一种小型化自吸式离心泵及其运行方法与流程

1.本发明涉及离心泵技术领域，尤指一种小型化自吸式离心泵及其运行方法。


背景技术：

2.常规自吸式离心泵的基本构造主要由叶轮、泵体、轴承座、轴承、泵轴以及密封件六部分组成。叶轮作为做功核心，安装在泵体内部，泵体是介质做功的承受主体，能够储存介质，并与轴承座相连接起到支撑固定作用。轴承座为轴承提供高强度的支撑结构，且内部腔体能够满足轴承润滑油的存储和循环，泵体与轴承座间需要配合使用骨架油封，防止润滑油沿泵轴渗出到泵体内部，使被输送介质变质。轴承安装于轴承座上，用于支撑泵轴，轴承润滑油太少会导致轴承运行产生异响且易过热烧坏。泵轴借助联轴器和电机转轴相连接，传递转矩至叶轮。密封件用于防止介质泄露，常见有机械密封和填料函等形式；机械密封采用动静结合形成密封面，实现水泵部分的超低泄露量，防止内部输送介质进入泵轴，进而产生侵蚀。填料函位于封闭泵壳与泵轴之间的空隙，主要由填料、水封环、填料筒、填料压盖、水封管组成，用于隔绝泵内空间与外界介质接触。水泵在工作过程中，泵轴高速旋转与密封件摩擦会产生热量，因此需要注水使密封件冷却，保持水泵的正常运行，在投入使用一定时间后，应更换新的密封件以免其功能损坏。
3.自吸式离心泵是靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵。在正式运行前，泵体内应充满介质。通过电力输入，使电机转轴产生转矩，驱动水泵叶轮高速旋转，使介质在泵体内部循环往复，从而使水泵入口处压力持续降低，与大气压形成压力差，从而实现进水管内的液位不断升高，直到被抽取至泵体内，将需要输送的介质由进口吸入经过水泵出口排出，形成有压的高速流体，达到高位吸水和循环给水的功能。
4.目前，自吸式离心泵的泵头上设有腔体，通过排出腔体内的气体形成压差来达到将进水管内液体抽至泵体内，由于泵头上设有体积较大的腔体，会使得离心泵的整体体积较大，整机重量较大，需要提供较为宽阔的空间才能满足安装要求。同时对于安装位置的支撑能力和结构强度有很高的要求，这会提高船舱等特殊的使用区域的建设难度，同时会大幅增加建设成本。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种小型化自吸式离心泵，具有整机重量轻、尺寸小，安装方式和性能参数能够灵活设计，以及低振动噪声等优点。
6.本发明提供的技术方案如下：
7.一方面，提供一种小型化自吸式离心泵，包括：
8.连接件；
9.离心泵本体，包括泵壳、叶轮和电机，所述泵壳与所述连接件的一侧连通，所述叶轮可转动地设置在所述泵壳内；所述电机设置在所述连接件的另一侧，所述电机的动力输出轴穿过所述连接件并伸入所述泵壳内与所述叶轮连接；
10.吸排气组件，包括储水罐、吸气管、排气管、排气泵和液位开关，所述储水罐和所述排气泵分别设置在所述连接件设有所述电机的一侧，所述吸气管的一端与所述储水罐连通，另一端与所述泵壳连通，所述排气管的一端与所述储水罐的顶部连通，另一端与所述排气泵连接，所述液位开关设置在所述储水罐上，用于测量所述储水罐内的液位。
11.在一些实施方式中，所述吸气管包括高位吸气管和低位吸气管，所述高位吸气管的一端与所述储水罐的顶部连通，另一端与所述连接件连通，所述低位吸气管的一端与所述储水罐的底部连通，另一端与所述泵壳连通。
12.在一些实施方式中，所述高位吸气管与所述连接件的连通点高于所述低位吸气管与所述泵壳的连通点。
13.在一些实施方式中，所述储水罐内部设有隔板，所述隔板竖直设置于所述储水罐沿高度方向的中间段，所述吸气管与所述储水罐的连接口以及所述排气管与所述储水罐的连接口位于所述隔板的同一侧，所述液位开关位于所述隔板的另一侧。
14.在一些实施方式中，还包括密封组件，所述密封组件包括静环密封件、动环密封件、密封冲洗管和密封排气管；
15.所述连接件与所述泵壳连通的一端内部设有与所述泵壳内部连通的安装腔，所述动力输出轴穿过所述安装腔并伸入所述泵壳内；
16.所述静环密封件设置在所述安装腔内，所述动环密封件设置在所述动力输出轴上且与所述静环密封件配合，所述密封冲洗管设置在所述连接件内且出口对应所述静环密封件和所述动环密封件设置，所述密封排气管的一端与所述安装腔连通，另一端与所述泵壳的进液口连通。
17.在一些实施方式中，所述高位吸气管设置于所述连接件内且与所述安装腔连通，所述安装腔与所述泵壳连通。
18.在一些实施方式中，所述连接件上还设有沿径向倾斜设置的泄漏观测孔，所述泄漏观测孔位于所述密封组件上方。
19.在一些实施方式中，还包括单向阀和出口过渡管；
20.所述单向阀内嵌于所述出口过渡管的一端；
21.所述出口过渡管设有所述单向阀的一端密封设置于所述泵壳的出液口。
22.在一些实施方式中，所述泵壳包括前盖板和泵壳本体，所述泵壳本体的一侧与所述连接件密封连接，所述前盖板密封设置在所述泵壳本体的另一侧。
23.另一方面，还提供一种上述任一实施方式所述的小型化自吸式离心泵的运行方法，包括：
24.液位开关检测储水罐内的液位高度；
25.当储水罐内的液位高度低于预设值时，开启排气泵，通过吸气管和排气管排出腔体内气体；
26.当储水罐内的液位高度升高至预设值时，开启电机，并在电机运行预设时间后关闭排气泵。
27.本发明的技术效果在于：本发明通过在离心泵上设有吸排气组件，可通过吸气管、排气管和排气泵来实现离心泵的整体自吸功能，以将进液管内的工质吸入离心泵内，无需在泵头上设置体积较大的腔体，并通过将吸排气组件围绕离心泵设置，可缩小离心泵的整
体体积，且整机重量轻，安装形式不拘泥于卧式，能结合实际放置灵活设计，同时可以根据需求设计性能参数，更兼顾超低的振动噪声；此外，连接件作为安装板，可满足结构强度与各配合零部件安装接口要求。
附图说明
28.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
29.图1是本技术具体实施例提供的一种小型化自吸式离心泵的结构示意图；
30.图2是本技术具体实施例提供的一种小型化自吸式离心泵的剖面图；
31.图3是图2中a处放大图；
32.图4是本技术具体实施例提供的连接件的结构示意图；
33.图5是本技术具体实施例提供的储水罐的结构示意图；
34.图6是本技术具体实施例提供的储水罐拆掉上盖板后的结构示意图。
35.附图标号说明：
36.10、连接件；101、泄漏观测孔；11、连接段；111、安装腔；20、泵壳；21、前盖板；211、进液口；22、泵壳本体；30、叶轮；40、电机；50、储水罐；51、安装板；52、罐体；53、上盖板；54、隔板；60、吸气管；61、高位吸气管；62、低位吸气管；70、排气管；80、排气泵；90、液位开关；100、静环密封件；110、动环密封件；120、密封冲洗管；130、密封排气管；140、单向阀；150、出口过渡管。
具体实施方式
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
39.还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
40.在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.另外，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.在本技术的一个实施例中，如图1至图3所示，一种小型化自吸式离心泵，包括连接件10、离心泵本体和吸排气组件；离心泵本体包括泵壳20、叶轮30和电机40，泵壳20与连接
件10的一侧连通，叶轮30可转动地设置在泵壳20内；电机40设置在连接件10的另一侧，电机40的动力输出轴穿过连接件10并伸入泵壳20内与叶轮30连接；吸排气组件包括储水罐50、吸气管60、排气管70、排气泵80和液位开关90，储水罐50和排气泵80分别设置在连接件10设有电机40的一侧，吸气管60的一端与储水罐50连通，另一端与泵壳20内部连通，排气管70的一端与储水罐50的顶部连通，另一端与排气泵80连接，液位开关90设置在储水罐50上，用于测量储水罐50内的液位。
43.泵壳20包括前盖板21和泵壳本体22，泵壳本体22的一侧与连接件10密封连接，前盖板21密封设置在泵壳本体22的另一侧。前盖板21上设有进液口211，进液管与前盖板21上的进液口211连通，以通过叶轮30将进液管内的液体吸入泵壳本体22内，并从泵壳本体22的出液口排出，以形成有压的高速流体。
44.在小型自吸式离心泵通电启动时，通过液位开关90判定储水罐50内部介质液位是否满足离心泵开机状态，若液位未达到设定标准，则排气泵80优先开启，通过储水罐50的吸气管60抽取内部气体，经排气管70和排气泵80排出，使进液管(与泵壳20的进液口211连接的管道，用于向离心泵内通入工质)的液面快速上升；当液面升高使液位开关90浮子上升至上止位，判定液位满足离心泵开机要求，则离心泵开启，排气泵80停机。在离心泵开启时，排气泵80可设置继续运行，在离心泵运行1min时关闭，保证将泵壳20内部气体完全排空。
45.本发明通过在离心泵上设置吸排气组件，可稳定、快速地完成排气、吸水及排水功能，实现离心泵整体自吸功能，在介质液面低于泵壳20的进液口211垂直高度3m内、进液管(与泵壳20的进液口211连接的管道，用于向离心泵内通入工质)管径不超过泵壳20的进液口211管径1.5倍的条件下，能够在200s内实现快速排气、吸水及排水功能，整体运行稳定可靠，且所有功能均能通过电控及遥控操作方式实现。本发明无需在泵头上设置大的腔体，可缩小离心泵的整体体积，且整机重量轻，安装形式不拘泥于卧式，能结合实际放置灵活设计，同时可以根据需求设计性能参数，更兼顾超低的振动噪声。
46.本实施例中，电机40可采用三相异步电机，三相异步电机属于标准电机，能够实现转速稳定，可以根据离心泵所需转速与功率要求更换型号，配合不同形式的接口工装，整体运行逻辑的前提下，实现主驱动设备替换。
47.本实施例中，连接件10为自吸式离心泵的重要零部件，为电机40和离心泵本体提供安装接口。连接件10上安装电机40的位置可加工沉槽，电机40安装在沉槽内可减小总体尺寸；连接件10负责整泵的安装支撑，在非支撑处可通过挖孔结构，实现不损失结构强度前提下的轻量化设计。连接件10下端加工沉槽与叶轮30后口环形成配合，根据自吸式离心泵效率要求设计不同的配合间隙。
48.本实施例中，吸排气组件可围绕离心泵进行整体布置，灵活运用o形圈、聚四氟乙烯垫片形成系统的内部密封，排气泵80安装在电机40的顶部并用螺栓固定，可以根据需要做对应设计，若排气泵80重量尺寸大，则可以在电机40顶部安装专用安装板，并采用工字钢支撑在连接件10上，保证排气泵80所需的安装强度要求。排气泵80上设有自动放气阀，自动放气阀通过螺纹连接安装在排气泵80的出口端。
49.在一些实施例中，吸气管60包括高位吸气管61和低位吸气管62，高位吸气管61的一端与储水罐50的顶部连通，高位吸气管61的另一端与连接件10连通，低位吸气管62的一端与储水罐50的底部连通，低位吸气管62的另一端与泵壳20连通。
50.排气泵80开启时，通过高位吸气管61和低位吸气管62同时吸取泵壳20内的气体，使进液管内的液面上升并使工质通过高位吸气管61和低位吸气管62进入储水罐50内，进而使储水罐50内水位达到离心泵开启要求。
51.连接件10设计通孔用于焊接高位吸气管61，满足快速排气需要，此处通孔也可设计为螺纹孔，配合对应密封垫片或o形圈实现密封。
52.进一步地，高位吸气管61与连接件10的连通点高于低位吸气管62与泵壳20的连通点。连接件10内设计通孔，用于安装高位吸气管61；泵壳20内设置通孔，用于安装低位吸气管62。高位吸气管61的高度高于低位吸气管62，可通过高位吸气管61抽出泵壳20内位于低位吸气管62上方区域内的气体，使气体排出更干净。
53.在一些实施例中，如图6所示，储水罐50内部设有隔板54，隔板54竖直设置于储水罐50沿高度方向的中间段，吸气管60和排气管70与储水罐50的连接口位于隔板54的同一侧，液位开关90位于隔板54的另一侧。
54.如图5所示，储水罐50底部为安装板51，与罐体52焊接成型，罐体52和安装板51间也可增加加强筋，进一步提高储水罐50的整体强度；罐体52顶部设有上盖板53，上盖板53可使用螺栓紧固安装在罐体52顶部。如图6所示，储水罐50内部布置用于安装隔板54的专用槽；罐体52侧边加工对外通孔，焊接低位吸气管62，根据安装空间大小，可将罐体52的横截面设计为圆形、椭圆形、多边形等。储水罐50各零部件可根据需要作针对性设计，各壁厚、板厚结合内部承压要求可相应加厚或减薄；对外管口可由通孔更改为内螺纹孔，并借助聚四氟乙烯垫片形成密封。
55.隔板54安装于储水罐50内部的专用槽内，用于分隔吸气管60、排气管70和液位开关90，具有保障功能，防止液位开关90在离心泵正常给排水过程中受到吸气管60水流正面冲击而使浮子上下浮动，影响整泵的正常功能实现，同时隔板54只隔断储水罐50中段部分，能保证罐体52内气体正常排出。
56.储水罐50的上盖板53上设有高位吸气管61、排气管70以及液位开关90的安装接口，同时承担着封闭储水罐50的作用，安装后采用聚四氟乙烯垫片密封。储水罐50各零部件可根据需要作针对性设计，各壁厚、板厚结合内部承压要求可相应加厚或减薄；对外管口可由通孔更改为内螺纹孔，并借助聚四氟乙烯垫片形成密封。
57.在一些实施例中，还包括密封组件，如图3所示，密封组件包括静环密封件100、动环密封件110、密封冲洗管120和密封排气管130，连接件10内设有安装腔111，安装腔111与泵壳20内部连通，动力输出轴穿过安装腔111并插入泵壳20内与叶轮30固定连接；如图4所示，连接件10与泵壳20连接的一端向外延伸形成连接段11，连接段11内部设有安装腔111，安装腔111与泵壳20内部连通。如图1所示，高位吸气管61可直接与连接段11内的安装腔111连通，以使高位吸气管61可吸出高位气体。
58.静环密封件100设置在安装腔111内，动环密封件110设置在动力输出轴上且与静环密封件100配合，密封冲洗管120设置在连接件10内且出口对应静环密封件100和动环密封件110设置，密封排气管130的一端与安装腔111连通，另一端与泵壳20的进液口211连通。
59.连接件10内部设计机械密封安装孔，满足机械密封静环密封件100的安装强度和精度要求。连接件10内设置冲洗孔，密封冲洗管120安装于冲洗孔并伸入安装腔111内，密封冲洗管120保证机械密封运行所需的冷却水。连接件10布置贯穿的排气孔，密封排气管130
安装在排气孔内，通过密封排气管130将机械密封处的气体通过密封排气管130排出，在实际使用中，可将密封排气管130内径降低至3mm内以降低泄漏量。
60.如图4所示，连接件10径向设计斜向下泄漏观测孔101，泄漏观测孔101位于密封组件上方，用于观测机械密封是否出现异常泄露，确保设备安全可靠运行，必要情况下泄露观测孔可用无缝管引出，更利于判断是否为正常工作。
61.在一些实施例中，如图2所示，还包括单向阀140和出口过渡管150；单向阀140内嵌于出口过渡管150的一端；出口过渡管150设有单向阀140的一端密封设置于泵壳20的出液口。
62.出口过渡管150设计为两端法兰形式，一端法兰加工通孔且内部具备沉槽，满足与泵壳20使用螺栓固定安装的需要，同时为单向阀140提供安装空间和支撑，并采用聚四氟乙烯垫片实现内部密封，沉槽可根据单向阀140的尺寸做出相应放大或缩小优化。出口过渡管150另一端法兰设计通孔用于与管路法兰对接安装，此处法兰通孔可以考虑设计为内螺纹孔，既能满足安装要求，又有利于缩减出口过渡管150整体尺寸，减轻其重量。
63.本发明还提供一种小型化自吸式离心泵的运行方法，包括：
64.液位开关90检测储水罐50内的液位高度；
65.当储水罐50内的液位高度低于预设值时，开启排气泵80，通过吸气管60和排气管70排出腔体内气体；
66.当储水罐50内的液位高度升高至预设值时，开启电机40，并在电机40运行预设时间后关闭排气泵80。
67.具体的，在小型自吸式离心泵通电启动时，通过液位开关90判定内部介质液位是否满足离心泵开机状态，若液位未达到设定标准，通过液位开关90判定储水罐50内部介质液位是否满足离心泵开机状态，若液位未达到设定标准，则排气泵80优先开启，通过储水罐50的吸气管60抽取内部气体，经排气管70和排气泵80排出，使进口管的液面快速上升；当液面升高使液位开关90浮子上升至上止位，判定液位满足离心泵开机要求，则离心泵开启，排气泵80停机。在离心泵开启时，排气泵80可设置继续运行，在离心泵运行1min时关闭，保证将内部气体完全排空。
68.本发明上述实施例的小型自吸式离心泵具有以下技术效果：
69.(1)整体设计功能完备，装配便捷易操作，保证工作过程中平稳运行，安全可靠。结构光滑且整体性良好，具备独立性。离心泵和吸排气组件结合的方式，针对所处系统不同的运行工况，能够实现相应的供给需求，满足系统对自吸泵多方面多功能的要求。
70.(2)该小型自吸式离心泵适用于无人船等类型的小型船舶，整机重量轻、尺寸小，安装型式不拘泥与卧式，能结合实际放置灵活设计，同时可以根据需求设计性能参数，更兼顾超低的振动噪声。在结构上，采用离心泵和吸排气系统相结合的组成方式，实现船舶各舱室的给排水和调整平衡等多种功能需求。该小型自吸式离心泵不仅大幅降低成本，且功能多样、运行风险小，能够保障所处系统安全、可靠的运行。
71.(3)采用三相异步电机解决方案，转速稳定，接口通用化，满足多种性能要求下的型号更换，满足泵的多种功能和工况设计。
72.(4)连接件10设计方案既能满足结构强度与各配合零部件安装接口要求，又能实现整体水泵吊装，同时保证冲洗管安装、排气管70安装以及泄露观测等多种功能。
73.(5)通过出口过渡管解决方案，具备支撑单向阀安装功能，保证排气设备稳定、快速地完成排气、吸水及排水功能。通过吸排气系统解决方案，实现泵整体自吸功能，在介质液面低于泵进口垂直高度3m内、进口管径不超过泵进口1.5倍管径的条件下，能够在200s内实现快速排气、吸水及排水功能，整体运行稳定可靠，且所有功能均能通过电控及遥控操作方式实现。
74.(6)通过储水罐50解决方案，配合排气设备和吸气排气管路，根据需求灵活使用o形圈、聚四氟乙烯垫片密封，结合液位开关90，保证泵自吸功能和整体运行逻辑的实现。
75.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。