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一种自吸泵进口管路的水锤破碎装置
申请号	CN201910194296.8	申请日	2019-03-14	公开(公告)号	CN110067908B	公开(公告)日	2024-03-19
申请人	江苏大学;			发明人	常浩; 施卫东; 李伟; 杨勇飞; 王川;
摘要	本发明提供了一种自吸泵进口管路的水锤破碎装置，包括：反射管路，一端与泵进口管出水口连通；起跳隔板，设置于反射管路的另一端，起跳隔板上设有通孔；偏置球塞，放置于通孔上；喷嘴，喷嘴的出口朝向进水口，并与泵进口管进水口连通；集液室，底部与喷嘴的进口连通；及管路壳体，管路壳体一端封闭，另一端与反射管路的另一端连接，内部设有偏置隔板、一级挡板、二级隔板、叶轮和三级隔板，形成高压管路、低压管路、一级泄压室、二级泄压室和三级泄压室；本发明可以根据关闭止推阀时所产生的压力大小，选择不同的泄压管路，降低进口管中的冲击破坏，并能利用前一级收集到的能量波对下一级的水流冲击进行抵消，实现对水锤的破碎。
权利要求	1.一种自吸泵进口管路的水锤破碎装置，安装在泵进口管上，所述泵进口管具有出水口(1)和进水口(26)，其特征在于，包括：反射管路(2)，一端与所述出水口(1)连通；起跳隔板(3)，设置于所述反射管路(2)的另一端，所述起跳隔板(3)上设有通孔；偏置球塞(4)，放置于所述通孔上，所述偏置球塞(4)能够密封所述通孔；喷嘴(25)，所述喷嘴(25)的轴线与所述泵进口管的轴线相交，所述喷嘴(25)的出口朝向所述进水口(26)，并与所述进水口(26)连通，所述喷嘴(25)的内壁沿水流方向渐缩；集液室(23)，所述喷嘴(25)的进口与所述集液室(23)的底部连通；及管路壳体，所述管路壳体一端封闭，另一端与所述反射管路(2)的另一端连接，所述管路壳体上设有泄流孔(22)；其中所述管路壳体内设有偏置隔板(6)、二级隔板(12)、叶轮(16)和三级隔板(17)，所述偏置隔板(6)为圆弧面形，靠近所述偏置球塞(4)设置，将所述管路壳体分隔为并行的高压管路(7)和低压管路(5)，所述低压管路(5)的一端位于所述偏置球塞(4)的正上方，所述二级隔板(12)设置于所述高压管路(7)远离所述偏置球塞(4)的一端，所述高压管路(7)的内壁上设有环状的一级挡板(8)，所述一级挡板(8)与所述二级隔板(12)之间形成一级泄压室(11)，所述二级隔板(12)上设有多个射流通孔(13)，所述一级泄压室(11)内设有第一弹性机构，初始状态下能够密封所述一级挡板(8)，外力作用下，所述第一弹性机构远离所述一级挡板(8)；所述三级隔板(17)位于所述二级隔板(12)与所述管路壳体的封闭端之间，并将所述管路壳体分隔，所述三级隔板(17)与所述管路壳体的封闭端之间形成三级泄压室(21)，所述泄流孔(22)连通所述三级泄压室(21)与所述集液室(23)，所述三级隔板(17)上设有扩散孔(18)，所述三级泄压室(21)内设有第二弹性机构，初始状态下能够密封所述扩散孔(18)，外力作用下，所述第二弹性机构远离与所述扩散孔(18)；所述二级隔板(12)与所述三级隔板(17)之间形成二级泄压室(14)，所述二级泄压室(14)与所述低压管路(5)连通，所述叶轮(16)同轴设于所述二级泄压室(14)内，所述叶轮(16)的叶片数为奇数，所述叶轮(16)的所有叶片的长度依次呈等差数列。 2.根据权利要求1所述的自吸泵进口管路的水锤破碎装置，其特征在于，所述第一弹性机构包括一级弹簧(10)和一级弹簧垫板(9)，所述一级弹簧连接所述二级隔板(12)与所述一级弹簧垫板(9)，初始状态下，所述一级弹簧垫板(9)与所述一级挡板(8)贴合，并密封所述一级挡板(8)，所述一级弹簧(10)处于压缩状态；所述第二弹性机构包括止推隔板(19)和二级弹簧(20)，所述二级弹簧(20)连接所述管路壳体的封闭端与所述止推隔板(19)，初始状态下，所述二级弹簧(20)处于自由状态，所述止推隔板(19)与所述三级隔板贴合并密封所述扩散孔(18)。 3.根据权利要求1所述的自吸泵进口管路的水锤破碎装置，其特征在于，所述喷嘴(25)的轴线与所述泵进口管的轴线之间形成的夹角为45°。 4.根据权利要求1所述的自吸泵进口管路的水锤破碎装置，其特征在于，所述偏置球塞(4)的球心位于所述起跳隔板(3)的上方，且所述偏置球塞(4)的球心与所述起跳隔板(3)之间的距离为所述偏置球塞(4)直径的四分之一。 5.根据权利要求1所述的自吸泵进口管路的水锤破碎装置，其特征在于，所述射流通孔(13)的个数为四个，四个所述射流通孔(13)以所述二级隔板的轴线为中心沿周向均匀分布；所述扩散孔(18)的个数为四个，四个所述射流通孔(13)以所述三级隔板(17)的轴线为中心沿周向均匀分布，所述射流通孔(13)与所述扩散孔(18)之间交错分布，且所述射流通孔(13)与所述扩散孔(18)之间的直径比为1：2。 6.根据权利要求1所述的自吸泵进口管路的水锤破碎装置，其特征在于，所述反射管路(2)的轴线与所述泵进口管的轴线的夹角为70°。 7.根据权利要求1所述的自吸泵进口管路的水锤破碎装置，其特征在于，所述偏置隔板(6)靠近所述偏置球塞(4)的一端面为圆弧面，所述圆弧面的半径为所述偏置球塞(4)的半径的三分之一。 8.根据权利要求2所述的自吸泵进口管路的水锤破碎装置，其特征在于，所述一级弹簧垫板(9)与所述止推隔板(19)均采用树脂材料制成。
说明书全文	一种自吸泵进口管路的水锤破碎装置技术领域 [0001] 本发明涉及水锤破碎装置，尤其涉及一种自吸泵进口管路的水锤破碎装置。背景技术 [0002] 自吸泵在启动过程结束后，为确保泵内保留有一定量的启动循环水，方便自吸泵再次启动时能够迅速运行，会在泵的进口管出水口处安装止推阀。当自吸泵运行结束时，止推阀会迅速关闭，封闭自吸泵，储存启动循环水。然而，由于止推阀关闭，进口管中的水的流速突然变化，在压力水流的惯性作用下，产生水流冲击波，极易导致管路因局部超压而破裂，引起管路强烈振动，管道接头断裂，甚至会对止推阀造成破坏，影响正常水利运输。发明内容 [0003] 针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种自吸泵进口管路的水锤破碎装置，可以根据关闭止推阀时所产生的压力大小，选择不同的泄压管路，降低进口管中的冲击破坏。并且，能够对泄压后的水流进行收集，利用前一级收集到的能量波对下一级的水流冲击进行抵消，从而实现了对水锤的破碎，确保自吸泵进口管路的安全平稳运行。 [0004] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。 [0005] 一种自吸泵进口管路的水锤破碎装置，安装在泵进口管上，所述泵进口管具有出水口和进水口，包括： [0006] 反射管路，一端与所述出水口连通； [0007] 起跳隔板，设置于所述反射管路的另一端，所述起跳隔板上设有通孔； [0008] 偏置球塞，放置于所述通孔上，所述偏置球塞能够密封所述通孔； [0009] 喷嘴，所述喷嘴的轴线与所述泵进口管的轴线相交，所述喷嘴的出口朝向所述进水口，并与所述进水口连通； [0010] 集液室，所述喷嘴的进口与所述集液室的底部连通；及 [0011] 管路壳体，所述管路壳体一端封闭，另一端与所述反射管路的另一端连接，所述管路壳体上设有泄流孔； [0012] 其中所述管路壳体内设有偏置隔板、二级隔板、叶轮和三级隔板，所述偏置隔板为圆弧面形，靠近所述偏置球塞设置，将所述管路壳体分隔为并行的高压管路和低压管路，所述低压管路的一端位于所述偏置球塞的正上方，所述二级隔板设置于所述高压管路远离所述偏置球塞的一端，所述高压管路的内壁上设有环状的一级挡板，所述一级挡板与所述二级挡板之间形成一级泄压室，所述二级挡板上设有多个射流通孔，所述一级泄压室内设有第一弹性机构，初始状态下能够密封所述一级挡板，外力作用下，所述第一弹性机构远离所述一级挡板； [0013] 所述三级隔板位于所述二级隔板与所述管路壳体的封闭端之间，并将所述管路壳体分隔，所述三级隔板与所述管路壳体的封闭端之间形成三级泄压室，所述泄流孔连通所述三级泄压室与所述集液室，所述三级隔板上设有扩散孔，所述三级泄压室内设有第二弹性机构，初始状态下能够密封所述扩散孔，外力作用下，所述第二弹性机构远离与所述扩散孔； [0014] 所述二级隔板与所述三级隔板之间形成二级泄压室，所述二级泄压室与所述低压管路连通，所述叶轮同轴设于所述二级泄压室内。 [0015] 优选地，所述第一弹性机构包括一级弹簧和一级弹性挡板，所述一级弹簧连接所述二级挡板与所述一级弹性挡板，初始状态下，所述一级弹性挡板与所述一级挡板贴合，并密封所述一级挡板，所述一级弹簧处于压缩状态； [0016] 所述第二弹性机构包括止推隔板二级弹簧，所述二级弹簧连接所述管路壳体的封闭端与所述止推隔板，初始状态下，所述二级弹簧处于自由状态，所述止推隔板与所述三级隔板贴合并密封所述扩散孔。 [0017] 优选地，所述喷嘴的内壁沿水流方向渐缩。 [0018] 优选地，所述叶轮的叶片数为奇数，所述叶轮的所有叶片的长度依次呈等差数列。 [0019] 优选地，所述喷嘴的轴线与所述泵进口管的轴线之间形成的夹角α为45°。 [0020] 优选地，所述偏置球塞的球心位于所述起跳隔板的上方，且所述偏置球塞的球心与所述起跳隔板之间的距离为所述偏置球塞直径的四分之一。 [0021] 优选地，所述射流通孔的个数为四个，四个所述射流通孔以所述二级隔板的轴线为中心沿周向均匀分布； [0022] 所述扩散孔的个数为四个，四个所述射流通孔以所述三级隔板的轴线为中心沿周向均匀分布，所述射流通孔与所述扩散孔之间交错分布，且所述射流通孔与所述扩散孔之间的直径比为1：2。 [0023] 优选地，所述反射管路的轴线与所述泵进口管的轴线的夹角β为70°。 [0024] 优选地，所述偏置隔板靠近所述偏置球塞的一端面为圆弧面，所述圆弧面的半径为所述偏置球塞的半径的三分之一。 [0025] 优选地，所述一级弹簧垫板与所述止推隔板均采用树脂材料制成。 [0026] 本发明的有益效果： [0027] 1)本发明整个装置安装在泵进口管上，根据出水口处产生水锤的压力值不同，从而使得水流冲击波通过高压管路或低压管路重新注入到进水口处，对下一级水流冲击波进行冲击破碎，本发明中采用连续的三级泄压室，依次对高压水流冲击波进行泄压，并对削弱后的水流冲击波进行适当提速，收集上一级水流冲击波产生的能量，对下一级即将进入泵进口管的水流冲击波进行抵消，有效利用水锤发生时对部件有害的局部高压 [0028] 2)本发明采用不对称不等径叶轮，使得水流冲击波经过叶轮后产生较大的周向扰动，具有一定量的旋转动量，当与下一级水流冲击波进行冲击破碎时，能够利用具有旋度的来流冲击波来削弱下一级来流，降低进口管在冲击过程中所产生的噪声与振动。 [0029] 3)本发明的喷嘴内径沿水流方向的内壁沿水流方向渐缩，并且喷嘴的轴线与泵进口管的轴线之间的夹角为45°，有利于对进一步提升水流冲击波的速度，增强与下一级来流冲击的抵消能量。同时，可以产生相同的轴向与径向相同大小的速度分量，一方面，径向速度分量可以增强喷嘴喷出的高速射流的周向的转动惯量，另一方面增强在轴向上与次级来流进行冲击的能量。 [0030] 4)本发明的第二弹性机构中的止推隔板，能够有效避免因次级水流冲击波过大，装置按照逆向进行运转，对零部件造成损坏。 [0031] 5)一级弹簧垫板与止推隔板均采用树脂材料加工成型，表面光滑，不会产生偏转卡顿，同时材料不吸水，耐磨性较高，不易破损，避免了频繁更换。附图说明 [0032] 图1为根据本发明实施例的一种自吸泵进口管路的水锤破碎装置的结构示意图。 [0033] 附图标记： [0034] 1‑出水口；2‑反射管路；3‑起跳隔板；4‑偏置球塞；5‑低压管路；6‑偏置隔板；7‑高压管路；8‑一级挡板；9‑一级弹簧垫板；10‑一级弹簧；11‑一级泄压室；12‑二级隔板；13‑射流通孔；14‑二级泄压室；15‑转轴；16‑叶轮；17‑三级隔板；18‑扩散孔；19‑止推隔板；20‑二级弹簧；21‑三级泄压室；22‑泄流孔；23‑集液室；24‑集液出口管；25‑喷嘴；26‑进水口。具体实施方式 [0035] 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。 [0036] 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。 [0037] 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。 [0038] 下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种自吸泵进口管路的水锤破碎装置。 [0039] 请参阅图1，根据本发明实施例的一种自吸泵进口管路的水锤破碎装置，安装在泵进口管上，泵进口管具有出水口1和进水口26，水锤破碎装置包括反射管路2、起跳隔板3、偏置球塞4、喷嘴25、集液室23和管路壳体。 [0040] 具体地，反射管路2的一端与所述出水口1连通，所述反射管路2的轴线与所述泵进口管的轴线的夹角β为70°，起跳隔板3设置于反射管路2的另一端，起跳隔板3上设有通孔，偏置球塞4放置于通孔上，并且偏置球塞4能够密封通孔，当自吸泵运行结束后，自吸泵进口的止推阀关闭，在泵进口管出口处在短时间内迅速产生局部高压。当产生的局部压力过大时，水流冲击波充满整个反射管路2，使得偏置球塞4弹起。作为优选，本实施例中的偏置球塞4的球心位于起跳隔板3的上方，且偏置球塞4的球心与起跳隔板3之间的距离为偏置球塞 4直径的四分之一，使得偏置球塞4容易弹起。 [0041] 管路壳体的一端封闭，另一端与反射管路2的另一端连接，管路壳体上设有泄流孔22。管路壳体内设有偏置隔板6、二级隔板12、叶轮16和三级隔板17，偏置隔板6为圆弧面形，靠近偏置球塞4设置，将管路壳体的一部分管路分隔为并行的高压管路7和低压管路5，低压管路5的一端位于偏置球塞4的正上方，作为优选，偏置隔板6靠近偏置球塞4的一端面为圆弧面，圆弧面的半径为偏置球塞4的半径的三分之一，因此，水流冲击波与偏置球塞4发生碰撞后，偏置球塞4进入低压管路5，堵塞住低压管路5的进口，此时反射管路2与高压管路7形成连通。 [0042] 二级隔板12设置于高压管路7远离偏置球塞4的一端，高压管路7的内壁上设有环状的一级挡板8，一级挡板8凸出高压管路7内壁面的高度为高压管路7内径的八分之一，一级挡板8与二级挡板12之间形成一级泄压室11，一级泄压室11内设有第一弹性机构，初始状态下能够密封一级挡板8，外力作用下，第一弹性机构远离一级挡板8。作为优选，本实施例中的第一弹性机构包括一级弹簧19和一级弹性挡板9，一级弹簧连接二级挡板12与一级弹性挡板9，初始状态下，一级弹性挡板9与一级挡板8贴合，并密封一级挡板8，一级弹簧19处于压缩状态。高压水流冲击波经过高压管路7，首先与一级挡板8产生碰撞，抵消掉一部分能量，其余高压水流冲击波则绕过一级挡板8，冲击在一级弹簧垫板9上。由于一级弹簧10处于压缩状态，因此，水流冲击波需要克服较大阻力才能推动一级弹簧垫板9，使其脱离一级挡板8表面，从而使得高压管路7与一级泄压室11形成连通，此时，高压水流冲击波能量得到大幅削减。 [0043] 二级挡板12上设有多个射流通孔13，作为优选，本实施例中的射流通孔13的个数为四个，四个射流通孔13以二级隔板的轴线为中心沿周向均匀分布，高压水流冲击波经过一级弹簧垫板9，在能量大幅削减后，穿过二级隔板12上直径较小的射流通孔13进行适当提速。 [0044] 三级隔板17位于二级隔板12与管路壳体的封闭端之间，并将管路壳体分隔，三级隔板17与管路壳体的封闭端之间形成三级泄压室21，二级隔板12与三级隔板17之间形成二级泄压室14，二级泄压室14与低压管路5连通，叶轮16安装于绕转轴15上，绕转轴15同轴设置于二级泄压室14内。经过射流通孔13提速后的水流冲击波冲击在二级泄压室14内的叶轮 16叶片表面，叶轮16采用具有7根叶片，且7根叶片长度均不相同，依次呈现等差数列形式，采用奇数叶片可以有效使得二级泄压室14产生不均匀流场，而采用7根不等长的叶片有利于产生绕转轴15的转动惯量，增强二级泄压室14内的周向扰动。 [0045] 三级隔板17上设有多个扩散孔18，作为优选，本实施例中的扩散孔18的个数为四个，四个射流通孔13以三级隔板17的轴线为中心沿周向均匀分布，射流通孔13与扩散孔18 之间交错分布，且射流通孔13与扩散孔18之间的直径比为1：2。带有转动惯量的水流冲击波经过射流通孔13，有利于进一步增强周向扰动。 [0046] 三级泄压室21内设有第二弹性机构，初始状态下能够密封扩散孔18，外力作用下，第二弹性机构远离与扩散孔18；作为优选，本实施例中的第二弹性机构包括止推隔板19和二级弹簧20，二级弹簧20连接管路壳体的封闭端与止推隔板19，初始状态下，二级弹簧20处于自由状态，止推隔板19与三级隔板贴合并密封扩散孔18。一级弹簧10与二级弹簧20的弹性模量之比为2：1，一级弹簧10与二级弹簧20的弹簧截面圆形直径之比为2：1，阻力相比一级弹簧垫板9明显减小，从射流通孔13流出的带有周向扰动的水流冲击波冲击在止推隔板 19表面时，止推隔板19脱离三级隔板17表面，随着二级弹簧20不断被压缩，止推隔板19侧面不再堵塞三级泄压室21底端的泄流孔22，使得进入到三级泄压室21内。 [0047] 泄流孔22连通三级泄压室21与集液室23，集液室23的底端通过集液出口管24与喷嘴25的进口连通，随着二级弹簧20不断被压缩，止推隔板19侧面不再堵塞三级泄压室21底端的泄流孔22，使得进入到三级泄压室21的带有周向扰动的水流冲击波穿过泄流孔22进入到集液室23内。此时，集液室23内的高速水流冲击波具有较高周向转动惯量，随着集液出口管24进入到喷嘴25中。 [0048] 喷嘴25的轴线与泵进口管的轴线之间的夹角α为45°，沿水流方向，喷嘴25的内壁渐缩，收缩角为10°，采用渐缩形结构形式的喷嘴25有利于对进一步提升水流冲击波的速度，增强与下一级来流冲击的抵消能量。同时，喷嘴25中轴线与泵进口管的轴线之间的夹角为45°，可以产生相同的轴向与径向相同大小的速度分量，一方面，径向速度分量可以增强喷嘴25喷出的高速射流的周向的转动惯量，另一方面增强在轴向上与次级来流进行冲击的能量。 [0049] 当自吸泵运行结束后，自吸泵进口的止推阀关闭，在泵进口管出口处产生的局部压力较小时，水流冲击波沿反射管路2左侧壁面不断向上蔓延，首先接触偏置球塞4左侧下表面，因此对偏置球塞4产生向右倾斜的力，使得偏置球塞4向右弹起堵塞高压管路7。此时，水流冲击波直接沿低压管路5进入到二级泄压室14内，不经过高阻力的一级泄压室11，从而在二级泄压室14增强转动惯量后，穿过直径较大的扩散孔18，推动止推隔板19与泄流孔22 产生错位，进入到集液室23内，最终通过喷嘴25进入到泵进管进水口处，与即将来临的下一级冲击波相互抵消。 [0050] 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。 [0051] 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。