曲线B和直线C组成，直线C同时与螺旋线A 和曲线B连接且为压水室出口面与横截面的交线，内侧边缘线为圆D，外侧边缘线上螺旋线A与曲线B的交点Y距离圆D的圆心E最近且距离大于等于圆D 的半径。

螺旋线A中与曲线B相对的线段上有一点X，同时过点X和交点Y的过流断面将压水室分为平滑过渡连接的条状的T1段和环状的T2段，T1段流道的扩散角不大于12°，T1段内多个过流断面的示意图如图10所示，T2段内的螺旋线 A上靠近点X处有一点S，与点Y和点S之间的螺旋线相交的过流断面均与圆心E共面，均为如图9所示的类等腰梯形且面积逐渐增大，过S点的过流断面面积最大，类等腰梯形与等腰梯形的主要区别在于侧边与下底为平滑过渡连接，类等腰梯形的上底和下底分别为T2段最内侧和最外侧与过流断面的交线，所有的类等腰梯形的上底长度相同，类等腰梯形与等腰梯形的区别还在于下底为平滑曲线，T1段流道的扩散角不大于12°。

压水室为压水室泵体17的内部腔室，压水室泵体17如图11和12所示，并结合图1，当点Y与圆心E的距离大于圆D的半径时，压水室泵体17内交点Y 处设有填充交点Y与圆D之间间隙的板状刮水割舍14，板状刮水割舍14的布置方向为螺旋线A交点Y位置的切线方向，刮水割舍14通过螺钉13固定在压水室泵体17上；T2段对应的压水室泵体段的内侧围成通孔U，通孔U主要由共轴的圆柱形通孔i30和圆台形通孔j31连接而成且连接处通孔i30和通孔j31 的孔径相等，通孔i30与T2段流道连通且远离通孔j31端固定有泵盖36，泵盖 36上设有环状凸起q1；压水室泵体17通过连接管32和加强筋板15固定在环状底板16上，环状底板16的环内通孔与通孔U通过圆台状连接管32连通，加强筋板15圆周分布在环状底板16上且同时与连接管32、环状底板16及压水室泵体17连接；通孔i30内布置有主叶轮39，且二者共轴，通孔i30的孔径是主叶轮39最大直径的1.01～1.03倍。

主叶轮39如图13所示，包括前口环18(位于主叶轮39吸入口)、后口环 20(位于主叶轮39背面)和连接螺纹21，主叶轮39通过连接螺纹21与驱动轴 25连接，结合图1所示，驱动轴25从泵盖36中穿过且套有滑动轴承37，滑动轴承37位于驱动轴25和泵盖36之间，后口环20为环状凸起q2，其高度大于连接螺纹21外凸的高度，主叶轮39后盖板上开有连通前口环18围成空间与后口环20围成空间的平衡孔19，环状凸起q1与环状凸起q2相互嵌套且二者之间设有耐磨密封环40，前口环18部分插在连接管32内且二者之间设有耐磨密封环40。

本实用新型的密封型自吸式离心泵的气水分离室33与储水室2通过回流管路38连通，回流管路38上设有电磁阀9；电磁阀9与信号控制柜和压力传感器依次连接，压力传感器安装在气水分离室33内壁上，用于采集气水分离室33 内腔的压力，信号控制柜安装在自吸式离心泵外的承托架上，用于接收压力传感装置发送的压力信号并向电磁阀9发送电流信号；自吸式离心泵启动时电磁阀9 打开，电磁阀9的关闭时间比自吸式离心泵的自吸时间大30s～1min。

回流管路38结构示意图如图14所示，回流管路38主要由位于电磁阀9一侧的顺序连接的回流管a6、弯头a7和管接头a8，以及位于电磁阀9另一侧的管接头b10、弯头b11和回流管b12组成，管接头a8和管接头b10与电磁阀 9螺纹连接，回流管a6和回流管b12分别与气水分离室33和储水室2焊接连接。

储水室2内设有吸水室3，结构示意图如图15和16所示，储水室2为圆筒状结构，吸水室3为中空结构，由上底板、下底板以及与二者相互垂直的侧板围成，吸水室3下底板开有回流孔。上底板上开有孔h且沿孔壁向上延伸形成出水管4，出水管4与主叶轮39进口连接，出水管4内径大于等于叶轮进口直径。

侧板横截面的边缘线为逗号形，如图17所示，由曲线a、螺旋线b、曲线c 和线d顺序连接形成，曲线a和曲线c为平滑曲线且与螺旋线b之间平滑过渡，曲线a的曲率半径小于曲线c，线d所在的侧板开有孔k，孔k与进水管1连接，进水管1为弯管，其各位置横截面积相同且等于孔k的横截面积。孔h和孔k 为圆孔或方孔，线d为弧线，线d所在的侧板为储水室2的侧壁。储水室2与吸水室3和进水管1焊接。

螺旋线b与曲线a和曲线c的交点分别为m和n*，m、n*和孔h的圆心o 位于同一直线上，m与o的距离小于n*与o的距离，以螺旋线b上的点与o之间的线段长度为R，以螺旋线b上的点与o之间的线段和m与o之间的线段的夹角为θ，R＝D₀(w+vθ/r)，D₀为主叶轮39进口直径，w＝0.6～0.7，v＝0.06～0.1，r＝1°。

吸水室3内设有横截面为V形的分水板5，分水板5的高度与吸水室3相同，分水板5的壁厚与侧板相同，分水板5分别与螺旋线b所在的侧板和曲线a所在的侧板平滑过渡连接。

本实用新型的密封型自吸式离心泵的效率为75％～83％，吸气时间为1～2min，吸上高度为4～8m，副叶轮出口速度为15～20m/s，副叶轮出口液体动能为11～20m。

Claims (10)

1.密封型自吸式离心泵，包括副叶轮水动力密封装置，副叶轮水动力密封装置包括副叶轮蜗壳，其特征是：副叶轮蜗壳内部腔室横截面整体呈“6”字形，外侧边缘线由螺旋线A*、曲线B*和线C*组成，线C*同时与螺旋线A*和曲线B*连接且为副叶轮蜗壳内部腔室出口面与横截面的交线，内侧边缘线为圆D*，外侧边缘线上螺旋线A*与曲线B*的交点Y*距离圆D*的圆心E*最近且距离大于等于圆D*的半径；

螺旋线A*中与曲线B*相对的线段上有一点X*，同时过点X*和交点Y*的过流断面将副叶轮蜗壳内部腔室分为平滑过渡连接的条状的T1*段和环状的T2*段，T2*段内的螺旋线A*上靠近点X*处有一点S*，与点Y*和点S*之间的螺旋线相交的过流断面均与圆心E*共面，均为矩形且面积逐渐增大，过S*点的过流断面面积最大，矩形的两短边为T2*段最内侧和最外侧与过流断面的交线，所有的矩形的短边长度相同。

2.根据权利要求1所述的密封型自吸式离心泵，其特征在于，密封型自吸式离心泵的效率为75％～83％。

3.根据权利要求2所述的密封型自吸式离心泵，其特征在于，自吸式离心泵还包括主叶轮以及靠近主叶轮的压水室，压水室横截面整体呈“6”字形，外侧边缘线由螺旋线A、曲线B和线C组成，线C同时与螺旋线A和曲线B连接且为压水室出口面与横截面的交线，内侧边缘线为圆D，外侧边缘线上螺旋线A与曲线B的交点Y距离圆D的圆心E最近且距离大于等于圆D的半径；

螺旋线A中与曲线B相对的线段上有一点X，同时过点X和交点Y的过流断面将压水室分为平滑过渡连接的条状的T1段和环状的T2段，T2段内的螺旋线A上靠近点X处有一点S，与点Y和点S之间的螺旋线相交的过流断面均与圆心E共面，均为类等腰梯形且面积逐渐增大，过S点的过流断面面积最大，类等腰梯形与等腰梯形的主要区别在于侧边与下底为平滑过渡连接，类等腰梯形的上底和下底分别为T2段最内侧和最外侧与过流断面的交线，所有的类等腰梯形的上底长度相同。

4.根据权利要求3所述的密封型自吸式离心泵，其特征在于，所述线C为直线，所述类等腰梯形与等腰梯形的区别还在于下底为平滑曲线，T1段流道的扩散角不大于12°；

所述压水室为压水室泵体的内部腔室；当点Y与圆心E的距离大于圆D的半径时，压水室泵体内交点Y处设有填充交点Y与圆D之间间隙的板状刮水割舍；T2段对应的压水室泵体段的内侧围成通孔U，通孔U主要由共轴的圆柱形通孔i和圆台形通孔j连接而成且连接处通孔i和通孔j的孔径相等，通孔i与T2段流道连通且远离通孔j端固定有泵盖，泵盖上设有环状凸起q1；

所述压水室泵体通过连接管和加强筋板固定在环状底板上，环状底板的环内通孔与通孔U通过圆台状连接管连通，加强筋板圆周分布在环状底板上且同时与连接管、环状底板及压水室泵体连接；

所述主叶轮布置在通孔i内，且二者共轴，通孔i的孔径是主叶轮最大直径的1.01～1.03倍，所述主叶轮包括前口环、后口环和连接螺纹，主叶轮通过连接螺纹与驱动轴连接，驱动轴从泵盖中穿过且套有滑动轴承，滑动轴承位于驱动轴和泵盖之间，后口环为环状凸起q2，其高度大于连接螺纹外凸的高度，主叶轮后盖板上开有连通前口环围成空间与后口环围成空间的平衡孔，环状凸起q1与环状凸起q2相互嵌套且二者之间设有耐磨密封环，前口环部分插在连接管内且二者之间设有耐磨密封环。

5.根据权利要求4所述的密封型自吸式离心泵，其特征在于，自吸式离心泵还包括气水分离室和储水室，气水分离室与储水室通过回流管路连通，回流管路上设有电磁阀；电磁阀与信号控制装置和压力传感装置依次连接，压力传感装置用于采集气水分离室内腔的压力，信号控制装置用于接收压力传感装置发送的压力信号并向电磁阀发送电流信号。

6.根据权利要求5所述的密封型自吸式离心泵，其特征在于，自吸式离心泵启动时电磁阀打开，电磁阀的关闭时间比自吸式离心泵的自吸时间大30s～1min；所述信号控制装置为信号控制柜，所述压力传感装置为压力传感器，所述信号控制装置安装在自吸式离心泵外的承托架上，所述压力传感装置安装在气水分离室内壁上；所述回流管路主要由位于电磁阀两侧且顺序连接的两组回流管、弯头和管接头组成，管接头与电磁阀螺纹连接，两个回流管分别与气水分离室和储水室焊接连接。

7.根据权利要求6所述的密封型自吸式离心泵，其特征在于，所述储水室内设有吸水室，吸水室为中空结构，由上底板、下底板以及与二者相互垂直的侧板围成，吸水室的底部开有回流孔；

上底板上开有孔h且沿孔壁向上延伸形成出水管，出水管与主叶轮进口连接，侧板横截面的边缘线为逗号形，由曲线a、螺旋线b、曲线c和线d顺序连接形成，曲线a和曲线c为平滑曲线且与螺旋线b之间平滑过渡，线d所在的侧板开有孔k，孔k与进水管连接；

螺旋线b与曲线a和曲线c的交点分别为m和n*，m、n*和孔h的圆心o位于同一直线上，m与o的距离小于n*与o的距离，以螺旋线b上的点与o之间的线段长度为R，以螺旋线b上的点与o之间的线段和m与o之间的线段的夹角为θ，R＝D₀(w+vθ/r)，D₀为主叶轮进口直径，w＝0.6～0.7，v＝0.06～0.1，r＝1°。

8.根据权利要求7所述的密封型自吸式离心泵，其特征在于，所述吸水室内设有横截面为V形的分水板，分水板的高度与吸水室相同，分水板分别与螺旋线b所在的侧板和曲线a所在的侧板平滑过渡连接，所述分水板的壁厚与侧板相同；

所述储水室为圆筒状结构，其与吸水室和进水管焊接；所述线d为弧线，线d所在的侧板为储水室侧壁；所述曲线a的曲率半径小于曲线c；所述进水管为弯管，其各位置横截面积相同且等于孔k的横截面积；所述出水管内径大于等于主叶轮进口直径；所述孔h和孔k为圆孔或方孔；所述回流孔位于下底板上。

9.根据权利要求8所述的密封型自吸式离心泵，其特征在于，所述副叶轮水动力密封装置主要由密封底板、副叶轮、固定键、副叶轮蜗壳、锁紧螺母和紧固螺钉组成，密封底板与固定在气水分离室顶部的支撑架固定连接，副叶轮和副叶轮蜗壳位于气水分离室内部，副叶轮通过固定键安装在驱动轴上且通过锁紧螺母锁住，副叶轮蜗壳位于副叶轮出口之后且通过紧固螺钉安装在密封底板上；

副叶轮包括叶片和叶轮盖板，叶片出口角为20～35°，叶片包角为120～160°，叶片数为5～8，叶片与叶轮盖板的间隙为0.5～1.5mm，夹持流道扩散角为0～3°；

叶片出口宽度b₂的不带单位的计算公式为：

K_b2＝2.56(n_s/100)^0.99；

式中，g为重力加速度，单位为m/s2，H为副叶轮扬程，单位为m，n为转速，单位为r/min，K_b2为宽度系数，n_s为比转速，Q为无副叶轮密封时的泄漏量，单位为m³/s，叶片出口宽度b₂的单位为m；

副叶轮外半径R₂的不带单位的计算公式为：

式中，H_t为密封压力，单位为m，ω为旋转角速度，单位为rad/min，R₁为副叶轮进口半径，单位为m，副叶轮外半径R₂的单位为m；

夹持流道长度L的不带单位的计算公式为：

式中，d₂为流道出口当量直径，单位为m，d₁为流道进口当量直径，单位为m，α为扩散角，单位为°，a tan为反正切函数，夹持流道长度L的单位为m；

夹持流道个数N的不带单位的计算公式为：

N-1＝Z＝9(D₂+D₁)*sin[(β₁+β₂)/2]/(D₂-D₁)；

式中，Z为叶片数，D₁和D₂分别为副叶轮进口直径和出口直径，单位都为m，β₁和β₂分别为叶片进口角和叶片出口角，单位都为°，sin为正弦函数。

10.根据权利要求9所述的密封型自吸式离心泵，其特征在于，交点Y*与圆心E*的连线与点S*与圆心E*的连线之间的夹角为15～30°，圆D*的直径为副叶轮外直径的1.03～1.06倍，矩形的短边长度比副叶轮宽度大5～10mm。