一种轻量化应急排水泵系统

1.本发明涉及一种轻量化叶片泵系统，属于应急排水技术领域，特指一种子母车式轻量化液压驱动高速轴流泵应急排水装置。


背景技术：

2.在全球气候变化和城市化快速发展的共同影响下，城市“热岛效应”和“雨岛效应”凸现，城市内涝已成为当前我国大部分城市发展中所面临的顽疾。洪涝灾害造成的巨大损失不仅威胁到区域经济的和谐发展，还关系到国家安全与社会稳定，严重制约我国社会经济可持续发展，亟需发展高机动、大流量、安全可靠的应急排水救援装备。
3.内涝发生后，涵洞、地下车库和商场、地铁等是主要的积水点，由于作业空间狭小、地形复杂、积水量多、安全隐患大、排水高度多变，往往给应急救援带来困难。以往救援多采用移动泵车或移动式潜水电泵进行排涝，但大部分车辆因涉水性差等原因限制了大型排水泵的使用，传统移动式潜水电泵质量重、移动不便，产品的智能化程度低。专利201811184701.x提出一种轻量化高密度永磁电机驱动泵，采用滤网浮圈一体式结构，提高排水泵布设的便携性。但在排水位置布设时严重依靠人力，且用电设备在排涝时会带来安全隐患，特别在洪涝后地铁或地下车库等场所中存在大量杂物，可能在泵运行过程中造成电缆破坏进而造成漏电，存在安全隐患。
4.因此，急需发明一种运行安全可靠，适用场所广泛，大流量、轻便灵活的应急救援排水系统和装备。


技术实现要素：

5.为了更好地解决排水过程中排水泵的漏电问题、移动问题以及泵车油管收取、存放困难等问题，本发明提供一种轻量化应急排水泵系统。
6.为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种轻量化应急排水泵系统，包括泵车，所述泵车上安装有柴油机、油箱和电动机，所述柴油机与高压柱塞泵连接，所述高压柱塞泵连接有进口油管，所述油箱上连接有出口油管，所述电动机与管路收放装置连接，还包括浮体，所述浮体上安装有推进器和排水泵，所述推进器依靠推进器马达提供动力，所述排水泵依靠排水泵马达提供动力，所述出口油管和所述进口油管均通过所述管路收放装置与推进器马达和排水泵马达管路连接。
7.上述方案中，所述推进器和所述推进器马达均对称安装在所述浮体的两侧，所述排水泵和所述排水泵马达均固定在所述浮体的内部，所述排水泵的输出端连接有排水管。
8.上述方案中，所述浮体由左右两部分组成，经组合后形成空腔，所述浮体上设置一个进口和一个出口，所述浮体的出口处呈喇叭状，进口处为圆形进口，进口处半径与排水泵喉部半径相等，所述排水泵中间位置通过固定筋板固定在与浮体的内壁面上。
9.上述方案中，所述浮体左右两侧均有一移动杆，用来在排水时将排水系统由人力抬入水中，使用结束后由人力抬入泵车中，所述排水泵进口设有拦网座，可在排水过程中防
止杂物堵塞流道，还可防止在排水结束时泵体与地面相碰撞。
10.上述方案中，所述排水泵马达通过增速行星齿轮与所述排水泵转动轴连接，所述出口油管和所述进口油管与所述排水泵马达连接处通过进口固定架进行固定。
11.上述方案中，所述排水泵的排水泵叶轮外侧设计有叶冠，所述排水泵内壁上加工有环形凹槽，所述叶冠与所述环形凹槽之间存在一定的径向间隙和轴向间隙，
12.上述方案中，所述叶冠外壁上设有一圆形凹槽，所述圆形凹槽装有转速采集器贴片，所述圆形凹槽对应位置处的排水泵外壁上装有转速传感器。
13.上述方案中，所述管路收放装置包括外壳、主轴和轴承，所述主轴通过联轴器与电动机连接，所述轴承安装在所述外壳的圆形凹槽中，对所述主轴37起支撑作用，所述外壳与所述主轴之间加工有螺旋状凹槽，所述出口油管和所述进口油管均位于所述螺旋状凹槽内。
14.上述方案中，所述推进器包括内分体和外分体，所述内分体中间镂空，所述内外分体通过连接筋板与所述外分体连接在一起，所述外分体通过推进器凸台固定在浮体上，所述内分体内部设置有液压马达和正反转控制阀，所述液压马达和所述正反转控制阀与所述出口油管和所述进口油管管路连接，所述浮体两侧推进器的进油管路分别设置有左阀门和右阀门。
15.上述方案中，所述推进器的推进速度与所述管路收放装置的管路收放速度始终存在以下关系：
16.推进速度为：
[0017][0018]
其中q为推进器设计流量，aj为推进器喷口处面积，αs为推进器进口速度修正系数，k为左右两侧阀门开度，p为液压马达内压力，n为液压马达转速，l为液压马达排量，η为液压马达效率，η
′
为推进器效率。
[0019]
管路收放速度为：
[0020]
v＝ωr
[0021]
其中，ω为管路收放电动机角速度,r为管路收放凹槽中心点得半径。
[0022]
运行时始终应保证二者速度始终相等，即：vs＝v。
[0023]
本发明的有益效果：(1)本发明采用液压驱动代替电力驱动，安全可靠无漏电风险，保障了使用人员的安全，质量更轻，结构更加紧凑；(2)采用防空化叶冠结构，解决了高速轴流泵工作过程中容易在叶顶间隙处发生空化的问题，对叶轮起到了很好的保护作用；(3)采用控制系统实现排水泵前进、后退、左转、右转，从而可以远程控制排水泵的排水位置，方便整体排水布控，多装备组合使用时大大提高了整体排水效率，使用场合更加广泛；(4)相较于传统泵车设备更加轻便，整个液压马达驱动高速轴流泵排水装置结构紧凑、质量轻，45k功率整机仅25kg。整车机动性强，轻便灵活，可应用于城市防汛、应急排水等各种复杂工况与场所，传统液压设备使用结束后液压管路收放、存放十方不便，(5)管路收放装置解决了液压油管使用结束的收取以及存放的难题，便于下一次使用。
附图说明
[0024]
图1为本发明一种轻量化应急排水泵系统的整体结构轴测图。
[0025]
图2为本发明所涉及排水系统的正视图。
[0026]
图3为本发明所涉及排水系统剖视图。
[0027]
图4为本发明所涉及排水系统沿a-a面的剖面示意图。
[0028]
图5为本发明所涉及排水系统的侧视图。
[0029]
图6为本发明螺旋状管路收放装置剖视图。
[0030]
图7为本发明排水泵叶轮叶冠处的局部放大图。
[0031]
图8为本发明推进器处正反转控制阀示意图。
[0032]
图9为本发明行星齿轮处的局部放大图。
[0033]
图中：1泵车；2柴油机；3高压柱塞泵；4出口油管；5进口油管；6浮体；7排水泵；8推进器； 9管路收放装置；10电动机；11油箱；12左分体；13排水管；14进口固定架；16右分体；17出口固定架；18右阀门；19拦网座；20排水泵叶轮；21出口固定架；22左阀门；23外分体；24连接肋板；25 内分体；26推进器叶轮；27推进器凸台；28固定筋板；29水平固定架；30外壳；31支脚；32轴承压盖；33固定螺栓；34联轴器；35油封；36轴承；37主轴；38管路收集凹槽；39转速采集器；40转速采集器贴片；41叶冠；42活塞；43阀体；44推杆；45电磁线圈；46复位弹簧；47行星齿轮；48排水泵导叶；49推进器导叶；50推进器液压马达；51推进器轴系；52太阳轮；53驱动支架；54行星轮；55 齿轮架；56输入轴；57输出轴。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0035]
参见附图1-8：一种轻量化应急排水泵系统，由车载平台、排水系统、控制系统、管路收放系统组成，所述车载平台由一台可移动式泵车1、柴油机2，高压柱塞泵3，出油管路4、进油管路5等组成，所述排水系统由浮体6、排水泵7、液压马达15、出油管路4、进油管路5等组成，所述控制系统包括左右两侧推进器8、左阀门22、右阀门18等组成，所述油管收集系统由电动机10、管路收放装置9组成。
[0036]
通过螺栓将高压柱塞泵3、柴油机2、电动机机10、管路收放装置9固定在泵车上，所述柴油机2输出端通过联轴器连接高压柱塞泵3输入轴，为高压柱塞泵3提供动力，所述高压柱塞泵输入轴与柴油机输出轴须保证同轴度，以确保在运行过程中平稳，液压油经高压柱塞泵3增压后将高压油经液压管路输向排水系统。
[0037]
如图1、图3所示，所述液压管路由进油管路与出油管路组成，所述进油管路从油箱11出发，经高压柱塞泵3，管路收放装置9到达排水系统，再到达推进器8，驱动排水泵7与推进器8运行，所述出油管路经推进器8、排水系统、管路收放装置9将低压油运回油箱11。在液压油进入排水泵马达前，采用进口固定架14限制液压油管的径向运动，所述进口固定架14由固定支脚，螺栓，以及固定套组成，通过螺栓将固定支脚固定在排水泵内壁上，通过固定套将出油管路4、进油管路5套在其中，以达到限制油管径向位移的目的，为进一步限制液压管路的径向运动，在液压马达的出口设置出口固定架17，其作用，固定方式，功能与进口固定架一致。高压油进入和排水泵马达之后，由于进口为高压油，而出口为低压油，在进出口压差的作用下驱动转轴转动，由于排水泵额定转速较高，液压马达转速难以达到，故在液压
马达出口处与增速比为3的行星齿轮47相连接，其中液压马达15输出端与行星齿轮输入轴56相连接，输入轴 56带动驱动支架53旋转进一步带动行星轮54转动，行星轮54通过齿轮间的啮合带动太阳轮52转动，其中行星轮54齿数为太阳轮52齿数的3倍，即行星轮转54一圈，太阳轮52转三圈，太阳轮52带动输出轴57转动，实现转轴的增速，进而达到排水泵额定转速，带动排水泵7工作，实现排水功能，水流经排水管13排放至指定位置。
[0038]
本次发明采用可移动式排水系统，为了不使排水泵7直接沉到水底，难以移动，本次发明采用浮体6 来为排水泵7提供浮力，也为推进器8，液压管路等提供装载空间，所述浮体由左右两分体组成，两分体组合后形成的空腔用来安放排水泵，为了方便浮体与排水泵的装配，所述浮体由左分体12、右分体16组成，浮体进口处为一圆形进口，该圆形进口半径与排水泵7喉部的半径相同，从而能够更好的固定排水泵 7，浮体6出口呈喇叭状，这主要是保证排水泵7在大流量工况下的运行，考虑到排水泵7仅靠浮体6进口难以固定，在浮体6与排水泵7外壁之间设置三个固定支架28，为了不影响排水通道面积，所述固定支架为三个加强筋，呈120
°
均匀分布在排水泵圆周外侧，配合浮体6进口处的约束限制排水泵7与浮体6 之间的相对运动。为了防止在排水过程中杂物堵塞流道，及排水结束时泵体与地面相碰撞，本发明在排水泵7进口设有拦网座19。
[0039]
如图7所示，由于高速轴流泵在运行时容易在叶顶间隙处发生空化，造成排水泵的性能下降，所以在排水泵叶轮20外端设计有叶冠41，采用叶冠可以有效保护叶轮20，该叶冠41安装在叶轮最外侧，为了与叶冠配合，需要在排水泵7内壁上加工以环形凹槽，所述叶冠41与环形凹槽之间存在有0.02mm的径向间隙，存在有0.06mm的轴向间隙，所述叶冠41内径与排水泵叶轮20外径相等，外径最大处不得超过排水泵7壁厚的1/2，以保证排水泵外壁的强度，为了实现实时监测叶轮转速，确保叶冠41和环形凹槽合理配合，不发生空化，在叶冠41外壁上设有一圆形凹槽，在该凹槽上装有转速采集器贴片39，所述圆形凹槽半径与转速采集器贴片39半径相等，高度大于转速采集器贴片39高度即可，在其对应位置的排水泵外壁上装有转速传感器40可根据实际需要改变通过液压马达的流量来合理调整排水泵叶轮转速，确保叶冠 41和环形凹槽配合下始终不发生空化现象。
[0040]
本发明采用推进器8控制排水系统的运动，所述推进器8安装在浮体左右两侧的凸台27上，左右两侧推进器结构、布置完全一致，以左推进器为例进行所说明，所述左推进器由内分体25、外分体23、连接肋板24、推进器叶轮26等组成部分组成，所述凸台27与推进器外分体23为一个整体，所述凸台27与推进器8整体对称安装在浮体6左右两侧，所述凸台中心水平面位于浮体6整高自上向下的3/5处，外分体23的长度与中心位置处的半径比为2，其中推进器进口面积是喷口面积的1.7倍,在此面积比下可保证推进器高效平稳运行，内分体25与外分体23之间靠连接肋板24进行连接，内分体25中心镂空，用来安放驱动推进器运行的第二液压马达15、轴系，正反转控制阀等一系列设备。
[0041]
所述推进器8仍然使用液压油进行驱动，所述液压油流出排水泵马达虽有降低，但相对于推进器8 处推进器马达出口仍然是高压油，为了驱动推进器8运行实现整个浮体6运动，进油管路5、出油管路4 经在推进器8中心平面位置处管路一分为二，分为左推进器管路与右推进器管路，下面以进油管路5为例进行结构说明：右推进器管路沿水平方向通向右推进器，而左推进器管路沿圆周方向分布在排水泵7外壁与轴之间，左推进器管路由两个径向固定架29进行固定，以达到固定管路的效果，环绕180
°
后沿着水平方向进入左侧推进器，液
压油管通过与推进器马达上的螺纹配合来限制管路在高压油驱动下轴向运动，液压油流经左右两侧管路驱动推进器工作，所述进油管路5由阀门控制开合，同时，阀门的开度还可以控制排水系统运动的速度，即，阀门开度越小，运动速度越慢，阀门开度越大，运动速度越大。所述电磁阀分为左阀门22和右阀门18，左右阀门独立工作，当左阀门22打开，右阀门18关闭时，液压油驱动左侧推进器运行，实现“右转”，当右阀门18打开，左阀门22关闭时，液压油驱动右侧推进器运行，实现“左转”。
[0042]
为了使得推进器实现“前进”、“后退”功能，在推进器内分体中装有正反转控制阀，如图8所示，当电磁线圈45断电时液压油经进油管路5从b进口进入推进器马达，从f口、a通道流进出油管路4，此时推进器叶轮26可实现正转，当左阀门22、右阀门18均打开且开度相同，推进器实现“前进”；当电磁线圈45通电时，此时推杆44带动活塞42向左移动，此时液压油经进油管路5从f进口流入推进器马达15，再从b口、b通道流进出油管路4，此时推进器叶轮26实现反转，左阀门22、右阀门18均打开且开度相同，推进器8实现“后退”，当线圈断电后，由复位弹簧46实现推杆44与活塞42的复位功能，当排水系统不需要移动时，只需要同时关闭左右两侧的阀门即可。
[0043]
参见附图6，本发明的管路收放装置由外壳30、主轴37、支脚31、轴承压盖32、固定螺栓33、油封 35、轴承36等部件组成，所述主轴37通过联轴器34与电动机10相连接，电动机10转动驱动主轴37转动，所述支脚31通过螺栓固定在泵车1上，所述外壳有上下两分体组成，所述轴承共有两个，两轴承的安装、固定方式、尺寸等完全一致，以左轴承处为例进行结构说明，所述轴承36安放在外壳的圆形凹槽中，对主轴起支撑作用，所述轴承36采用脂润滑，所述油封35安放外轴承36外侧，主要起到密封润滑脂的作用，轴承的轴向位移主要通过轴承压盖与主轴的阶梯进行限制，所述外壳30与轴承36在轴向存在一定5-10mm的间隙，以达到更好限制轴承位移的作用，通过在外壳30与主轴37之间加工形成的螺旋状凹槽38来存放液压油管，启动电动机10驱动管路收放装置9工作，在排水工作进行中，管路收放装置9 通过转动释放油管，为了保证排水系统的正常运行，应当使的管路收放装置释放油管的速度与排水系统运动的速度一致，推进速度与管路收放速度始终存在以下关系：
[0044]
排水系统推进速度为：
[0045][0046]
其中q为推进器设计流量，aj为推进器喷口处面积，αs为推进器进口速度修正系数，k为左右两侧阀门开度，p为液压马达内压力，n为液压马达转速，l为液压马达排量，η为液压马达效率，η
′
为推进器效率。
[0047]
管路收放速度为：
[0048]
v＝ωr
[0049]
其中，ω为管路收放电动机角速度,r为管路收放凹槽中心点得半径。
[0050]
运行时始终应保证二者速度始终相等，即：
[0051]vs
＝v
[0052]
在排水工作结束后，管路收放装置9通过转动收集液压油管，并将其存储在管路收集凹槽38中。实现液压油管使用结束后油管的存放。
[0053]
上述实施方式是对本发明的说明，不是对本发明的限定，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。