WO2024073943A1 - 一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构 - Google Patents

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Abstract

一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，包括电机（16）和泵体，电机（16）与泵体固定连接，电机（16）的输出轴端固定有泵轴（15），泵轴（15）位于泵体内部，泵轴（15）上从下往上依次固定有离心叶轮（3）、首级副叶轮（10）和次级副叶轮（11），泵体内部开设有储液腔（2）、引流腔（4）、压水室（7）、气液分离室（8）和密封腔（13），离心叶轮（3）位于压水室（7）内部，密封腔（13）由首级副叶轮（10）、次级副叶轮（11）和密封板（12）组成，密封板上开设有泄流孔（14），首级副叶轮（10）、次级副叶轮（11）、密封板（12）、密封腔（13）和泄流孔（14）组成双级动密封结构。该立式自吸泵结构能提高自吸泵的水力性能以及抗汽蚀性能。

Description

一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构 技术领域
本发明属于机械泵技术领域，涉及一种自吸泵，特别是一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构。
背景技术
自吸泵是具有自吸性能的离心泵，只需在泵首次启动时灌泵，经短时间运转，依靠泵自身作用将水吸上来，再次启动无需灌泵，具有“一次引流，终身自吸”的特点。对于启动频繁、灌液困难的场合，自吸泵的适用性更高。相比于普通离心泵，自吸泵具有结构简单、制造成本低、拆卸方便、密封性能可靠、自吸性能良好、便于远程集中控制的优点，被广泛应用于农业、消防、石油化工、钢铁冶炼、节水灌溉、排涝、污水处理等领域。
传统自吸泵通常采用副叶轮动力密封，依靠副叶轮旋转的离心力作用封堵液体，实现无泄漏。副叶轮对液体旋转做功，轴功率消耗大，导致自吸泵的效率降低。此外，在自吸泵运转过程中，汽蚀现象不可避免，自吸泵发生严重汽蚀时，不仅导致泵的水力性能下降，还会产生振动与噪声，严重影响泵的运行稳定性。针对传统自吸泵的缺点，对其进行结构优化成为自吸泵研发的趋势之一。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，该发明要解决的技术问题是：如何实现提高自吸泵的水力性能和抗汽蚀性能。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，包括泵体、位于泵体内部的泵轴，泵轴上从下往上依次固定有离心叶轮、首级副叶轮和次级副叶轮，泵体内部开设有储液腔、压水室、气液分离室和密封腔，离心叶轮位于压水室内部，首级副叶轮和次级副叶轮，密封腔由首级副叶轮、次级副叶轮和密封板组成，密封板上开设有泄流孔，首级副叶轮、次级副叶轮、密封板、密封腔和泄流孔组成双级动密封结构；泵体上固定有进水管和出水管，进水管与储液腔连通，压水室的出口与气液分离室连通，压水室侧面开设回流孔，气液分离室的出口与出水管连通，气液分离室和储液腔之间设置引流喷射结构。
作为优选，泵体上固定连接电机，电机的输出轴端与泵轴固定连接。
作为优选，密封板与泵轴之间形成密封腔进口间隙。
作为优选，泵体内部开设有引流腔，引流腔通过喷射孔与储液腔连通，引流腔通过引流孔与气液分离室连通，引流孔、引流腔和喷射孔共同组成引流喷射结构。
作为优选，引流孔位于压水室与出水管之间。
本发明的工作原理是：在自吸泵在启动阶段，储液腔和离心叶轮内有一定量的存液，泵启动后由于离心叶轮的旋转作用，吸入进水管中的空气与离心叶轮内的液体混合，通过压水室排出到气液分离室，气液分离后，气体则通过密封腔进口间隙和泄流孔，由首级副叶轮和次级副叶轮排出，液体经回流孔回流至离心叶轮重新参与混合，直至完成自吸，正常排水；此时，泄流孔具有排气功能，增加了排气通道，缩短自吸泵自吸时间；在自吸泵正常排水阶段，液体依次流经进水管、储液腔、离心叶轮、压水室、气液分离室、首级副叶轮、次级副叶轮、密封腔和出水管，其中压水室出口的高压液体通过引流孔、引流腔和喷射孔给离心叶轮入口增压，提高自吸泵的抗汽蚀性能；在自吸泵工作时，气液分 离室内高压液体进入双级动密封结构，与双级动密封副叶轮旋转产生的高压流体相遇，当两者压力相等时，则形成一个具有一定厚度的液体环；当液体环的厚度变化在副叶轮流道内进行时，介质不会泄漏，从而实现动力密封，此时，泄流孔为压力平衡孔，当自吸泵工作在大流量工况时，密封腔内压力远大于气液分离室内的压力时，密封腔内的高压液体通过泄流孔流入气液分离室，减小高压对密封结构的损伤；相比于单级动密封结构，首级副叶轮与次级副叶轮串联形成的双级动密封结构具有更小的径向尺寸，可以大幅降低自吸泵功率消耗，从而提升自吸泵效率。此外，双级动密封结构可改善气液分离室内流态，减小自吸泵水力损失。
作为优选，所述引流孔引回流量占自吸泵总流量的1％-5％，以3.3％引回流量为最优，引流孔数量≥1。引流孔数量为1时，引流孔的直径为10mm-35mm，以直径25mm为最优。
采用以上结构，提高自吸泵水力性能。
作为优选，所述引流腔呈马蹄状，喷射孔均匀开设在引流腔半圆内壁面上，喷射孔的数量为离心叶轮叶片数的整数倍+1，以2倍+1最优。
作为优选，所述喷射孔喷射流量与引流孔引回流量一致，引流孔与喷射孔总面积比范围为0.1-0.5，以0.25最优。
采用以上结构，进一步提高自吸泵水力性能，也提高了自吸泵的抗汽蚀性能。
作为优选，所述首级副叶轮和次级副叶轮均由叶片和后盖板组成，为开式叶轮。
作为优选，所述首级副叶轮、次级副叶轮和密封板之间存在径向间隙，间隙大小为1mm-5mm。
作为优选，所述喷射孔直径范围为5mm-25mm。
采用以上结构，如此能有效提高自吸泵工作的效果。
作为优选，所述首级副叶轮和次级副叶轮的双级密封扬程与 自吸泵扬程之比在全流量工况范围内均大于1，以1.4-1.8最优。
采用以上结构，减小高压对密封结构的损伤。
作为优选，所述密封板上均匀布置有4-8个泄流孔，泄流孔的孔径为5mm-15mm。
作为优选，所述首级副叶轮和次级副叶轮存在周向相位差。
采用以上结构，提高了泄流孔的排气功能，缩短了自吸泵自吸时间。
与现有技术相比，本兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构具有以下优点：
1、在自吸泵在启动阶段，储液腔和离心叶轮内有一定量的存液，泵启动后由于离心叶轮的旋转作用，吸入进水管中的空气与离心叶轮内的液体混合，通过压水室排出到气液分离室，气液分离后，气体则通过密封腔进口间隙和泄流孔，由首级副叶轮和次级副叶轮排出，液体经回流孔回流至离心叶轮重新参与混合，直至完成自吸，正常排水；此时，泄流孔具有排气功能，增加了排气通道，缩短自吸泵自吸时间。
2、在自吸泵正常排水阶段，液体依次流经进水管、储液腔、离心叶轮、压水室、气液分离室、首级副叶轮、次级副叶轮、密封腔和出水管，其中压水室出口的高压液体通过引流孔、引流腔和喷射孔给离心叶轮入口增压，提高自吸泵的抗汽蚀性能。
3、在自吸泵工作时，气液分离室内高压液体进入双级动密封结构，与双级动密封副叶轮旋转产生的高压流体相遇，当两者压力相等时，则形成一个具有一定厚度的液体环；当液体环的厚度变化在副叶轮流道内进行时，介质不会泄漏，从而实现动力密封，此时，泄流孔为压力平衡孔，当自吸泵工作在大流量工况时，密封腔内压力远大于气液分离室内的压力时，密封腔内的高压液体通过泄流孔流入气液分离室，减小高压对密封结构的损伤。
4、相比于单级动密封结构，首级副叶轮与次级副叶轮串联形 成的双级动密封结构具有更小的径向尺寸，可以大幅降低自吸泵功率消耗，从而提升自吸泵效率。此外，双级动密封结构可改善气液分离室内流态，减小自吸泵水力损失。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明底面的结构示意图。
图中，1、进水管；2、储液腔；3、离心叶轮；4、引流腔；5、喷射孔；6、引流孔；7、压水室；8、气液分离室；9、出水管；10、首级副叶轮；11、次级副叶轮；12、密封板；13、密封腔；14、泄流孔；15、泵轴；16、电机；17、回流孔。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1-图2所示，本兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，包括泵体、位于泵体内部的泵轴15，泵体上固定连接电机16，电机的输出轴端与泵轴固定连接，泵轴15上从下往上依次固定有离心叶轮3、首级副叶轮10和次级副叶轮11，泵体内部开设有储液腔2、引流腔4、压水室7、气液分离室8和密封腔13，离心叶轮3位于压水室7内部，密封腔13由首级副叶轮10、次级副叶轮11和密封板12组成，密封板12上开设有泄流孔14，首级副叶轮10、次级副叶轮11、密封板12、密封腔13和泄流孔14组成双级动密封结构，密封板12与泵轴15之间形成密封腔进口间隙，泵体上固定有进水管1和出水管9，进水管1与储液腔2连通，压水室7的出口与气液分离室8连通，压水室7侧面开设回流孔17，气液分离室8的出口与出水管9连通，气液分离室和储液腔之间设置引流喷射结构；引流腔4通过喷射孔5与储液腔2连通，引 流腔4通过引流孔6与气液分离室8连通，引流孔6、引流腔4和喷射孔5共同组成引流喷射结构，引流孔6的开口位于压水室7与出水管9之间。
在自吸泵在启动阶段，储液腔2和离心叶轮3内有一定量的存液，泵启动后由于离心叶轮3的旋转作用，吸入进水管1中的空气与离心叶轮3内的液体混合，通过压水室7排出到气液分离室8，气液分离后，气体则通过密封腔13进口间隙和泄流孔14，由首级副叶轮10和次级副叶轮11排出，液体经回流孔17回流至离心叶轮3重新参与混合，直至完成自吸，正常排水；此时，泄流孔14具有排气功能，增加了排气通道，缩短自吸泵自吸时间；在自吸泵正常排水阶段，液体依次流经进水管1、储液腔2、离心叶轮3、压水室7、气液分离室8、首级副叶轮10、次级副叶轮11、密封腔13和出水管9，其中压水室7出口的高压液体通过引流孔6、引流腔4和喷射孔5给离心叶轮3入口增压，提高自吸泵的抗汽蚀性能；在自吸泵工作时，气液分离室8内高压液体进入双级动密封结构，与双级动密封副叶轮旋转产生的高压流体相遇，当两者压力相等时，则形成一个具有一定厚度的液体环；当液体环的厚度变化在副叶轮流道内进行时，介质不会泄漏，从而实现动力密封，此时，泄流孔14为压力平衡孔，当自吸泵工作在大流量工况时，密封腔13内压力远大于气液分离室8内的压力时，密封腔13内的高压液体通过泄流孔14流入气液分离室8，减小高压对密封结构的损伤；相比于单级动密封结构，首级副叶轮10与次级副叶轮11串联形成的双级动密封结构具有更小的径向尺寸，可以大幅降低自吸泵功率消耗，从而提升自吸泵效率。此外，双级动密封结构可改善气液分离室内流态，减小自吸泵水力损失。
引流孔6引回流量占自吸泵总流量的1％-5％，以3.3％引回流量为最优，引流孔6数量≥1，引流孔6数量为1时，引流孔6的直径为10mm-35mm，以直径25mm为最优。
提高自吸泵水力性能。
引流腔4呈马蹄状，喷射孔5均匀开设在引流腔4半圆内壁面上，喷射孔5的数量为离心叶轮3叶片数的整数倍+1，以2倍+1最优。
喷射孔5喷射流量与引流孔6引回流量一致，引流孔6与喷射孔5总面积比范围为0.1-0.5，以0.25最优。
提高自吸泵的抗汽蚀性能。
喷射孔4直径范围为5mm-25mm。
首级副叶轮10和次级副叶轮11均由叶片和后盖板组成，为开式叶轮。
首级副叶轮10、次级副叶轮11和密封板12之间存在径向间隙，间隙大小为1mm-5mm。
如此能有效提高自吸泵工作的效果。
首级副叶轮10和次级副叶轮11的双级密封扬程与自吸泵扬程之比在全流量工况范围内均大于1，以1.4-1.8最优。
减小高压对密封结构的损伤。
密封板12上均匀布置有4-8个泄流孔14，泄流孔14的孔径为5mm-15mm。
首级副叶轮10和次级副叶轮11存在周向相位差。
提高了泄流孔14的排气功能，缩短了自吸泵自吸时间。
本发明的工作原理:在自吸泵在启动阶段，储液腔2和离心叶轮3内有一定量的存液，泵启动后由于离心叶轮3的旋转作用，吸入进水管1中的空气与离心叶轮3内的液体混合，通过压水室7排出到气液分离室8，气液分离后，气体则通过密封腔13进口间隙和泄流孔14，由首级副叶轮10和次级副叶轮11排出，液体经回流孔17回流至离心叶轮3重新参与混合，直至完成自吸，正常排水；此时，泄流孔14具有排气功能，增加了排气通道，缩短自吸泵自吸时间；在自吸泵正常排水阶段，液体依次流经进水管 1、储液腔2、离心叶轮3、压水室7、气液分离室8、首级副叶轮10、次级副叶轮11、密封腔13和出水管9，其中压水室7出口的高压液体通过引流孔6、引流腔4和喷射孔5给离心叶轮3入口增压，提高自吸泵的抗汽蚀性能；在自吸泵工作时，气液分离室8内高压液体进入双级动密封结构，与双级动密封副叶轮旋转产生的高压流体相遇，当两者压力相等时，则形成一个具有一定厚度的液体环；当液体环的厚度变化在副叶轮流道内进行时，介质不会泄漏，从而实现动力密封，此时，泄流孔14为压力平衡孔，当自吸泵工作在大流量工况时，密封腔13内压力远大于气液分离室8内的压力时，密封腔13内的高压液体通过泄流孔14流入气液分离室8，减小高压对密封结构的损伤。
综上，通过离心叶轮3、进水管1和储液腔2等构件的配合，实现了提高自吸泵的水力性能和抗汽蚀性能的功能。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (15)

  1. 一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，包括泵体、位于泵体内部的泵轴(15)，其特征在于，泵轴(15)上从下往上依次固定有离心叶轮(3)、首级副叶轮(10)和次级副叶轮(11)，泵体内部开设有储液腔(2)、压水室(7)、气液分离室(8)和密封腔(13)，离心叶轮(3)位于压水室(7)内部，首级副叶轮(10)和次级副叶轮，密封腔(13)由首级副叶轮(10)、次级副叶轮(11)和密封板(12)组成，密封板(12)上开设有泄流孔(14)，首级副叶轮(10)、次级副叶轮(11)、密封板(12)、密封腔(13)和泄流孔(14)组成双级动密封结构；泵体上固定有进水管(1)和出水管(9)，进水管(1)与储液腔(2)连通，压水室(7)的出口与气液分离室(8)连通，压水室(7)侧面开设回流孔(17)，气液分离室(8)的出口与出水管(9)连通，气液分离室和储液腔之间设置引流喷射结构。
  2. 根据权利要求1所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，其特征在于，泵体上固定连接电机(16)，电机的输出轴端与泵轴固定连接。
  3. 根据权利要求1所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，其特征在于，密封板(12)与泵轴(15)之间形成密封腔进口间隙。
  4. 根据权利要求1所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，其特征在于，泵体内部开设有引流腔(4)，引流腔(4)通过喷射孔(5)与储液腔(2)连通，引流腔(4)通过引流孔(6)与气液分离室(8)连通，引流孔(6)、引流腔(4)和喷射孔(5)共同组成引流喷射结构。
  5. 根据权利要求4所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，其特征在于，引流孔(6)位于压水室(7)与出水管(9)之间。
  6. 根据权利要求4所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸 泵结构，其特征在于，所述引流孔(6)引回流量占自吸泵总流量的1％-5％，引流孔(6)数量≥1。
  7. 根据权利要求6所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，其特征在于，引流孔(6)数量为1时，引流孔(6)的直径为10mm-35mm。
  8. 根据权利要求4所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，其特征在于，所述引流腔(4)呈马蹄状，喷射孔(5)均匀开设在引流腔(4)半圆内壁面上，喷射孔(5)的数量为离心叶轮(3)叶片数的整数倍+1。
  9. 根据权利要求4所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，其特征在于，所述喷射孔(5)喷射流量与引流孔(6)引回流量一致，引流孔(6)与喷射孔(5)总面积比范围为0.1-0.5。
  10. 根据权利要求4所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，其特征在于，所述喷射孔(4)直径范围为5mm-25mm。
  11. 根据权利要求1所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，其特征在于，所述首级副叶轮(10)和次级副叶轮(11)均由叶片和后盖板组成，为开式叶轮。
  12. 根据权利要求1所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，其特征在于，所述首级副叶轮(10)、次级副叶轮(11)和密封板(12)之间存在径向间隙，间隙大小为1mm-5mm。
  13. 根据权利要求1所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，其特征在于，所述首级副叶轮(10)和次级副叶轮(11)的双级密封扬程与自吸泵扬程之比在全流量工况范围内均大于1。
  14. 根据权利要求1所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸泵结构，其特征在于，所述密封板(12)上均匀布置有4-8个泄流孔(14)，泄流孔(14)的孔径为5mm-15mm。
  15. 根据权利要求1所述的一种兼顾汽蚀与水力性能的立式自吸 泵结构，其特征在于，所述首级副叶轮(10)和次级副叶轮(11)存在周向相位差。
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