一种离心泵停泵安全防护方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种离心泵停泵安全防护方法及装置。一种离心泵停泵安全防护方法，其特征是：设置阻尼装置与水泵机组的水泵主轴和/或电机主轴连接，当水泵机组工作时，所述阻尼装置不起作用，当水泵机组断电停泵时，所述阻尼装置对水泵机组的水泵主轴和/或电机主轴施加制动力矩以限制水泵机组的反转速度，实现水泵机组保护和水锤防护。本发明能够在离心泵事故停泵即时施加制动力矩，在延长水泵机组倒转时间的同时，可以控制水泵倒转转速在额定或任意转速之内，降低管道中的水锤压力，达到停泵水泵机组保护和水锤防护的目的，并且不增加电机负荷，不增加能耗，可以有效降低工程投资和降低输水成本。
【专利说明】一种离心泵停泵安全防护方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种离心泵停泵安全防护方法，特别涉及一种山丘区多起伏长距离高扬程输水管道停泵水泵机组安全防护和消减水锤的方法。本发明还涉及一种用于山丘区输水管道泵站水泵安全防护的装置。
【背景技术】
[0002]山丘区长距离高扬程管道输水工程中，水锤事故的发生是较为普遍的现象，尤其是管线高差起伏较大、地形复杂的工程。事故产生的实例也是多种多样的，泵站系统中，因断电或其他原因而使水泵突然停泵，压水管内的压力在下降之后又产生不同程度的压力上升，导致停泵水锤。水锤事故都会造成不同程度的灾害，轻则造成水管破裂(即爆管)，致使供水中断，影响正常的生产和生活；重则造成淹毁泵站、泵船沉没等严重后果。个别情况下，还会因水锤事故破坏管线，造成水流冲坏建筑物、损坏设备、伤及操作人员等次生灾害。
[0003]事故停泵水锤防护主要包括防止水锤压力对压力管道及其附件的破坏；防止机组反转速度过快造成水泵和电动机破坏。为此，现行《泵站设计规范》GB50265-2010规定..“离心泵最高反转速度不应超过额定转速的1.2倍，超过额定转速的持续时间不应超过2min。”目前常采用的防护方案是采用液控蝶阀、缓闭止回阀、水泵控制阀和水泵加装飞轮力矩。事故停机时液控蝶阀、缓闭止回阀和水泵控制阀都是先让阀门在停泵时迅速关闭一定角度，减小过流量，管道内水倒流时，水泵反转不会过快。同时，小角度的过流可以降低阀后的升压保护管道。加装飞轮力矩是通过增大水泵飞轮的惯性，延长事故停机后水泵正转速度减小的时间和反转速度增加的时间。对于大型高扬程长距离的输水管道，通常情况下在水泵断电以后叶轮都将发生倒转，即使加装飞轮力矩水泵仍会反转。现有的防护方案明显存在不足之处:1)增加了水泵机组或电动机的投资；2)增设惯性飞轮后使电动机的启动时间延长，严重时造成启动困难；3)增加惯性飞轮后同时也增加了输水能耗，提高了调水系统的成本；4)增加惯性飞轮后只是相对延长事故停机后水泵机组的正、反转时间和降低反转速度，但反转速度不可控制。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种能够在离心泵停泵时限制水泵反转速度、消减水锤压力的离心泵停泵安全防护方法，其不需要增大水泵机组或电动机转动惯量、不延长电动机启动时间，也不增加输水能耗。
[0005]本发明是通过如下技术方案来实现的:一种离心泵停泵安全防护方法，其特殊之处是:设置阻尼装置与水泵机组的水泵主轴和/或电机主轴连接，当水泵机组工作时，所述阻尼装置不起作用，当水泵机组断电停泵时，所述阻尼装置对水泵机组的水泵主轴和/或电机主轴施加制动力矩以限制水泵机组的反转速度，实现水泵机组保护和水锤防护。
[0006]本发明方法中，阻尼装置在水泵机组工作时其不起作用，当水泵机组断电停泵时，阻尼装置才对水泵机组的水泵主轴和/或电机主轴施加制动力矩以限制水泵机组的反转速度，从而实现对水泵机组反转速度的限制和水锤安全防护。
[0007]本发明方法中的阻尼装置可以采用如下结构:所述阻尼装置包括电磁离合器和连接在所述电磁离合器后端的离心阻尼器，所述离心阻尼器包括固定安装在电磁离合器电磁离合器的后端的轴上的外制动鼓、可动地安装在电磁离合器的后端的轴上的活动摩擦片、加力杠杆，所述外制动鼓和活动摩擦片配合安装，在外制动鼓和活动摩擦片之间设有弹簧，所述加力杠杆为至少三个，其可转动地连接在电磁离合器的后端的轴上，每个加力杠杆包括连接成L形的离心杆和施力杆，所述施力杆位于所述活动摩擦片侧。当水泵机组工作时，阻尼装置的电磁离合器分离，此时阻尼装置不起作用，当水泵机组断电停泵时，阻尼装置的电磁离合器吸合并通过离心阻尼器对水泵机组的水泵主轴和/或电机主轴施加制动力矩，从而限制水泵机组的反转速度。
[0008]所述电磁离合器为常闭式电磁离合器。
[0009]本发明中，一种离心泵停泵安全防护装置所采用的技术方案是:其包括水泵和与水泵连接的电机，其特殊之处是:设有阻尼装置与水泵主轴和/或电机主轴连接，所述阻尼装置包括电磁离合器和连接在所述电磁离合器后端的离心阻尼器，所述离心阻尼器包括固定安装在电磁离合器的后端的轴上的外制动鼓、可动地安装在电磁离合器的后端的轴上的活动摩擦片、加力杠杆，所述外制动鼓和活动摩擦片配合安装，在外制动鼓和活动摩擦片之间设有弹簧，所述加力杠杆为至少三个，其可转动地连接在电磁离合器的后端的轴上，每个加力杠杆包括连接成L形的离心杆和施力杆，所述施力杆位于所述活动摩擦片侧。
[0010]本发明装置中，在水泵机组工作时，阻尼装置中的电磁离合器处于分离状态，电机可以正常启动，不增加电机启动时间，水泵机组断电停泵时，电磁离合器吸合，离心阻尼器即时随水泵主轴/电机主轴转动，当水泵反转速度接近设定转速时，离心阻尼器对水泵主轴和/或电机主轴施加制动力矩，限制水泵机组的反转速度，达到限制水泵机组反转不超速、防止飞逸事故的目的，同时管道内水体倒流降低了管道停泵水锤压力，实现管道停泵水锤防护的目的，从而实现对水泵机组反转速度的限制和水锤安全防护。
[0011]本发明中的阻尼装置的设置可采用多种方式，如可采用下述设置形式:所述水泵和/或电机为两端出轴结构形式，所述阻尼装置的电磁离合器安装在水泵主轴和/或电机主轴的外侧出轴端上。阻尼装置的电磁离合器安装在水泵主轴和/或电机主轴的外侧出轴端上，当水泵机组工作时，电磁离合器处于分离状态，阻尼装置不起作用，当水泵机组断电停泵时，电磁离合器吸合并通过离心阻尼器对水泵主轴和/或电机主轴施加制动力矩。所述阻尼装置可单独设置在水泵主轴或电机主轴的外侧出轴端上，也可以在水泵主轴和/或电机主轴的外侧出轴端上同时设置。
[0012]本发明中的阻尼装置还可以采用如下设置形式:在水泵主轴和电机主轴的联接端之间设有齿轮传动机构或皮带传动机构或链传动机构分别与水泵轴和电机轴联接，所述阻尼装置通过所述齿轮传动机构或皮带传动机构或链传动机构与水泵轴和电机轴联接。当水泵机组工作时，电磁离合器处于分离状态，阻尼装置不起作用，当水泵机组断电停泵时，电磁离合器吸合并通过离心阻尼器将制动力经过上述的传动机构传递给水泵轴和电机轴，从而对水泵机组实现转速限制。上述的设置形式适于停机后反转速度大的水泵机组，根据实际需要所述的传动机构可选择合适的传动比增大离心阻尼器的制动力。
[0013]所述电磁离合器为常闭式电磁离合器，电磁离合器断电吸合，通电分离。[0014]为了保证离心阻尼器的阻尼效果，所述加力杠杆为均匀设置的四个。
[0015]为了保证离心阻尼器的阻尼效果，所述离心杆上设有可调节位置的离心块。
[0016]本发明方法简单、可靠，其能够在离心泵事故停泵即时施加制动力矩，在延长水泵机组倒转时间的同时，可以控制水泵倒转转速在额定或任意转速之内，降低管道中的水锤压力，达到停泵水泵机组保护和水锤防护的目的。本发明避免了常规方案中通过增加水泵、电动机和飞轮的转动惯量所带来的不利因素，由于本发明中的阻尼装置在水泵机组工作时不一起转动，因而不增加电机的负荷，不增加能耗，电机也可以正常启动，可以有效降低工程投资和降低输水成本。采用本发明可以制作各类防水锤、防飞逸水泵，有效降低泵站管道系统的安全防护费用和输水成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明实施例1的结构示意图；
[0018]图2是本发明实施例2的结构示意图；
[0019]图3是本发明实施例3的结构示意图；
[0020]图4是本发明实施例中的阻尼装置的结构示意图；
[0021]图5是图4的左视图；
[0022]图中，I是电机，2是电机内侧出轴，3是联轴器，4是水泵内侧出轴，5是水泵，6是电机外侧出轴，7是阻尼装置，8是机架，9是水泵外侧出轴，10是轴承座，11是传动机构，12是防护罩，13是外壳，14是外制动鼓，15是活动摩擦片，16是离心块，17是加力杠杆，18是弹簧，19是电磁离合器的后端的轴，20是电磁离合器，21是电机主轴/水泵主轴/传动机构的输出轴，22是离心杆，23是施力杆，24是弹簧，25是销轴。
【具体实施方式】
[0023]下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步的说明:
[0024]实施例1
[0025]一种离心泵停泵安全防护方法，其是设置阻尼装置与水泵机组的电机主轴连接，当水泵机组工作时，所述阻尼装置不起作用，当水泵机组断电停泵时，所述阻尼装置对电机主轴施加制动力矩以限制水泵机组的反转速度，实现水泵机组保护和水锤防护。
[0026]如图1所示，是一种离心泵停泵安全防护装置的结构示意图，其包括机架8、设置在机架8上的电机I和水泵5，水泵5为离心泵。本实施例中，电机I为两端出轴结构形式，电机I的内侧出轴2通过联轴器3与水泵5的内侧出轴4联接，电机I的外侧出轴6上联接阻尼装置7。
[0027]如图4、图5所示，所述阻尼装置7包括电磁离合器20和连接在所述电磁离合器20后端的离心阻尼器。所述电磁离合器20采用法兰型、常闭式电磁离合器，为现有技术，其可由泵站24V或90V直流电源控制，电磁离合器断电吸合，通电分离。电磁离合器20的前端与电机I的外侧出轴6联接。所述离心阻尼器包括外制动鼓14、活动摩擦片15、加力杠杆
17。外制动鼓14固定安装在电磁离合器20的后端的轴19上，其外侧安装活动摩擦片15，活动摩擦片15可沿轴19轴向移动，在外制动鼓14和活动摩擦片15之间设有弹簧18，活动摩擦片15在弹簧18的作用下可轴向移动。外制动鼓14和活动摩擦片15为碗状设计，夕卜制动鼓14和活动摩擦片15之间可接触配合。加力杠杆17为至少三个，通常可采用三个或四个或五个等，为保证所施加力的平衡，所设置的加力杠杆17应均匀布置，本实施例中加力杠杆17为均匀布置的四个，其设置在活动摩擦片15的外侧。每个加力杠杆17包括连接成L形的离心杆22和施力杆23，加力杠杆17通过销轴25可转动地连接在电磁离合器20的后端的轴19上，加力杠杆17的施力杆23位于所述活动摩擦片15侦彳。加力杠杆17的离心杆22上安装有离心块16，离心块16的安装位置可调节。加力杠杆17和轴19之间还连接有弹簧24。
[0028]本发明中的阻尼装置是一种用来控制、限制水泵机组反转速度的装置，其工作原理是:利用电机轴本身的反向转动带动加力杠杆17上的离心块16旋转，从而产生离心力，加力杠杆17在离心力的作用下绕销轴25转动，其施力杆23与活动摩擦片15接触并推动活动摩擦片15向外制动鼓14移动，活动摩擦片15和外制动鼓14接触产生摩擦，从而对电机轴产生制动力。当电机轴的旋转速度降到合适范围时，弹簧18的推力和离心块16通过加力杠杆17施加给活动摩擦片15的推力相平衡时，活动摩擦片15和外制动鼓14之间失去摩擦，电机不再受到摩擦力阻尼，水泵机组在正常转速下旋转。反之，如果水泵机组转速升高超过正常范围，离心阻尼器又通过上述介绍的工作过程阻尼电机转速回到正常转速范围。离心阻尼器可以通过调整离心块16的位置、弹簧18的刚性改变其阻尼力或制动力。
[0029]本发明中，水泵机组正常工作时，阻尼装置7的电磁离合器20分离，阻尼装置不起作用，当水泵机组断电停泵时，阻尼装置7的电磁离合器20吸合联接离心阻尼器，并通过离心阻尼器对电机轴施加制动力矩，从而延长水泵机组的正转速度减小的时间和反转速度增加的时间和控制水泵机组的反转速度，确保水泵反转转速在额定转速或任意设定的转速之内，进而降低管道中的水锤压力，实现对水泵机组的反转速度、反转时间的控制和降低管道水锤压力的双重安全防护。
[0030]本实施例中的其他部分采用现有技术，在此不再赘述。
[0031]实施例2
[0032]一种离心泵停泵安全防护方法，其是设置阻尼装置与水泵机组的水泵主轴连接，当水泵机组工作时，所述阻尼装置不起作用，当水泵机组断电停泵时，所述阻尼装置对水泵主轴施加制动力矩以限制水泵机组的反转速度，实现水泵机组保护和水锤防护。
[0033]如图2、图4、、图5所示，是一种离心泵停泵安全防护装置的结构示意图，其包括机架8、设置在机架8上的电机I和水泵5，水泵5为离心泵。本实施例中，水泵5为两端出轴结构形式，水泵5的内侧出轴4通过联轴器3与电机I的内侧出轴2联接，水泵5的外侧出轴9上联接阻尼装置7。本实施例中的阻尼装置7的结构形式与实施例1中所述的阻尼装置7的结构相同，在此不再赘述，阻尼装置7的电磁离合器20的前端与水泵5的外侧出轴9连接。
[0034]本实施例中，阻尼装置7是通过对水泵机组的水泵主轴施加制动力来实现对水泵机组的反转速度、反转时间的控制和降低管道水锤压力的双重安全防护。
[0035]本实施例中的其他部分与实施例1相同，在此不再赘述。
[0036]实施例3
[0037]—种离心泵停泵安全防护方法，其是设置阻尼装置与水泵机组的水泵主轴和电机主轴连接，当水泵机组工作时，所述阻尼装置不起作用，当水泵机组断电停泵时，所述阻尼装置对水泵机组的水泵主轴和电机主轴施加制动力矩以限制水泵机组的反转速度，实现水泵机组保护和水锤防护。
[0038]如图3、图4、、图5所示，是一种离心泵停泵安全防护装置的结构示意图，其包括机架8、设置在机架8上的电机I和水泵5，水泵5为离心泵。本实施例中，电机I和水泵5均为单出轴结构形式，在电机I的内侧出轴2的联接端和水泵5的内侧出轴4的联接端之间设有传动机构11，所述传动机构11可以是齿轮传动机构或皮带传动机构或链传动机构或变速器，所述传动机构11的输入端分别通过联轴器3与电机I的内侧出轴2和水泵5的内侧出轴4联接，所述传动机构11的输出端与阻尼装置7联接。本实施例中的阻尼装置7的结构形式与实施例1中所述的阻尼装置7的结构相同，在此不再赘述，传动机构11的输出轴21与阻尼装置7的电磁离合器20的前端联接。传动机构11根据实际需要可设置支承结构。
[0039]本实施例中，阻尼装置7通过传动机构11将制动力传递给水泵机组的水泵主轴和电机主轴，对水泵机组的水泵主轴和电机主轴施加制动力矩，从而实现对水泵机组的反转速度、反转时间的控制和降低管道水锤压力的双重安全防护。
[0040]本实施例适用于事故停机后反转速度大的水泵机组，根据实际需要可选择合适的传动比增大离心阻尼器的制动力。
[0041]为了保证使用安全，所述各传动机构外可设有防护罩。
[0042]本实施例中的其他部分与实施例1相同，在此不再赘述。
[0043]上述实施例仅用于对本发明进行说明，并非对其进行限制，本领域的技术人员在本发明实施例的基础上还可做出改动，例如:本发明也可以将水泵机组的电机和水泵均设置为两端出轴结构形式，在水泵的外侧出轴端和电机的外侧出轴端分别安装本发明实施例1所述的阻尼装置7，水泵机组停泵时，阻尼装置同时对水泵主轴和电机主轴施加制动力矩以限制水泵机组的反转速度。再例如:本发明也可以将水泵机组的电机和水泵均设置为两端出轴结构形式，在水泵的外侧出轴端和电机的外侧出轴端分别安装本发明实施例1所述的阻尼装置7，同时在水泵和电机之间设置如实施例3中所述的传动机构，水泵机组停泵时，各阻尼装置同时对水泵主轴和电机主轴施加制动力矩以限制水泵机组的反转速度。此外，本发明中的阻尼装置也可以采用现有技术中的其他结构形式。
[0044]本发明不仅可用于离心泵的安全防护，本发明也可应用于水轮机的限速。
【权利要求】
1.一种离心泵停泵安全防护方法，其特征是:设置阻尼装置与水泵机组的水泵主轴和/或电机主轴连接，当水泵机组工作时，所述阻尼装置不起作用，当水泵机组断电停泵时，所述阻尼装置对水泵机组的水泵主轴和/或电机主轴施加制动力矩以限制水泵机组的反转速度，实现水泵机组保护和水锤防护。
2.根据权利要求1所述的离心泵停泵安全防护方法，其特征是:所述阻尼装置包括电磁离合器(20)和连接在所述电磁离合器(20)后端的离心阻尼器，所述离心阻尼器包括固定安装在电磁离合器的后端的轴(19)上的外制动鼓(14)、可动地安装在电磁离合器的后端的轴(19)上的活动摩擦片(15)、加力杠杆(17)，所述外制动鼓(14)和活动摩擦片(15)配合安装，在外制动鼓(14)和活动摩擦片(15)之间设有弹簧，所述加力杠杆(17)为至少三个，其可转动地连接在电磁离合器的后端的轴(19)上，每个加力杠杆(17)包括连接成L形的离心杆(22)和施力杆(23)，所述施力杆(23)位于所述活动摩擦片(15M则。
3.根据权利要求2所述的离心泵停泵安全防护方法，其特征是:所述电磁离合器为常闭式电磁离合器。
4.一种离心泵停泵安全防护装置，包括水泵和与水泵连接的电机，其特征是:设有阻尼装置与水泵主轴和/或电机主轴连接，所述阻尼装置包括电磁离合器(20)和连接在所述电磁离合器后端的离心阻尼器，所述离心阻尼器包括固定安装在电磁离合器的后端的轴(19)上的外制动鼓(14)、可动地安装在电磁离合器的后端的轴(19)上的活动摩擦片(15)、加力杠杆(17)，所述外制动鼓(14)和活动摩擦片(15)配合安装，在外制动鼓(14)和活动摩擦片(15)之间设有弹簧，所述加力杠杆(17)为至少三个，其可转动地连接在电磁离合器的后端的轴(19)上，每个加力杠杆(17)包括连接成L形的离心杆(22)和施力杆(23)，所述施力杆(23 )位于所述活动摩擦片(15 M则。
5.根据权利要求4所述的离心泵停泵安全防护装置，其特征是:所述水泵和/或电机为两端出轴结构形式，所述阻尼装置的电磁离合器(20)安装在水泵主轴和/或电机主轴的外侧出轴端上。
6.根据权利要求4所述的离心泵停泵安全防护装置，其特征是:在水泵主轴和电机主轴的联接端之间设有齿轮传动机构或皮带传动机构或链传动机构分别与水泵轴和电机轴联接，所述阻尼装置通过所述齿轮传动机构或皮带传动机构或链传动机构与水泵轴和电机轴联接。
7.根据权利要求4或5或6所述的离心泵停泵安全防护装置，其特征是:所述电磁离合器为常闭式电磁离合器。
8.根据权利要求4或5或6所述的离心泵停泵安全防护装置，其特征是:所述加力杠杆(17)为均匀设置的四个。
9.根据权利要求4或5或6所述的离心泵停泵安全防护装置，其特征是:所述离心杆(22)上设有可调节位置的离心块(16)。
【文档编号】F04D15/02GK103867457SQ201410123340
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】杜培文, 许志刚, 祝凤山, 岳永起 申请人:杜培文