CN87200185U - 手动往复作用式水泵 - Google Patents

Abstract

手动往复作用式水泵，是一种人力驱动活塞双作用式提水装置，采用薄板焊接结构，代替传统的铸造零部件，进排水阀分散布置，取消了集中布置的复杂阀室及空气室。采用了各项密封措施。该水泵具有很强的自吸能力，吸程高达3米以上，较大的流量，每小时在5立方米，同时还具有结构简单紧凑、体积小重量轻、工作可靠、制造容易、使用维修方便的特点。

Description

手动往复作用式水泵，是一种人力驱动活塞双作用式提水装置。

目前我国农村及工矿企业广泛应用的各种水泵，绝大部分以电动机或内燃机为动力，这种电动或机动水泵，虽然扬程高流量大，但投资大成本高，不适合一家一户小规模内的使用，尤其电力网在非常多的地方没有到达，更不能应用。用自行车拖动的回转式水泵已问世，但这种回转式水泵无自吸能力，当水面低于水泵时，必须注入引水，吸水管端要增设止逆阀。由于它的吸程低，往往应用中将水泵置于水面同高程，或低于水面，给水泵工作带来很多困难和不便，加之回转式水泵要求快速转动，否则泵水效果不佳，快速转动对用人力驱动是很难持久的。

本实用新型的目的，在于提供一种具有一定吸程和扬程及较大流量的效率高应用范围广、体积小重量轻、适于一家一户使用的手动水泵。

本实用新型的构思是：使手动活塞往复作用式水泵有一定的自吸能力，足够的扬程及尽可能大的流量，并使水泵体积小、重量轻、制造简单，便于携带，维修方便。

本实用新型的构思是这样实现的，为了使手动活塞往复作用式水泵具有足够的自吸能力和扬程及尽可能大的流量，采用活塞往复双作用式结构，如附图2所示。园筒形的水缸筒〔2〕与扁园形的泵体〔1〕的两个侧壁内面相切，将泵体分隔成容积固定的两个腔体，其上部分的为排水腔〔17〕，下部分的为进水腔〔16〕，进排水腔之间是相互隔绝的。为此将水缸筒与泵体侧壁切线处焊接。泵体〔1〕采用薄钢板焊接结构，水缸筒〔2〕为薄壁园钢管，为防腐蚀和耐磨，内表面可以进行镀铬。水缸筒的结构，如附图3所示。水缸筒〔2〕的两端尽头，在铅垂直径方向的上下壁开有进水口〔8〕〔9〕，排水口〔10〕〔11〕，其长度当活塞移动到左右两端尽头时不超过活塞环〔6〕。在水缸筒〔2〕两端进排水口外侧，安装有进水阀室〔12〕〔13〕和排水阀室〔14〕〔15〕，阀室是一个能封闭进排水口的六面体空间。为了减少水泵的余隙容积。阀室的容积越小越好，阀室的一个壁为水缸筒〔2〕，一个端壁为水泵前后端盖〔3〕〔4〕，在与水缸筒壁相对的壁上，垂直的安装进水阀座〔18〕〔19〕、排水阀座〔20〕〔21〕。活塞〔5〕采用高强塑料制成的，即体轻耐腐蚀，活塞的中部槽内，装有两根接口错开180度的活塞环〔6〕。进水阀〔22〕〔23〕、排水阀〔24〕〔25〕为单向阀，结构如附图4、5所示。它是由园片形的阀盖〔34〕与三片翼片状的阀脚所组成的阀体〔35〕所构成，三片阀脚是均匀分布，在阀座中起导向作用，阀体〔35〕与阀盖〔34〕之间的连接处，有一条环形的斜面槽〔36〕。橡胶密封圈〔26〕紧紧地套在斜面槽〔36〕内。阀盖与阀座的接触处，虽然没经研磨加工，但由于橡胶密封圈〔26〕的作用，密封的很好。固定在泵体前后端盖上的进水阀限位器〔37〕〔38〕、排水阀限位器〔39〕〔40〕，是一段不影响水流的条形铁，分别对进水阀和排水阀的上升极限位置（即升程）加以限制，防止阀体脱离开阀座。泵体前后端盖〔3〕〔4〕采用薄钢板制成，为了维修拆卸方便，与泵体的连接采用快卸槽〔32〕形式结构，如附图2所示。为了使水泵有较强的自吸能力，必须做到密封性好，除上述的措施之外，在前后端盖〔3〕〔4〕与泵体连接之间垫以3mm的橡胶垫板、活塞杆〔7〕的出口端采用两个水封圈的密封装置，如附图6所示。进水管〔27〕、排水管〔28〕与输水橡胶管的连接紧密，采用了锥段带有节流环槽的连接管头，如附图7所示。驱动手柄〔30〕的一端铰接在支架上，为了适应往复拉动活塞〔5〕的需要，手柄〔30〕的中部以下带有滑槽〔31〕。水泵的底部带有支脚〔33〕，上部带有提手〔41〕，以便移动和携带。活塞环〔6〕为标准件。

手动活塞往复作用式水泵，工作原理如附图8所示。当手柄〔30〕驱动活塞〔5〕往右移动时，水缸筒〔2〕在活塞〔5〕左边的共用腔体内形成负压，成为进水腔，进水阀〔22〕被提起，排水阀〔24〕被关闭，而水缸筒在活塞〔5〕右边的共用腔体内形成正压，成为排水腔，进水阀〔23〕被关闭，排水阀〔25〕被打开。随着活塞〔5〕继续往右移动，左边的进水腔容积越来越大，而右边排水腔的容积越来越小，这两个容积在不断变化的进水腔与排水腔，由于进排水阀的协调动作，分别与泵体内容积固定的进水腔〔16〕、排水腔〔17〕相通，使它们成为一体。当手柄驱动活塞〔5〕由右向左移动的时候，动作相反。总之活塞〔5〕不论由左向右，或由右向左周而复始地往复移动，水缸筒〔2〕上的进水腔容积总在增加，排水腔容积总在减少，由于进排水阀门的协调动作，使其进水腔〔16〕与排水腔〔17〕单向相通因而，水也就源源不断地吸入进水管，由排水管排出，完成了泵水的工作。

本水泵与其他人力驱动的水泵相比，具有自吸能力强、流量大、体积小、重量轻、工作可靠、制造简单、使用维修方便的特点。

该水泵采用了活塞往复双作用式结构，泵体、水缸筒的进排水腔隔绝得可靠，前后端盖、活塞杆出口、进排水管接头等密封得好，减小了阀室及水缸筒两端的余隙容积，水泵具有很强的自吸能力。试验证明吸水高度3米以上，流量可达每小时5立方米。该水泵除结构上采用活塞双作用式外，还采用薄钢板钢管等焊接结构代替传统铸造部件；在总体部置上将四只阀分设在水缸筒的两端上下，省去了集中布置的阀室；将进排水管的位置尽量下移设在最低处，取消了常规需设的两个空气室，仍然能泵水均衡。这一系列的措施使水泵做到了结构简单、紧凑，容易加工制造，体积小，重量轻，体重不超过15.5公斤，重排比为3.1，小于一般往复水泵。本水泵可拆卸的另部件数量不多，主要是泵体前后端盖，本实用新型将一般的连接螺孔改为快卸槽，从而使整体拆装维修非常方便。

附图说明：图1：水泵总体结构示意图；

图2：图1的A－A剖面图；

图3：水缸筒结构示意图；

图4：进排水阀的结构示意图；

图5：进排水阀剖面图；

图6：密封装置结构示意图；

图7：进排水管接头结构示意图；

图8：水泵工作原理示意图。

下面是确定最大流量时水泵各项参数的实施例。

设：S－活塞面积m²

h塞－活塞行程m

V－活塞每个行程中扫过的容积（略去活塞杆占去的容积）m³

V＝S·h塞

ζ－容积效率为0.95

n－作用次数／每个循环        双作用式n＝2

m－手柄每分钟工作次数，手动泵一般取    m＝40次／分

排量D＝60n·m·ζ·S·h塞

＝60×2×40×0.95V

＝4800ζV m³／h ……（1）

∴V＝S·h塞＝ (D)/(4800ζ) ……（2）

又设P₀－大气压强Kgf／m²

P₁－当活塞右（左）行时，作用在活塞右（左）面上

的压强Kgf／m²

P－当活塞右（左）行时，作用在活塞左（右）面上的

压强Kgf／m²

h吸－吸水高度m

h排－排程m        h扬＝h吸＋h排

r－水的比重 10³Kgf／m³

F₀－拉动活塞杆力 Kgf

F－拉动手柄力        Kgf

l－手柄顶点移动水平距离m

i－杠杆比i＝ (BO)/(AO) ＝ (l)/(h塞)

若略去水泵工作过程中的流动阻力速度损失（通过实际计算证实，上述两项损失数量甚微），同时也暂不计及摩擦损失，或以一小于1的系数ζ₁对上述三项之和加以考虑。

P₁＝P₀＋h排 r水

F＝ (F。)/(iζ₁)

＝ ((P₁-P)·S)/(iζ₁)

＝ (［P₁-(P₀-h吸·r水)］·S)/(iζ₁)

＝ ([P₀+h排·r水－P₀＋h吸·r水］·S)/(iζ₁)

＝ (10³（h排＋h吸）·S)/(iζ₁)

＝ $\frac{{\mathrm{10}}^3\mathrm{(h\; 排＋h\; 吸)·S}}{\mathrm{\zeta \; ·}\frac{1}{\mathrm{h\; 塞}}}$

＝ (10³（h排＋h吸）·S·h塞)/(ζ₁·l)

＝ $\frac{{\mathrm{10}}^3\mathrm{(h\; 排＋h\; 吸)}\frac{D}{\mathrm{4800\zeta }}}{{\zeta }_1\mathrm{·l}}$

＝ (（h排＋h吸）·D)/(4.8ζ·ζ₁·l) ……（3）

∴ D＝ (4.8ζ·ζ₁·l·F)/(h排＋h吸)

＝ (4.8ζ·ζ₁·l·F)/(h扬) ……（4）

在南方及丘陵地区，水泵的工作绝大部分是只有h吸，无h排，即把水吸起后就从泵口排出了，所以具有实际意义的公式

D＝ (4.8ζ·ζ₁·l·F)/(h吸) ……（5）

从（5）式中看出，欲得到尽可能大的排量，尚需处理好以下的各方面制约条件，即手柄力F，手柄顶点移动的距离l和自吸高度h吸。自吸高度已定h吸＝3m，主要是确定F和l。

据实际经验，在不考虑ζ₁值的情况下，取F＝5Kgf。手柄移动的距离l受到人手臂长度的限制，该值不宜超过0.7m，我们取l＝0.7m。通过上面的具体分析，找到了理想的排量上限值D佳＝5m³／h。实践证明不适当的超过该值，会导致不良的后果而失败。据此最佳实施例取：

水缸简直径        d＝105mm

活塞行程        h塞＝128mm

杠杆比 i＝ 1050/200 ＝5.25

l＝0.7m

手柄杆长度为1100mm

排量 D＝5m³／h

扬程        H＝3～4m

吸程        h吸＝3m以上

手柄力        F≈6Kgf

阀升程        9mm

自重        W≈15.5Kg

Claims (7)

1、一种手动往复作用式水泵，它是由泵体[1]、水缸筒[2]、前后端盖[3][4]、活塞[5]、活塞杆[7]、进水阀室[12][13]、排水阀室[14][15]、活塞杆密封装置[29]、进水管[27]、排水管[28]、手柄[30]主要部件所构成，其特征在于泵体[1]的中间固定一个园筒形的水缸筒[2]，水缸筒将泵体分隔成容积固定并互相隔绝的进水腔[16]和排水腔[17]，两端装有进水阀室[12][13]和排水阀室[14][15]的水缸筒[2]，是一个随活塞[5]移动形成的进水腔容积总在增加、排水腔容积总在减少、使进水腔[16]与排水腔[17]单向相通。

2、如权利要求1所述的水泵，其特征在于水缸筒〔2〕是一个园形的金属管，其两端在铅垂的直径方向沿轴向开有进水口〔8〕〔9〕和排水口〔10〕〔11〕，进排水口的外侧包有进水阀室〔12〕〔13〕和排水阀室〔14〕〔15〕。

3、如权利要求2所述的水泵，其特征在于进水阀室〔12〕〔13〕和排水阀室〔14〕〔15〕，是一个在水缸筒〔2〕的两端能封闭进排水口的空间，在其垂直铅垂方向的壁上，垂直的装有进水阀座〔18〕〔19〕和排水阀座〔20〕〔21〕。

4、如权利要求1所述的水泵，其特征在于进水阀〔22〕〔23〕和排水阀〔24〕〔25〕，是一个由园片状的阀盖〔34〕及翼片状阀脚组成的阀体〔35〕所构成，阀盖〔34〕与阀体〔35〕之间的连接处，有一条环形斜面凹槽〔36〕。

5、如权利要求1所述的水泵，其特征在于前后端盖〔3〕〔4〕，是薄钢板制成的，采用快卸槽〔32〕连接方式，在其内侧面相应的位置固定有进水阀的上限位器〔37〕〔38〕和排水阀的上限位器〔39〕〔40〕，用以限制阀的升程。

6、如权利要求4所述的水泵，其特征在于进水阀〔22〕〔23〕和排水阀〔24〕〔25〕，是依其阀的自重自由的支撑在进排水阀座上，依靠套在斜面槽〔36〕上的橡胶圈〔26〕密封。

7、如权利要求1所述的水泵，其特征在于所说的活塞〔5〕是高强塑料制成的。

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