一种泵用自吸装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种泵用自吸装置及方法，属于工业离心泵技术领域。本装置包括实施该方法所采用的传动装置、吸真空装置、气水分离室、控制阀，本发明的目的是解决离心式水泵高效自吸上水问题。该泵用自吸装置及方法能在启泵前同时从离心泵的入口管线和泵的高压腔抽真空，实现快速排气灌泵；离心泵启动后，自动关闭吸气管线，停止吸真空作业；停泵后，排出吸真空装置、泵高压腔、入口管线内的残留介质。
【专利说明】
一种泵用自吸装置及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种栗用自吸装置及方法，特别是涉及一种工业离心栗用自吸装置及方法，属于工业离心栗技术领域。
【背景技术】
[0002]通常工业离心栗启栗前要在栗腔内注入介质，俗称灌栗，否则离心栗不能正常启动运行。传统灌栗方法之一是建高位水池，栗置于低处，实现栗腔正压上水，这种方法不但工程造价高，水池的维护费用也较高。另一种常见灌栗方法是在入口管线最低处设置底阀，先向栗腔内灌满介质后再启栗，这种方法操作麻烦，故障率高，底阀维修也困难。
[0003]为解决离心栗先灌栗后才能启栗问题，人们开始尝试使用真空栗抽取离心栗栗腔内的空气，借助大气压把介质压入栗入口管线，实现罐栗。真空栗能解决离心栗灌栗问题，但普通真空栗存在以下几个缺点:1、设备造价高、占地面积大;2、操作复杂，维保工作量大；
3、真空栗过流部件容易受离心栗所输送介质腐蚀，造成真空栗失效;4、普通真空栗噪音大，污染环境。
[0004]随着技术的进步，人们发明了能自行排气吸水的自吸栗。自吸栗按原理与自吸方式的不同，一般分为气液混合式(包括外混式和内混式)、水环轮式、射流式及真空辅助式等四种类型。
[0005]气液混合式自吸栗工作原理是:初次起动前，栗内加足自吸用介质，由于吸入口位于叶轮上方，加介质后叶轮大部分淹没在介质中。栗起动后，由于叶轮中的的旋转作用吸入管中的空气和介质充分混合，被排到气水分离室。气水分离室把上部的气体逸出，下部的介质返回栗腔，重新和吸入管路的剩余气体相混合，直至栗及入口管路内的气体全部排尽，完成自吸，栗正常抽水。每次停机后，栗腔内都能存留一些介质，作为下次起动之用。
[0006]气液混合式自吸栗的缺点是:1、栗效率低，自吸时间长。为实现栗腔内气水混合与气水分离功能，气液混合式自吸栗改变了栗的流体力学模型，栗效率有所度降低。2、流量范围小。气液混合式自吸栗只适合小流量、小口径的栗。3、吸上高度低，既栗的抽真空能力较低。4、栗工作时易产生汽蚀，频繁启动时，叶轮汽蚀现象严重。
[0007]水环轮式自吸栗是由水环真空栗演变而来的，是一种将水环轮和水栗叶轮组合在一个壳体中，借助水环轮将气体排出，实现自吸。水环轮式自吸栗的缺点是:1、改变了离心栗的结构，栗效率低。2、流量范围小。水环轮式自吸栗只适合小流量、小口径的栗。3、制造成本高。4、栗的使用寿命较短。
[0008]射流式自吸栗，由离心栗和射流栗组合而成，依靠射流装置，在喷嘴处造成真空自吸功能。这种吸真空方式效率低，制造成本高，吸真空系统结构复杂，吸真空时间长，推广应用受现场条件、工程造价等诸多因素限制。
[0009]目前常见的真空辅助自吸栗，一般靠栗本身提供动力，其原理是:在栗托架上设置吸真空装置，由栗主轴通过离合机构、传动机构，驱动吸真空辅助装置。吸真空装置通过吸气管与栗入口管线连通，启栗时离合器合上，栗主轴通过传动装置驱动吸真空装置工作，抽取入口管线内的空气并形成负压，介质在大气压的作用下，由水池进入入口管线、栗腔。栗启动运行后，离合器脱离，吸真空装置停止工作。这种装置的缺点是:1、结构复杂，故障率高。要在栗上设置吸真空装置、传动装置、离合装置才能实现吸真空功能，栗的零件数量增加几倍。2、起栗时栗腔没有介质，不利于栗密封件使用。如不采取辅助润滑装置，密封件如机械密封、填料密封处于干磨状态;若采取辅助润滑装置，则提高了设备造价，增加了设备复杂程度和故障率。3、吸真空装置的震动大，严重影响栗主轴、主轴轴承、栗托、机械密封或填料的使用寿命。4、噪音大，污染环境。5、检修困难。不论检修栗还是真空辅助机构，都要全部拆解离心栗、吸真空系统，涉及的零、部件多，操作繁琐，劳动强度大。
【发明内容】
[0010]本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的目的是为了解决离心式水栗自吸上水问题，而提出的一种栗用自吸装置及方法。该栗用自吸装置及方法能在启栗前同时从离心栗的入口管线与栗高压腔抽真空，有效防止离心栗高压腔留有残余空气，实现快速、彻底排气灌栗。离心栗启动后，停止吸真空作业，控制阀自动关闭吸气管线。
[0011 ]本发明的目的是通过下述技术方案实现的:一种栗用自吸装置，其特征在于由传动装置(100)、吸真空装置(200)、气水分离室(300)、控制阀(400)组成。
[0012]此外，所述一种栗用自吸装置，其特征在于所述传动装置(100)，由减速机构与曲柄连杆机构组成。减速机构由安装在电机(101)上的主动锥齿轮(102)，和与之啮合的被动锥齿轮(103)组成，是直交轴减速机构；曲柄连杆机由曲柄和连杆(104)组成，曲柄由主轴
(105)和偏心块(106)组成。以上两机构把电机的回转运动，减速后变为活塞(201)的直线往复运动。所述传动装置(100)可以是单级减速机构，也可以是多级减速机构，本发明不限于此。
[0013]此外，所述一种栗用自吸装置，其特征在于所述吸真空装置(200)，由装有密封件
(202)的活塞(201)，缸体(211)及吸气阀、排气阀组成，吸气阀由阀片(204)与阀座(205)组成，排气阀由阀片(208)与阀座(209)组成。缸体(211)上设有注油嘴(210)，为缸体(211)及活塞(201)注油润滑。
[0014]此外，所述一种栗用自吸装置，其特征在于所述气水分离室(300)，由壳体(302)、隔板(303)、防喷器(304)组成，其中设有浮球液位计(301)，所述液位计不局限于浮球液位计，也可以是其他有类似功能的，且能发出电控信号液位计，本发明不限于此。
[0015]此外，所述一种栗用自吸装置，其特征在于所述控制阀(400)，由右阀芯(402)与右阀体(401)，左阀体(403)左阀芯(404)，以及顶杆(405)弹簧(406)组成。所述控制阀(400)上设置分离腔接口(407)，低压腔接口(408)，高压腔接口(409)。本发明所述控制阀(400)是一种液控二位三通阀，可以是二位三通电磁阀，本发明不限于此。
[0016]上述一种栗用自吸方法，其特征包括以下步骤:
[0017]a、启栗前，离心栗(500)的入口管线(506)的内腔、栗体内腔(502)充满空气，栗的出口阀关闭，截止阀(501、505)处于打开位置。控制阀(400)上的复位弹簧(406)将右阀芯(402)，左阀芯(404)推向右侧位，于是控制阀(400)上的低压腔接口(408)，高压腔接口
(409)，分离腔接口(407)互相联通。
[0018]b、启栗时，传动装置(100)上的电机(101)首先启动，通过安装在电机(101)上的主动锥齿轮(102)，啮合被动锥齿轮(103)，转动主轴(105)、偏心块(106)，带动连杆(104)摆动，连杆(104)带动活塞(201)做直线往复运动。活塞(201)向上运动时，气缸腔(203)扩张，气压降低，于是阀片(204)开启，阀片(208)关闭，入口管线(506)、栗体内腔(502)之中的空气，由控制阀(400)上的低压腔接口(408)，高压腔接口(409)，流入分离腔接口(407)，然后经过气水分离腔(305)，通过阀片(204)进入气缸腔(203)。活塞(201)向下运动时，气缸腔
(203)压缩，气压升高，于是阀片(204)关闭，阀片(208)开启，气缸腔(203)内的空气经阀片(208)进入排气腔(207)，然后由排气口(206)排出。随着活塞(201)的不断往复运动，气水分离腔(305)、入□管线(506)、栗体内腔(502)的气压不断降低，在大气压的作用下，入口管线(506)内的介质液位持续不断升高，逐渐充满入口管线(506)、栗体内腔(502)后，经控制阀(400)上的低压腔接口(408)、高压腔接口(409)流入分离腔接口(407)，然后经过防喷器(304)进入气水分离腔(305)。
[0019]c、当进入气水分离腔(305)的介质，液位升高并浮起浮球液位计(301)时，浮球液位计(301)发出电信号，启动栗主电机(504 )，同时延时停止吸真空装置驱动电机(1I)。
[0020]d、当栗主电机(504)启动并达到额定转数时，栗体内腔(502)压力快速升高到关死点压力时，介质经开启的截止阀(5 OI)进入控制阀(4 O O )，推动控制阀(4 O O)上的右阀芯(402)向左位运动，同时推动左阀芯(404)压缩弹簧(406)，直至紧靠到定位顶杆(405)，此时控制阀(400)上的低压腔接口(408)、高压腔接口(409)、分离腔接口(407)之间流道全部阻断。离心栗启动完毕，这时打开栗的出口阀，栗进入正常工作状态。
[0021]有益效果:
[0022]本发明对比现有技术具有以下创新点:
[0023]1.吸真空装置结构简单，效率高、可靠性高。
[0024]2.采用锥齿轮减速机构，配合优化设计的曲柄机构，使整个装置立式直线布置，节省空间。
[0025]3.突破只能从低压腔吸真空的传统自吸方法，适用范围广。采用高压腔、低压腔同时吸真空的方法，吸气效率高，能快速排除栗腔内空气，保证叶轮周边充满介质。能有效排出离心栗高压腔内的空气，避免在栗腔高位遗留气室死角。
[0026]4.设置防喷器、气水分离室，有防喷水功能、气水分离功能，有效地防止介质流入吸真空机构而引起介质腐蚀，延长了吸真空装置的使用寿命。
[0027]5.设置液控二位三通阀，启栗后高压介质自动关闭管线；停栗后自动联通管线，及时排出气水分离室、栗腔、出入口管线内的介质。
[0028]6.有液位检测功能。介质到达预定液位后，装置中的液位计能自动发出控制信号，控制主电机启动，吸真空电机停止，易于实现自动控制。
[0029]本发明对比已有技术具有以下显著优点:
[0030]1.介质适应性广，对吸真空装置的气缸部分有保护功能，气缸不直接接触介质，延长了吸真空装置的使用寿命，真空栗无此项功能。
[0031]2.装置吸真空能力强，能解决了大口径、大流量栗的离心栗的自动上水问题，气液混合式(包括外混式和内混式)、水环轮式、射流式一般不适合于大流量栗。
[0032]3.设备布置灵活，可根据现场条件、栗结构来布置吸真空装置，适合用来升级改造普通尚.* L1、栗。
[0033]4.适用范围广，能适用于卧式离心栗、立式离心栗、单级双吸栗等多种离心栗的自吸上自动上水问题。
[0034]5.与现有自吸栗相比，吸真空效率高，吸真空耗时短。
[0035]6.与普通真空栗相比，结构简单、可靠性高、维修方便。维保吸真空装置时，不需要拆解栗。
[0036]7.启栗时栗腔已充介质，不发生离心栗密封件干磨现象，有利于延长栗密封件的使用寿命，克服了真空辅助自吸栗再这点上的不足。
【附图说明】
[0037]图1为本发明自吸方法的原理示意图
[0038]图2为本发明栗用自吸装置的控制阀示意图
[0039]图3为本发明栗用自吸装置实施例示意图
[0040]图4为本发明栗用自吸装置的曲轴结构示意图[0041 ]图5为本发明栗用自吸装置的防喷水结构示意图
[0042]图6为本发明栗用自吸装置的吸气阀结构示意图
[0043]其中:100.传动装置101.电机102.主动锥齿轮103.被动锥齿轮104.连杆105.主轴106.偏心块
[0044]200.吸真空装置201.活塞202.密封件203.气缸腔204阀片205.阀座206.排气口 207.排气腔208.阀片209.阀座210.注油嘴211.缸体
[0045]300.气水分离室301.浮球液位计302.壳体303.隔板304.防喷器305.气水分离腔306.通气孔307.防喷器入口 308.放气阀
[0046]400.控制阀401.右阀体402.右阀芯403.左阀体404.左阀芯405.顶杆406.弹簧407.分离腔接口 408.低压腔接口 409.高压腔接口
[0047]500.离心栗501.截止阀502.栗体内腔503.叶轮504.栗主电机505.截止阀506.入口管线
【具体实施方式】
[0048]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图2至6为本发明栗用自吸装置实施例示意图。
[0049]本发明的基本思想是吸真空装置上的传动装置(100)，将电机的回转运动转化为活塞(201)的往复直线运动，通过气水分离室(300)、控制阀(400)将离心栗入口管线(506)与栗体内腔(502)内的空气排出并形成负压，介质在大气压的作用下，进入离心栗入口管线(506)、栗体内腔(502)，满足离心栗启动运行条件。
[0050]图3本发明栗用自吸装置实施例示意图。
[0051 ]根据所示实施例，所述一种栗用自吸装置，由传动装置(100)、吸真空装置(200)、气水分离室(300)、控制阀(400)组成。
[0052]根据所示实施例，由安装在电机(101)上的主动锥齿轮(102)，动被动锥齿轮(103)组成的直交轴减速机构，以及由连杆(104)、主轴(105)、偏心块(106)组成的曲柄滑块机构组成。所述传动装置(100)将电机(101)的回转运动，减速后转化为活塞(201)的直线往复运动。
[0053]根据所示实施例，所述吸真空装置(200)，由装有密封件(202)的活塞(201)，缸体
(211)及吸气阀、排气阀组成，吸气阀由阀片(204)与阀座(205)组成，排气阀由阀片(208)与阀座(209)组成。
[0054]根据所示实施例，所述气水分离室(300)，由壳体(302)、隔板(303)、防喷器(304)组成，气水分离室(300)设有浮球液位计(301)，放气阀(308)。
[0055]所述隔板(303)的作用是防止气液混合物直接进入气缸腔(203)，气液混合物在汽水分离室(300)内，受到隔板(303)的迂回阻隔作用，液体介质在重力作用下向下汇集，流入气水分离腔(305)的底部;气体向上继续流动，经吸气阀进入气缸腔(203)，从而实现气水分离。
[0056]根据所示实施例，所述控制阀(400)，由右阀芯(402)与右阀体(401)，左阀体(403)左阀芯(404)，以及顶杆(405)弹簧(406)组成，右阀体(401)与左阀体(403)之间用螺栓连接，接口处有密封圈，保证密封。
[0057]启栗时，离心栗(500)的入口管线(506)的内腔、栗体内腔(502)充满空气，栗的出口阀关闭，截止阀(501、505)处于打开位置。所述传动装置(100)驱动所述吸真空装置(200)，使活塞(201)做直线往复运动。活塞(201)向上运动时，气缸腔(203)扩张，气压降低，于是阀片(204)开启，阀片(208)关闭，入口管线(506)、栗体内腔(502)之中的空气由控制阀(400)上的低压腔接口(408)高压腔接口(409)，流入分离腔接口(407)，然后经过气水分离腔(305)通过阀片(204)进入气缸腔(203)。活塞(201)向下运动时，气缸腔(203)缩小，气压升高，于是阀片(204)关闭，阀片(208)开启，气缸腔(203)内的空气经阀片(208)进入排气腔(207)，然后由排气口(206)排出。
[0058]随着活塞(201)的不断往复运动，气水分离腔(305)、入口管线(506)、栗体内腔(502)的气压不断降低，在大气压的作用下，入口管线(506)内的介质液位持续不断升高，逐渐充满入口管线(506)、栗体内腔(502)后，经控制阀(400)上的低压腔接口(408)、高压腔接口(409)流入分离腔接口(407)，然后经过防喷器(304)进入气水分离腔(305)，再通过阀片(204)进入气缸腔(203)，然后经阀片(208)，进入排气腔(207)，然后由排气口(206)排出。随着入口管线(506)、栗体内腔(502)的真空度不断提高，介质液位也逐步上升，直至进入气水分离腔(305)，没过浮球液位计(301)，于是浮球液位计(301)发出电信号，电控系统启动离心栗(500)上的栗主电机(504)，并延迟关闭传动装置(100)上的电机(101)，栗主电机(504)达到额定转速后，栗体内腔(502)的压力升高，介质经截止阀(501)进入控制阀(400)高压腔接口(409)，推动右阀芯(402)左阀芯(404)左移，关闭低压腔接口(408)、高压腔接口(409)，完成启栗过程，栗进入正常运行阶段。
[0059]栗停止工作时，高压腔接口(409)压力消失，控制阀(400)上的弹簧(406)推动右阀芯(402)左阀芯(404)向右复位，控制阀(400)上的低压腔接口(408)、高压腔接口(409)、分离腔接口(407)之间流道全部联通，气水分离室(300)上的放气阀(308)打开，气水分离室(300)、控制阀(400)、入口管线(506)、栗体内腔(502)之中的介质全部回流到储液池内。放气阀(308)可以是旋塞阀，也可以是其他闸阀或电磁阀闸阀，本发明不限于此。
[0060]图2是本发明的实施例控制阀(400)结构示意图，所述控制阀(400)实质上是液控二位三通阀，当高压腔接口( 409)无压力时，弹簧(406)推动左阀芯(404)、右阀芯(402)移动到右位，此时低压腔接口(408)、高压腔接口(409)、分离腔接口(407)之间流道全部联通；当高压腔接口(409)有压力时，介质推动右阀芯(402)、左阀芯(404)向左位运动，同时左阀芯(404)压缩弹簧(406)，直至紧靠到定位顶杆(405)，此时控制阀(400)上的低压腔接口(408),高压腔接口(409)、分离腔接口(407)之间流道全部阻断。
[0061]图4为本发明栗用自吸装置的曲轴结构示意图。所述曲轴包括主轴(105)、偏心块
(106)。根据图3所述实施例中，主轴(105)、通过键与偏心块(106)构成曲轴，偏心块(106)夕卜部装有轴承。轴承内圈安装在偏心块上，外圈安装在连杆(105)的安装孔内，当曲轴转动时，连杆(105)带动活塞(201)做直线往复运动。
[0062]图5为本发明栗用自吸装置中防喷器(304)的结构示意图。所述防喷器(304)的顶部被封堵，侧面开有多个通气孔(306)，作用是防止介质直接向上高速喷射。当介质或介质与气体混合物通过防喷器时，不能从顶部直接高速喷出，只能从侧面通气孔(306)排出，因多个通气孔(306)的截面积之和大于防喷器入口(307)的截面积，介质或介质与气体混合物在流出通气孔(306)时被减速，且不被雾化。防喷器(304)起防介质喷射作用，保护气缸不被介质腐蚀。
[0063]图6为本发明栗用自吸装置的吸气阀结构示意图。所述吸气阀包括:阀片(204)与阀座(205)，阀座(205)上开有多个通气孔，阀片(204)由天然橡胶或其他人造非金属弹性材料制成。所述吸气阀的功能是单向通过气体，既:当气流(按图示方向)向下流通时，阀片
(204)与阀座(205)紧密贴合，通气孔关闭，气体不能通过，阀关闭；当气流(按图示方向)向上流通时，阀片(204)外圈向上移动，与阀座(205)之间通气孔打开，气体能通过阀开启。
【主权项】
1.一种栗用自吸装置，其特征在于，包括:传动装置(100)、吸真空装置(200)、气水分离室(300)、控制阀(400)。2.—种栗用自吸方法，其特征在于，包括以下方法步骤:启栗前，所述栗用自吸装置同时对离心栗的入口管线(506)、栗体内腔(502)抽真空，介质液位上升到预定位置后，浮球液位计(301)发出启栗信号；启栗时，离心栗接到浮球液位计(301)电信号后启动，栗体内腔(502)之中的介质压力升高并自动切换控制阀(400)，关闭吸气管线，结束吸真空作业;停栗时系统介质排空。3.根据权利要求1所述的一种栗用自吸装置，其特征在于，所述传动装置(100)包括:电机(101)，主动锥齿轮(102)，被动锥齿轮(103)所组成的直交轴减速机构，以及由连杆(104)、主轴(105)、偏心块(106)所组成的曲柄滑块机构，所述传动装置(100)的传动比为I至30，偏心块(106)的偏心距E为5至100mm。4.根据权利要求1所述的一种栗用自吸装置，其特征在于，所述吸真空装置(200)包括:装有密封件(202)的活塞(201)，缸体(211)及吸气阀、排气阀，所述吸气阀由阀片(204)与阀座(205)组成，所述排气阀由阀片(208)与阀座(209)组成，所述缸体(211)上设有注油嘴(210)，为缸体(211)与活塞(201)注润滑油，所述阀片(204、208)的直径B为30至10mm，所述阀座(205、209)上的通气孔直径C为5至40mm。5.根据权利要求1所述的一种栗用自吸装置，其特征在于，所述气水分离室(300)包括:浮球液位计(301)、壳体(302)、隔板(303)、防喷器(304)，所述壳体(302)上设有放气阀(308)，壳体(302)内腔设有多层隔板(303)，所述隔板(303)交错排列，3至5层，间距H为10至50mm，隔板(303)的面积超过气水分离腔(305)横截面积的50%以上，所述气水分离腔(305)内径G为50至500mm，所述防喷器(304)顶部封闭，侧面开有多个通气孔(306)，通气孔(306)的直径D为6至20mm，所有通气孔(306)的横截面积总和为防喷器入口(307)横截面积的2至1倍。6.根据权利要求1所述的一种栗用自吸装置，其特征在于，所述控制阀(400)包括:右阀芯(402)与右阀体(401)，左阀体(403)左阀芯(404)，以及顶杆(405)弹簧(406)，所述控制阀(400)上设置分离腔接口(407)，低压腔接口(408)，高压腔接口(409)，三个接口通径F为10至10mm07.根据权利要求2所述的一种栗用自吸方法，其特征在于，启栗时，电机(101)首先运转，入口管线(506)和栗体内腔(502)内的气压降低，入口管线(506)内的介质液位持续升高，经控制阀(400)、防喷器(304)进入气水分离腔(305)，浮起浮球液位计(301)，浮球液位计(301)发出电信号，启动栗主电机(504)，同时延时切断吸真空装置驱动电机(101)电源。8.根据权利要求2所述的一种栗用自吸方法，其特征在于，当栗主电机(504)启动后，栗体内腔(502)之中的高压介质进入控制阀(400)并推动右阀芯(402)，关闭低压腔接口(408),高压腔接口(409)、分离腔接口(407)之间流道。9.根据权利要求2所述的一种栗用自吸方法，其特征在于，当栗主电机(504)停止后，栗体内腔(502)之中的介质压力消失，导致控制阀(400)上的复位弹簧(406)推动左阀芯(404)和右阀芯(402)向右复位，控制阀(400)上的低压腔接口(408)，高压腔接口(409)，分离腔接口(407)互相联通，壳体(302)上的放气阀(308)开启，完成系统介质排空。
【文档编号】F04D9/04GK105952612SQ201610303380
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】高洪亮
【申请人】高洪亮