本发明涉及大流量自吸离心泵，尤其涉及一种半球形卷吸式大流量自吸离心泵。
背景技术：
大流量自吸离心泵因其独特的自吸原理，广泛的应用于军工、市政、消防等紧急输水工程。然而，目前市场上采用的传统大流量自吸离心泵，主要为外混式以及内混式自吸离心泵，其自吸时间长、效率低、性能差。而射流式自吸离心泵虽能有效改善自吸性能，但往往需要外加辅助装置，且配套至少两台工作电机，噪声大，整机操作较为复杂。同时，射流式自吸离心泵无法根据自吸过程中气液含量不同而进行调节，造成自吸流道的堵塞，影响自吸过程的进行。
技术实现要素：
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种半球形卷吸式大流量自吸离心泵，该大流量自吸离心泵在卷吸泵腔内气体的同时，卷吸进口管路内的气体，使得大流量自吸离心泵内的空气迅速排出，高效、快速的完成自吸过程。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种半球形卷吸式大流量自吸离心泵，包括半球形卷吸系统、泵体和泵进口管，所述半球形卷吸系统设置于泵体的上方，半球形卷吸系统包括椭圆截面管路、壳体、一级分离板、二级分离板、球面卷吸上盖板、球面卷吸下盖板和滑移止通芯，所述椭圆截面管路向上倾斜一定的角度，椭圆截面管路的顶端与壳体的底端连接，所述壳体竖直设置，所述二级分离板设置于壳体内，二级分离板的四周与壳体的内壁连接，所述一级分离板设置于壳体的顶端，所述一级分离板和二级分离板的中心均设有通孔，所述滑移止通芯与一级分离板和二级分离板中心的通孔滑动副连接，所述一级分离板和二级分离板以及壳体之间构成二级卷吸腔，所述二级分离板与椭圆截面管路间构成一级卷吸腔，所述二级卷吸腔与泵进口管连通，实现了对泵进口管路内的气体进行卷吸；
所述球面卷吸上盖板和球面卷吸下盖板的底端均与一级分离板连接，所述球面卷吸上盖板与球面卷吸下盖板相互扣合形成球面卷吸内腔，所述球面卷吸内腔的横截面为双圆形，所述球面卷吸内腔为螺旋重叠上升的包裹半球形的双圆形管路，双圆形管路底端进口与进气口连接，顶端出口与排气口连接，所述球面卷吸下盖板与一级分离板之间构成三级卷吸腔，所述球面卷吸下盖板上均匀分布有球面卷吸通孔，所述球面卷吸通孔连通三级卷吸腔和球面卷吸内腔；
所述滑移止通芯的顶端和底端分别通过上限位弹簧和下限位弹簧限位，所述滑移止通芯内设有多个一级卷吸管和二级卷吸管，所述一级卷吸管和二级卷吸管一一对应连通，且均绕滑移止通芯的轴线周向均匀分布，所述一级卷吸管的两端均位于滑移止通芯的侧面，初始状态时，所述一级卷吸管的顶端出口正对一级分离板，底端进口正对二级卷吸腔，所述二级卷吸管的顶端口与一级卷吸管连通，底端口位于滑移止通芯的底面；
所述椭圆截面管路内设有滑移阀，所述滑移阀为椭圆柱结构，滑移阀中开设有内管路，内管路出口的方向与椭圆截面管路中轴线平行，内管路进口的方向垂直于椭圆截面管路的中轴线，所述滑移阀与椭圆截面管路的内壁构成滑动副连接，所述椭圆截面管路上设有泵腔卷吸孔，滑移阀上下滑移过程中，内管路进口与泵腔卷吸孔连通或错位，从而对泵体内气体卷吸的开度进行调节，所述椭圆截面管路的内壁上设有止推阀，所述止推阀位于滑移阀的上方，限制滑移阀向上滑动的位置，所述滑移阀与椭圆截面管路底端面构成储气腔，所述椭圆截面管路底端面上设有通气孔，所述通气孔连通储气腔与大气。
优选地，所述一级卷吸管的顶端出口处，依次设有二阶圆台出口段和一阶圆台出口段，所述二阶圆台出口段、一阶圆台出口段同中心轴，且二阶圆台出口段直径大于一阶圆台出口段，初始状态时，所述二阶圆台出口段正对一级分离板。
优选地，所述滑移止通芯内设有多个引流喷嘴，所述引流喷嘴绕一阶圆台出口段中心轴沿圆周均匀分布，引流喷嘴由一阶圆台出口段引出至二阶圆台出口段，且在引流喷嘴出口处为收缩形射流喷嘴，从而使得在自吸末期，通过引流喷嘴产生的高速气液两相流射流对二阶圆台出口段排出的气液两相流造成径向均匀冲击，将液相凝聚收集在三级卷吸腔内，避免对卷吸管路造成堵塞。
优选地，所述一级卷吸管从底端口至顶端口依次为倾斜收缩段以及一次弯转段，二级卷吸管从底端口至顶端口依次倾斜收缩段和竖直收缩段，所述二级卷吸管的顶端口与一级卷吸管的倾斜收缩段连通。二级卷吸管沿管路卷吸方向实现两次局部收缩加速，不仅在三级卷吸腔与一级卷吸腔之间的压差作用下实现卷吸，同时，所述二级卷吸管出口段与一级卷吸管的收缩段连通，在二级卷吸管出口段形成高速低压，对二级卷吸管形成二次卷吸。
优选地，滑移止通芯顶端设有上定位槽，所述上限位弹簧的底端安装于上定位槽内，上限位弹簧的顶端与定位球连接，所述定位球通过限位支架安装在滑移止通芯顶端上方；所述滑移止通芯的底端开设有定位凹槽，所述下限位弹簧顶端固定在定位凹槽内，底端固定在椭圆截面管路内表面的下定位槽中。通过上限位弹簧与下限位弹簧实现了对滑移止通芯进行空间限位，便于完成对卷吸管路的开度调节。
优选地，所述上限位弹簧与下限位弹簧弹性模量比为1:2。
优选地，所述止推阀的截面为直角三角形，滑移阀上滑到椭圆截面管路顶端时，能与止推阀完全贴合，沿椭圆截面管路的轴向，所述止推阀的顶端面与滑移阀内管路出口的底端面平齐，使得自吸结束时回流至一级卷吸腔的水，可以完全经滑移阀排入泵体内。
优选地，所述止推阀在椭圆截面管路内表面扫过120°的椭圆环体。
优选地，所述储气腔为半椭球形。
优选地，所述一级分离板的上表面为倾斜向下的斜平面，下表面为倾斜向下的弧面。
优选地，止推阀采用橡胶材料支撑，所述滑移阀采用碳化硅材料制成，其余结构均采用铝合金加工成型。
优选地，所述椭圆截面管路与水平面的夹角为25°～60°。
本发明的有益效果：
1)本发明采用半球形卷吸系统，半球形卷吸系统包括四层卷吸腔，其中二级卷吸腔对泵进口管内的气体进行卷吸，而一级卷吸腔实现对泵腔内的气体进行卷吸，改善了传统单一仅对泵进口管路进行卷吸的结构，高效的提高了自吸效率，极大的节省了自吸时间。
2)本发明半球形卷吸系统中采用球面卷吸结构，在提高卷吸能力的同时，增大卷吸面积，有效避免了因单级射流喷嘴卷吸效率低，而多级直线型喷嘴体积占用空间大等缺点。
3)本发明采用引流喷嘴结构，在自吸末期，二阶圆台出口段的气液两相流受到来自圆周径向的两相流射流冲击，进一步使得气液两相流发生碰撞后，两相流中的液相凝聚在一起，聚集在三级卷吸腔中，避免了对自吸管路造成堵塞，影响自吸过程的进行。
4)本发明采用滑移止通芯，滑移止通芯在两级分离板中间通孔上下滑动，从而对三层卷吸腔之间的开度进行调节，进一步减小能量损耗，提高能源利用率，并且，滑移止通芯内的二级卷吸管内的气体不仅受到一级卷吸腔与三级卷吸腔之间的压差作用，同时，由于二级卷吸管的出口与一级卷吸管的收缩段连通，在一级卷吸管收缩段处，流速快，压力低，从而形成了对二级卷吸管内气体的二次卷吸，使得滑移止通芯内的卷吸管路具有较强的卷吸能力；
同时，自吸结束时，三级卷吸腔内存储的在自吸过程中经碰撞凝聚的水，可由卷吸管路回流至一级卷吸腔内，进一步回流至泵腔内，减少了系统内水的堆积，避免对结构产生腐蚀，影响下次自吸启动。
5)本发明采用椭圆柱形结构的滑移阀，因此不会在椭圆截面管路内产生扭转，导致内管路进口与泵腔卷吸孔无法对接；并且滑移阀可以根据储气腔与一级卷吸腔之间压差，调节滑移阀在椭圆管路内的上升高度，进而调节泵腔卷吸孔的开度，实现了自吸过程中对泵腔卷吸孔的开度调节，提高了卷吸性能。
附图说明
图1为本发明所述一种半球形卷吸式大流量自吸离心泵的结构示意图。
图2为图1中a处的局部放大图。
图3为图2中b处的局部放大图。
图4为图2中c处的局部放大图。
图5为本发明所述球面卷吸内腔局部放大图。
图6为本发明所述滑移阀的结构示意图。
图7本发明所述滑移止通芯的结构示意图。
图中：1-半球形卷吸系统；2-泵体；3-泵进口管；4-进口管路卷吸口；5-排气孔；6-定位球；7-限位支架；8-球面卷吸上盖板；9-球面卷吸通孔；10-球面卷下盖板；11-三级卷吸腔；12-一级分离板；13-二级卷吸腔；14-输送连接管；15-抽气连接口；16-二级分离板；17-下限位弹簧；18-下定位槽；19-椭圆截面管路；20-进气口；21-球面卷吸内腔；22-上限位弹簧；23-滑移止通芯；24-止推阀；25-泵腔卷吸孔；26-滑移阀；27-储气腔；28-通气孔；29-一级卷吸腔；30-上定位槽；31-引流喷嘴；32-二阶圆台出口段；33-一阶圆台出口段；34-一级卷吸管；35-二级卷吸管；36-定位凹槽；37-内管路出口；38-内管路进口；壳体-39。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
参考图1，本发明所述的一种半球形卷吸式大流量自吸离心泵，包括半球形卷吸系统1、泵体2和泵进口管3，半球形卷吸系统1设置于泵体2的上方，如图2所示，半球形卷吸系统1包括椭圆截面管路19、壳体39、一级分离板12、二级分离板16、球面卷吸上盖板8、滑移止通芯23和球面卷吸下盖板10，椭圆截面管路19与水平面的夹角为25°～60°，向上倾斜，椭圆截面管路19的顶端与壳体39的底端连接，所述壳体39竖直设置，所述二级分离板16水平设置于壳体39内，二级分离板16的四周与壳体39的内壁连接，所述一级分离板12设置于壳体39的顶端，一级分离板12的上表面为倾斜向下的斜平面，下表面为倾斜向下的弧面，所述一级分离板12和二级分离板16的中心均设有通孔，所述滑移止通芯23与一级分离板12和二级分离板16中心的通孔滑动副连接，所述一级分离板12和二级分离板16以及壳体39之间构成二级卷吸腔13，所述二级分离板16与椭圆截面管路19之间构成一级卷吸腔12，所述壳体39上设有抽气连接口15，输送连接管14的两端分别与抽气连接口15和进口管路卷吸口4连通，使得二级卷吸腔13与泵进口管3连通，并对泵进口管3内的气体进行卷吸。
球面卷吸上盖板8与球面卷吸下盖板10分别为铝合金一体压铸成型，球面卷吸上盖板8和球面卷下吸盖板10的底端均与一级分离板12连接，球面卷吸上盖板8与球面卷吸下盖板10相互扣合形成球面卷吸内腔21，如图5所示，所述球面卷吸内腔21的横截面为双圆形，所述球面卷吸内腔21空间结构为螺旋重叠上升的包裹半球形的双圆形管路，双圆形管路底端进口与进气口20连接，顶端出口与排气口5连接，所述球面卷吸下盖板10与一级分离板12之间构成三级卷吸腔11，所述球面卷吸下盖板10上均匀分布有球面卷吸通孔9，所述球面卷吸通孔9连通三级卷吸腔11和球面卷吸内腔21。
如图7所示，滑移止通芯23为圆柱状，顶端为向上延伸的圆台形，如图2-4所示，滑移止通芯23的顶端和底端分别通过上限位弹簧22和下限位弹簧17限位，上限位弹簧22与下限位弹簧17弹性模量比为1:2.，滑移止通芯23顶端设有上定位槽30，所述上限位弹簧22的底端安装于上定位槽30内，上限位弹簧22的顶端与定位球6连接，所述定位球6通过限位支架7安装在滑移止通芯23顶端上方。限位支架7顶端形成球形弧面，与定位球6紧密固定。滑移止通芯23的底端开设有定位凹槽36，所述下限位弹簧17顶端固定在定位凹槽36内，底端固定在一级卷吸腔29内的下定位槽18中，下定位槽18与椭圆截面管路19的内表面一体铸造。
如图7所示，所述滑移止通芯23内设有多个一级卷吸管34和二级卷吸管35，所述一级卷吸管34和二级卷吸管35一一对应，且均绕滑移止通芯23的轴线周向均匀分布，滑移止通芯23上位于一级卷吸管34的顶端出口处，依次设有二阶圆台出口段32和一阶圆台出口段33，所述二阶圆台出口段32、一阶圆台出口段33同中心轴，且二阶圆台出口段32直径大于一阶圆台出口段33，初始状态时，所述二阶圆台出口段32正对一级分离板12，一级分离板12密封二阶圆台出口段32，一级卷吸管34的底端进口正对二级卷吸腔13。
滑移止通芯23内设有多个引流喷嘴31，所述引流喷嘴31绕一阶圆台出口段33中心轴沿圆周均匀分布，引流喷嘴31由一阶圆台出口段33引出至二阶圆台出口段32，且在引流喷嘴31出口处为收缩形射流喷嘴，从而使得在自吸末期，通过引流喷嘴31产生的高速气液两相流射流对二阶圆台出口段32排出的气液两相流造成径向均匀冲击，将液相凝聚收集在三级卷吸腔11内，避免对卷吸管路造成堵塞。
一级卷吸管34从底端口至顶端口依次为倾斜收缩段以及一次弯转段，二级卷吸管35从底端口至顶端口依次倾斜收缩段和竖直收缩段，二级卷吸管35沿管路卷吸方向实现两次局部收缩加速，不仅在三级卷吸腔11与一级卷吸腔29之间的压差作用下实现卷吸，同时，所述二级卷吸管35的竖直收缩段的出口段与一级卷吸管34的倾斜收缩段连通，二级卷吸管35的底端口位于滑移止通芯23的底面，在二级卷吸管35出口段形成高速低压，对二级卷吸管35形成二次卷吸。
在自吸过程结束后，所述滑移止通芯23在自身重力、上限位弹簧22与下限位弹簧17的弹性作用下回落，所述一级卷吸管34底端进口低于二级分离板16下表面，使得所述三级卷吸腔11内积存的水可以沿一级卷吸管34、二级卷吸管35回流至一级卷吸腔29，沿滑移阀26内管路回流至泵体2内。
如图2所示，椭圆截面管路19截面为椭圆形，椭圆截面管路19内设有滑移阀26，如图2和6所示，所述滑移阀26为椭圆柱结构，滑移阀26中开设有直角内管路，内管路出口37的方向与椭圆截面管路中轴线平行，内管路进口38的方向垂直于椭圆截面管路19的中轴线，所述滑移阀26与椭圆截面管路19的内壁构成滑动副连接，所述椭圆截面管路19上设有泵腔卷吸孔25，滑移阀26上下滑移过程中，内管路进口37与泵腔卷吸孔25连通或错位。
如图2所示，所述椭圆截面管路19的内壁上设有止推阀24，所述止推阀24位于滑移阀26的上方，止推阀24的截面为直角三角形，止推阀24在椭圆截面管路19内表面扫过120°的椭圆环体，止推阀24的顶端与内管路出口37平齐，滑移阀26上滑到椭圆截面管路19顶端时，能与止推阀24完全贴合，使得自吸结束时回流至一级卷吸腔29的水，可以完全经滑移阀26排入泵体2内。
所述滑移阀26与椭圆截面管路19底端面构成储气腔27，储气腔27为椭球形，所述椭圆截面管路19底端面上设有通气孔28，所述通气孔28连通储气腔27与大气。
止推阀24采用橡胶材料支撑，所述滑移阀26采用碳化硅材料支撑，其余结构均采用铝合金加工成型。
本发明的工作过程：
高速气体通过进气口20射入球面卷吸内腔21中，高速气体沿球面卷吸内腔21逐渐盘旋上升，由于球面卷吸内腔21内高速气体造成压力下降，低于三级卷吸腔11内气体压力，进一步导致三级卷吸腔11内的气体通过球面卷吸通孔9在压差的作用下进入球面卷吸内腔21，随高速气体沿球面卷吸内腔21盘旋上升，经排气口5排出，实现了对三级卷吸腔11内气体的卷吸以及排出。
三级卷吸腔11内气体被卷吸排出后，三级卷吸腔11内压力降低，低于一级卷吸腔29气体压力，从而使得滑移止通芯23向上滑移，此时上限位弹簧22处于压缩状态，下限位弹簧17处于拉伸状态，当滑移止通芯23上的二阶圆台出口段32顶端高于一级分离板12上表面时，此时，三级卷吸腔11与二级卷吸腔13、一级卷吸腔29相互连通。
由于二级卷吸腔13内气体压力大于三级卷吸腔11内气体压力，在压差作用下二级卷吸腔13内的气体通过一级卷吸管34，依次经过一阶圆台出口段33、二阶圆台出口段32排出至三级卷吸腔11中，由球面卷吸内腔21中高速气体卷吸后排出，进而使得二级卷吸腔13内气体压力随之降低，通过抽气连接口15经输送连接管14对进口管3内的气体进行抽取。
考虑到自吸启动初期，一级卷吸腔29与三级卷吸腔11内气体压差较低，因此，滑移止通芯23提升高度较小，从而二阶圆台出口段32高于一级分离板12上表面的面积较小，即一级卷吸腔29与三级卷吸腔11、一级卷吸腔29与二级卷吸腔13形成的过流面面积较小，此时卷吸能力较低。
随着自吸过程的进行，自吸中期一级卷吸腔29与三级卷吸腔11内气体压差逐渐增大，滑移止通芯23提升高度增大，但此时二阶圆台出口段32并未完全高于一级分离板12的上表面，却仍具有较强过流能力，使得泵腔内大量气体被排出。
自吸末期，二阶圆台出口段32完全高于一级分离板12上表面，而卷吸介质不再为单一的空气，而是气液两相流，气液两相流在卷吸的过程中，液相极易对自吸流道造成堵塞，为此，在一阶圆台出口段33开设引流喷嘴31至二阶圆台出口段32，引流喷嘴31绕一阶圆台出口段33中心轴圆周方向上均匀分布，引流喷嘴31沿径向方向排出的气液两相射流对二阶圆台出口段32排出的气液两相流进行冲击，使得气液两相流中的液体碰撞后凝聚在一起，由于二阶圆台出口段32完全高于一级分离板12上表面，所以液体聚集在三级卷吸腔11内，无法通过一二阶圆台出口段32进入到滑移止通芯23。
同时，在自吸过程中，三级卷吸腔11内气体压力低于一级卷吸腔29内气体压力，一方面，一级卷吸腔29内气体经二级卷吸管35两次收缩加速后，进入到一级卷吸管34中，随一级卷吸管34卷吸二级卷吸腔13内气体一同排入一级卷吸腔29后排出；另一方面，由于二级卷吸管35与一级卷吸管34收缩段连通，气体经一级卷吸管34收缩段加速后，压力降低，从而实现对二级卷吸管35内气体的二次卷吸，增强了半球形卷吸系统的卷吸能力。
随着自吸过程的进行，一级卷吸腔29内气体压力不断降低，逐渐低于大气压力，而储气腔27壁面上开有通气孔28，通气孔28直接与大气相通，即储气腔27内压力为大气压力，因此在压差的作用下，滑移阀26沿椭圆截面管路19向上滑动，由于滑移阀26为椭圆柱结构，因此不会在椭圆截面管路19内产生扭转，导致滑移阀26进口55与泵腔卷吸孔25无法对接；在自吸初期，一级卷吸腔29与储气腔27内压差较小，滑移阀26上滑较低高度，使得滑移阀26进口38与泵腔卷吸孔25存在小面积对接，此时对泵腔内的气体卷吸能力较弱。当自吸中期时，滑移阀26继续上滑，内管路进口38与泵腔卷吸孔25对接面积增大，泵腔内的气体卷吸能力增强，当自吸末期时，滑移阀26上滑至椭圆截面管路19顶端，与止推阀24贴合，此时，内管路进口38与泵腔卷吸孔25完全对接，对泵腔内气体的卷吸能力最强。
自吸结束时，滑移止通芯23在自身重力以及上限位弹簧22与下限位弹簧17的作用下逐渐下落，当二阶圆台出口段32底端低于一级分离板12的上表面时，自吸过程中聚集在与三级卷吸腔11内的液体，经过二阶圆台出口段32、一阶圆台出口段33、二级卷吸管35回落至一级卷吸腔29内，此时，由于一级卷吸管34进口位于二级分离板16下表面下方，因此，三级卷吸腔11内的液体经一级卷吸管34回流至一级卷吸腔29内。
由于止推阀24与滑移阀26贴合，沿椭圆截面管路19的轴向，所述止推阀24的顶端面与滑移阀26内管路出口37的底端面平齐。因此回流至一级卷吸腔29内的液体，通过止推阀24内表面，经内管路出口37、内管路进口38、泵腔卷吸孔25回落至泵体2内，当一级卷吸腔29内气体压力逐渐上升时，滑移阀26逐渐下滑回落至椭圆截面管路19底端，从而使得泵腔卷吸孔25关闭，确保了半球形卷吸系统的密封性，此时，泵体2内的空气完全排净进入正常运行工况。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。