一种应用于离心泵的自吸启动装置的制作方法

本发明涉及自吸启动装置，尤其涉及一种应用于离心泵的自吸启动装置。

背景技术：

离心泵作为重要的流体机械，广泛的应用于农业、工业、生物、医疗等各种输送系统。然而，目前市场上采用的离心泵每次启动前都需要向泵腔内部进行灌水，操作复杂，工作量大，启动周期长，难以满足快速输水的要求。

虽然自吸离心泵除了第一次启动时需要灌水，之后的启动过程均可以直接进行，但自吸离心泵结构复杂，内部流场存在较大湍能损失，并且气液混合、气液分离均发生在泵腔内部，会对内部的水力部件产生破坏，更换和维修十分困难。与此同时，在自吸启动过程中，气液分离过程发生在泵腔内部，极易在泵腔内部形成气核，导致气液分离不彻底，降低自吸效率。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种应用于离心泵的自吸启动装置，能够有效排出自吸过程中泵腔内的空气，同时可以根据泵腔内不同压力调整自吸速度，从而实现自吸过程高效的气液分离与排气。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种应用于离心泵的自吸启动装置，安装于离心泵的进水管上，包括外壳体、内壳体、滚筒、三叶支架、一级隔板、二级隔板、三级隔板、启闭圆盘和弹性钢板；

所述外壳体的底部与所述进水管连通，所述一级隔板、二级隔板和三级隔板从上至下依次设置于所述外壳体内，并将所述外壳体的内腔分隔；

所述一级隔板上开设有一级隔板通孔，所述内壳体通过支架设置于所述一级隔板的上方，所述内壳体的外壁与所述外壳体的内壁以及所述一级隔板的顶壁之间形成外自吸室，所述内壳体上设有若干个进气管和排气管，所述进气管与所述外自吸室连通，所述排气管与大气连通；

所述滚筒设置于所述内壳体内，并与所述内壳体的内壁紧密贴合，所述滚筒上开设有若干个滚筒内腔，所述进气管、所述排气管和所述滚筒内腔的个数相等，并均沿周向均匀分布；所述滚筒内部形成内自吸室；所述三叶支架具有转动主体和均布于所述转动主体周向的三个支撑杆，所述三叶支架可转动地设置于所述内自吸室内，所述滚筒的内壁上设有两个限位块，其中一个所述支撑杆的顶部位于两个限位块之间，每个所述滚筒内腔均设有一个活塞，所述活塞通过所述连杆与所述转动主体连接；

所述二级隔板与所述一级隔板之间形成气液分离腔，所述气液切割器设置于所述液分离腔内，所述气液切割器表面附着有螺旋形刀片，所述二级隔板上设有二级隔板通孔，所述二级隔板上靠近所述外壳体的内壁处开设有若干个气液进气口，所述气液进气口旁设有气液分割板；

所述二级隔板、所述三级隔板与所述外壳体之间形成气液腔，所述启闭圆盘安装在所述气液腔内，能沿所述外壳体的壁面上下滑动，将气液腔分为上气液腔与下气液腔，所述启闭圆盘上开设有若干二级泄流孔。所述启闭圆盘中间设有竖杆，所述竖杆上设有横向通孔和纵向通孔，所述纵向通孔的一端与所述横向通孔连通，另一端与进水管连通，所述启闭圆盘的底壁能够与所述三级隔板的上壁完全贴合；

所述三级隔板上设有若干三级隔板通孔，所述三级隔板通孔连通所述下气液腔与所述进水管，所述进水管的内壁面上固定有呈曲面状的弹性钢板，所述弹性钢板上设有若干弹性钢板通孔，所述竖杆的底端穿过所述三级隔板和所述弹性钢板，且所述竖杆的底端设有限位凸台。

优选地，所述启闭圆盘的截面为凹形，所述启闭圆盘的底部为台阶状，所述三级隔板的顶部设有与所述启闭圆盘的底部相配合的凹槽，使得所述启闭圆盘的底壁能够与所述三级隔板的上壁紧密贴合。

优选地，所述进气管、所述排气管和所述滚筒内腔的个数均为三个。

优选地，沿所述外自吸室至所述滚筒的方向，所述进气管的内径呈渐缩状，渐缩角为20°，沿所述内自吸壳体至所述外壳体的方向，所述排气管包括收缩段和圆柱段，所述收缩段的收缩角为40°。

优选地，所述滚筒的内壁上的两个限位块分别为上定位凸台和下定位凸台，所述上定位凸台与所述三叶支架的中心的连线为l1，所述下定位凸台与所述三叶支架的中心的连线为l2，l1与l2之间的夹角为100°。

优选地，所述竖杆顶部设有弹性变形阀，所述弹性变形阀的截面形状为梯形，所述弹性变形阀顶部设有弹性变形阀通孔，所述弹性变形阀的侧壁底部开设有一级泄流孔，所述弹性变形阀通孔的直径与所述一级泄流孔的直径之比为4：1。

优选地，所述气液切割器的横截面为圆形，所述气液切割器的直径从中间至两端逐渐减小，所述气液切割器上两端的螺旋形刀片旋向相反，并且沿从所述气液切割器的两端至中间位置的方向，相邻两刀片之间的间距逐渐增大。

优选地，所述一级隔板通孔的直径、所述二级隔板通孔的直径与所述弹性变形阀通孔的直径之比：1：1：1。

优选地，所述启闭圆盘上靠近外壳体的内壁处开设有若干冲击弯孔，所述冲击弯孔两两关于所述竖杆对称，所述二级泄流孔两两关于所述竖杆对称，所述冲击弯孔、所述二级泄流孔与所述一级泄流孔的数量均相同，所述冲击弯孔为等径弯孔，所述冲击弯孔的弧度为25°，所述冲击弯孔的直径为所述二级泄流孔直径的2倍，所述冲击弯孔的顶端出口轴线与所述气液腔的壁面之间的夹角为15°。

优选地，所述活塞、所述气液切割器、所述弹性变形阀采用橡胶材料制成，所述弹性钢板采用45号钢制成，其余部件均采用石墨烯材料加工成型。

本发明的有益效果：

1)本发明中三角支架往复转动一个周期过程中，同时进行三次排气与三次吸气，自吸效率高，抽取、排气速度快。同时，采用往复式运动结构形式能够有效改善传统自吸装置圆周运动结构形式占用空间大的缺点，确保装置在有限的空间内迅速完成三次抽气与三次排气过程，并且本发明采用3层腔室，有效的将吸气与排气过程进行分离，提高了自吸效率。

2)本发明采用的离心泵自吸启动装置安装在进水管上，使得整个自吸过程中的气液混合与气液分离过程均发生在泵腔前端，减少了泵体内产生的振动与噪声，降低了两相流对泵体本身的破坏。与此同时，整个装置与泵体为两部分，在发生故障时，便于拆卸进行检修和更换，保证系统高效平稳运行。

3)本发明采用的启闭圆盘，将气液腔整体分为上气液腔与下气液腔上下两部分，利用上气液腔与下气液腔之间的压差，提升或降低启闭圆盘的抬升高度，从而进一步实现启闭圆盘对进水管与下气液腔之间开度的调节。并且在自吸结束时，启闭圆盘下表面与三级隔板上表面紧密贴合，能够彻底封闭进水管与下气液腔之间的联通，确保装置自吸结束后不会产生泄露。

4)本发明采用气液切割器与气液分割板结构形式，可以有效对自吸末期的气液混合物进行气液分离，气液混合物经过气液分离腔过程中共经历了5次气液分离，可以彻底分离出气液混合物中的水，有效提高自吸装置的排气效率，并能够将水回流至进水管中，降低自吸过程中水的排放。

5)本发明中启闭圆盘上安装有冲击弯孔结构形式，下气液腔内的空气通过冲击弯孔进入到上气液腔中，一方面可以有效避免启闭圆盘发生偏置翻转，使启闭圆盘卡顿在气液腔中，另一方面，当空气或者气液混合物冲击在气液腔内壁面上时，会在内壁面表面形成一层附着层，充分起到润滑的作用，减小了启闭圆盘上升阻力，方便启闭圆盘抬升。

6)本发明中采用弹性变形阀结构形式，一方面防止启闭圆盘抬起过高，启闭圆盘上的启闭圆盘连杆与二级隔板发生碰撞，起到缓冲的作用；另一方面在自吸末期，收集从二级隔板通孔中回落的水，增大启闭圆盘上整体质量，使得启闭圆盘能够回落至三级隔板上，与此同时，在弹性变形阀下方开设有二级泄流孔，能够将弹性变形阀内的水排净，不会存在残留，增大二次启动时的阻力。

附图说明

图1为本发明所述一种应用于离心泵的自吸启动装置的一较佳实施例的结构示意图。

附图标记：

1-进气管；2-下定位凸台；3-外自吸室；4-内壳体；5-排气管；6-外壳体；7-支架；8-滚筒；9-气液切割器；10-气液分割板；11-气液进气口；12-二级隔板；13-气液腔；14-弹性变形阀通孔；15-一级泄流孔；16-二级泄流孔；17-横向通孔；18-纵向通孔；19-弹性钢板；20-进水管；21-限位凸台；22-弹性钢板通孔；23-三级隔板通孔；24-三级隔板；25-下气液腔；26-冲击弯孔；27-上气液腔；28-弹性变形阀；29-一级隔板；30-一级隔板通孔；31-滚筒内腔；32-内自吸室；33-三叶支架；34-连杆；35-活塞；36-中心轴；37-上定位凸台；38-二级隔板通孔；39-启闭圆盘；40-气液分离腔；41-竖杆。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种应用于离心泵的自吸启动装置。

请参阅图1，根据本发明实施例的一种应用于离心泵的自吸启动装置，包括外壳体6、内壳体4、滚筒8、三叶支架33、一级隔板29、二级隔板12、三级隔板24、启闭圆盘39和弹性钢板19。

具体地，外壳体6的底部与进水管20连通，一级隔板29、二级隔板12和三级隔板24从上至下依次设置于外壳体6内，并将外壳体6的内腔分隔。

一级隔板29的中心开设有一级隔板通孔30，内壳体4通过支架7设置于一级隔板29的上方，内壳体4的外壁与外壳体6的内壁以及一级隔板29的顶壁之间形成外自吸室3，内壳体4上设有三个进气管1和三个排气管5，进气管1和排气管5间隔设置，进气管1与外自吸室3连通，排气管5穿过外壳体6与外界大气连通。

滚筒8设置于内壳体4内，并与内壳体4的内壁紧密贴合，滚筒8上开设有三个滚筒内腔31，进气管1、排气管5和滚筒内腔31均沿周向均匀分布，滚筒8内部形成内自吸室32，内自吸室32中安装有中心轴36，三叶支架33安装在中心轴36上，三叶支架33可以绕中心轴36往复旋转。三叶支架33具有转动主体和均布于转动主体周向的三个支撑杆，滚筒8的内壁上设有两个限位块，两个限位块分别为上定位凸台37和下定位凸台2，上定位凸台37与三叶支架33的中心的连线为l1，下定位凸台2与三叶支架33的中心的连线为l2，l1与l2之间的夹角为100°。其中一个支撑杆的顶部位于上定位凸台37和下定位凸台2之间，三叶支架33可以通过上定位凸台37或者下定位凸台2带动滚筒8转动。每个滚筒内腔31均设有一个活塞35，活塞35可以沿滚筒内腔31中轴线自由滑动，活塞35通过连杆34与转动主体连接，活塞35的厚度为滚筒内腔31深度的三分之一。

二级隔板12的中心设有二级隔板通孔38，二级隔板12上靠近外壳体6的内壁处开设有若干个气液进气口11，气液进气口11旁设有气液分割板10，气液分割板10的截面为三角形。

二级隔板12与一级隔板29之间形成气液分离腔40，气液切割器9设置于液分离腔40内，气液切割器9表面附着有螺旋形刀片，气液切割器9的横截面为圆形，气液切割器9的直径从中间至两端逐渐减小，使气液切割器9呈菱形圆柱状，气液切割器9上两端的螺旋形刀片旋向相反，并且沿从气液切割器9的两端至中间位置的方向，相邻两刀片之间的间距逐渐增大，在气液进气口11处相邻两刀片之间的间距最小。

二级隔板12、三级隔板24与外壳体6之间形成气液腔13，启闭圆盘39安装在气液腔13内，能沿外壳体6的壁面上下滑动，，启闭圆盘39的截面为凹形，启闭圆盘39的底部为台阶状，三级隔板24的顶部设有与启闭圆盘39的底部相配合的凹槽，使得启闭圆盘39的底壁能够与三级隔板24的上壁紧密贴合。启闭圆盘39将气液腔13分为上气液腔27与下气液腔25，启闭圆盘39上开设有若干二级泄流孔16，启闭圆盘39上靠近外壳体6的内壁处开设有若干冲击弯孔26，冲击弯孔26两两关于竖杆41对称，二级泄流孔16两两关于竖杆41对称，冲击弯孔26、二级泄流孔16与一级泄流孔15的数量均相同，冲击弯孔26为等径弯孔，冲击弯孔26的弧度为25°，冲击弯孔26的直径为二级泄流孔16直径的2倍，冲击弯孔26的顶端出口朝向气液腔13的壁面，且冲击弯孔26的顶端出口轴线与气液腔13的壁面之间成15°夹角。

启闭圆盘39中间设有竖杆41，为了避免启闭圆盘39抬升过高与二级隔板12发生碰撞，竖杆41顶端安装有弹性变形阀28，弹性变形阀28的截面为梯形，弹性变形阀28采用橡胶材料，能够有效缓冲冲击。弹性变形阀28顶部设有弹性变形阀通孔14，侧壁底部开设有一级泄流孔15，弹性变形阀通孔14的直径与一级泄流孔15的直径之比为4：1，一级隔板通孔30的直径、二级隔板通孔38的直径与弹性变形阀通孔14的直径之比：1：1：1。竖杆41上设有横向通孔17和纵向通孔18，横向通孔17与下气液腔25连通，纵向通孔18一端与横向通孔17连通，另一端与进水管20连通。

三级隔板24上设有若干三级隔板通孔23，三级隔板通孔23连通下气液腔25与进水管20，进水管20壁面上固定有曲面的弹性钢板19，弹性钢板19上设有若干弹性钢板通孔22，竖杆41的底端穿过三级隔板24和弹性钢板19，且竖杆41的底端设有限位凸台21。限位凸台21直径大于弹性钢板19中间的通孔直径，无法穿过弹性钢板19中间通孔，限位凸台21与弹性钢板19的配合，可以有效避免启闭圆盘39抬起过高与二级隔板12下表面产生碰撞

活塞35、气液切割器9、弹性变形阀28采用橡胶材料制成，弹性钢板采用45号钢加工而成，其余部件均采用石墨烯材料加工成型。

根据本发明实施例的一种应用于离心泵的自吸启动装置的工作过程：

自吸过程开始时，三叶支架33进行顺时针旋转，当三叶支架33的长方体支架接触到滚筒8内壁面上的下定位凸台2时，整个滚筒8随三叶支架33进行顺时针转动，随着三叶支架33的转动，带动连杆34产生摆动，活塞35在连杆34的带动下，不断伸入到滚筒内腔31中，当活塞35伸入到滚筒内腔31顶端时，滚筒内腔31与进气管1形成对接。

随后，三叶支架33进行逆时针旋转，当三叶支架33的长方体支架接触到滚筒8内壁面上的上定位凸台37时，整个滚筒8随三叶支架33进行逆时针转动，活塞35在连杆34的带动下，不断向中心轴36靠近，在滚筒内腔31中形成负压，而此时滚筒内腔31与进气管1形成连通，在压差的作用下，外自吸室3内的空气经过进气管1不断被抽取到滚筒内腔31中，随着滚筒8逆时针转动，滚筒内腔31与进气管1逐渐断开连通，当滚筒内腔31与进气管1完全断开连通时，空气存储在滚筒内腔31与内壳体4的内壁面之间形成的封闭空间里，空气不断被活塞35进行压缩，随着滚筒8转动到滚筒内腔31与排气管5形成连通时，滚筒内腔31内的压缩空气迅速通过排气管5排入到大气中，当三叶支架33往复转动一次时，可以同时完成三次抽气与三次排气过程，当外自吸室3内空气被抽吸进滚筒内腔31内时，通过渐缩形进气管1可以有效进行提速，加快抽吸速度，排气管5包括收缩段和平稳段，由于在排气管5内排出的为滚筒内腔31压缩过的气体，在排气管5内的排放速度过快会引起装置的振动，因此，为确保装置的平稳可靠运行，排气管5的收缩角为进气管1的收缩角的两倍，适当降低排气管5内压缩气体的排放速度，降低排气过程中所产生的振动与噪声。

随着三叶支架33不断往复旋转，外自吸室3内的空气不断被抽取后，排入到大气中，因此外自吸室3内的压力不断降低，由于外自吸室3与气液分离腔40通过一级隔板29中央的一级隔板通孔30形成连通，因此气液分离腔40内的空气在压差的作用下，不仅进入到外自吸室3内，随着外自吸室3内的空气进入滚筒内腔31，最终排出进入到大气中；与此同时，由于气液分离腔40通过二级隔板12上的二级隔板通孔38以及气液进气口11与气液腔13形成连通，使得气液腔13的空气随着气液分离腔40进入到外自吸室3最终排入到大气。

在本发明的启动装置启动前，启闭圆盘39下表面与三级隔板24的上表面紧密贴合，气液腔13与进水管20之间形成封闭，随着外自吸室3内的空气不断被抽吸排出，启闭圆盘39上表面的空气压力不断降低，在压差的作用下启闭圆盘39被抬起。此时，启闭圆盘39下表面与三级隔板24的上表面脱离，三级隔板通孔23将下气液腔25与进水管20形成连通。

当启闭圆盘39下表面与三级隔板24的上表面脱离时，横向通孔17与下气液腔25形成连通，通过纵向通孔18与进水管20形成连通。因此，进水管20内的空气一部分经过三级隔板通孔23进入到下气液腔25中，另一部分则经过纵向通孔18、横向通孔17进入到下气液腔25中。

进入到下气液腔25的空气一部分经过二级泄流孔16进入到上气液腔27内，最终随外自吸室3内的空气排入到大气中，另一部分则通过冲击弯孔26喷射在气液腔13的内壁上，进入到上气液腔27中，经过冲击弯孔26喷射在在气液腔13的内壁上，可以确保启闭圆盘39保持平衡，同时喷射在气液腔13内壁上的空气层附着在气液腔13表面，起到空气润滑的作用，有利于启闭圆盘39的抬升。

随着三叶支架33的往复转动，装置内的空气被不断排出，进水管20中的空气逐渐减少，进水管20中的水位逐渐升高。此时，穿过三级隔板通孔23进入下气液腔25以及通过纵向通孔18、横向通孔17进入下气液腔25的介质不再为单一空气，而是气液混合物，下气液腔25内气液混合物通过二级泄流孔16与冲击弯孔26进入到上气液腔27中，一部分气液混合物通过气液进气口11进入到气液分离腔40中，当气液混合物冲击在气液进气口11旁的气液分割板10时产生第一次气液分离，经过气液分离后的一部分液体回落至上气液腔27中，剩下未完全彻底分离的气液混合物则进入到气液分离腔40中，由于在气液分离腔40中安装有螺旋形刀片的气液切割器9，因此，在气液分离腔40内形成螺旋形流道，一方面气液混合物在气液分离腔40内的螺旋形流道内做离心运动，而水的密度大于空气，因此气液混合物中的水在螺旋形流道内被分离出来。另一方面，气液混合物流经气液切割器9内螺旋形的刀片时产生分离，由于气液切割器9上两侧的螺旋形刀片旋向相反，而气液混合物经过气液分离腔40内相反的螺旋形流道后，在二级隔板通孔38上方发生碰撞，使得气液混合物中的液体聚集在一起，在重力的作用下经二级隔板通孔38回落到上气液腔27中。与此同时，另一部分气液混合物则流经二级隔板通孔38进入气液分离腔40，与回落的液体发生进一步碰撞，对流经二级隔板通孔38的气液混合物进行气液分离，最终经分离后的气体通过一级隔板通孔30进入到外自吸室3，随三叶支架33的往复运动，最终排入到大气中。

当自吸过程进行到末期时，此时三叶支架33停止往复运动，进水管20内充满水，而启闭圆盘39抬升达到最大高度，弹性变形阀28产生压缩变形，弹性变形阀通孔14与二级隔板通孔38形成对接，而进水管20内的弹性钢板19在限位凸台21拉力作用下产生弹性变形，竖杆41上的弹性变形阀28与二级隔板12发生接触，在气液分离腔40内分离出的大量液体经二级隔板通孔38、弹性变形阀通孔14后进入弹性变形阀28中，由于弹性变形阀28底端开设有一级泄流孔15，进入到弹性变形阀28内的液体随一级泄流孔15排入到上气液腔27中，但整体通过弹性变形阀通孔14进入弹性变形阀28的液体流量明显大于一级泄流孔15的排出流量，从而使得弹性变形阀28内的液体不断增多，而由一级泄流孔15的排出的液体累积在启闭圆盘39上表面，不断通过二级泄流孔16进入到下气液腔25，在弹性变形阀28内液体和启闭圆盘39上表面液体重力、弹性变形阀28变形后的恢复力以及弹性钢板19的弹性作用下，启闭圆盘39逐渐开始回落，进入下气液腔25内的液体一部分通过三级隔板通孔23回流到进水管20中，另一部分则依次经过横向通孔17、纵向通孔18排入到进水管20中，当启闭圆盘39回落至三级隔板24上表面时，弹性变形阀28与启闭圆盘39上表面无液体，启闭圆盘39在自身的重力作用下封闭下气液腔25与进水管20之间的连通，有效的克服了因残留液体重力所引起的装置再次启动时阻力大的问题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。