本發(fā)明涉及車載消防等特種工作用泵技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種穩(wěn)壓離心泵。

背景技術(shù)：

消防泵應(yīng)滿足流量和壓力要求，具有耐腐蝕性能，水力特性曲線應(yīng)平緩，應(yīng)減少或者是避免小流量時(shí)壓力過高、大流量時(shí)壓力降低過快的情況出現(xiàn)。

車用消防泵目前多選用離心泵，離心泵隨著流量的增加，壓力明顯變小。用作消防泵時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“跳槍”現(xiàn)象，需要在離心泵系統(tǒng)內(nèi)增加電子調(diào)壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低。

常規(guī)離心泵葉輪為扭曲葉片，制造工藝復(fù)雜，制造精度很難保證。常規(guī)離心泵葉輪為閉式結(jié)構(gòu)，為了防止流量的泄漏，一般需設(shè)置口環(huán)結(jié)構(gòu)。雖然口環(huán)結(jié)構(gòu)保證了離心泵的效率，但消防泵一般長期備用，應(yīng)急時(shí)起動(dòng)。長期備用導(dǎo)致口環(huán)結(jié)構(gòu)容易發(fā)生銹蝕、卡死等現(xiàn)象，達(dá)不到消防泵應(yīng)急使用要求。

常規(guī)穩(wěn)壓泵吸上高度大約1.5-3米，隨著吸上高度的增加，泵內(nèi)汽蝕現(xiàn)象逐漸加重，甚至不能工作，滿足不了消防車吸程7米的基本要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明旨在解決上面描述的問題。本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)壓離心泵，隨流量增加壓力基本保持穩(wěn)定，體積小、制造成本低，葉輪葉片結(jié)構(gòu)簡單，不易發(fā)生銹蝕卡死現(xiàn)象，吸程可達(dá)7米以上，滿足車載消防泵的各項(xiàng)要求。

本發(fā)明提供了一種穩(wěn)壓離心泵，包括泵體、葉輪、主軸和誘導(dǎo)輪，所述葉輪套設(shè)在所述主軸上、且位于所述泵體內(nèi)，所述誘導(dǎo)輪與所述主軸同軸線設(shè)置、位于所述泵體的入口內(nèi)；其中，所述葉輪包括葉輪主體、n個(gè)主葉片和m個(gè)背葉片，n、m均為大于等于2的正整數(shù)，n個(gè)所述主葉片均勻分布在所述葉輪主體的第一側(cè)，m個(gè)所述背葉片均勻分布在所述葉輪主體的第二側(cè)；所述主葉片為彎折結(jié)構(gòu)，包括主體部和彎折部，所述彎折部的彎折方向與所述葉輪使用時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向一致，所述彎折部的端部與所述葉輪主體的邊緣對齊設(shè)置。

其中，葉輪的外徑d按照下述公式計(jì)算：

式中，d-葉輪外徑，單位為m；k-速度系數(shù)，無量綱，取值為15～16；h-穩(wěn)壓離心泵的揚(yáng)程，單位為m；g-重力加速度，單位為m/s²；n-葉輪轉(zhuǎn)速，單位為r/min。

其中，穩(wěn)壓離心泵的壓水室喉部直徑d按照下述公式計(jì)算：

式中，d-壓水室喉部直徑，單位為m；a-直徑系數(shù)，無量綱，取值為1.0～1.2；q-流量，單位為m³/h；u-葉輪出口的圓周速度，單位為m/s。

其中，葉輪主葉片的彎折部與主體部的夾角為145°～160°。

其中，葉輪主葉片彎折部的長度為所述主葉片的長度的1/4～1/3。

其中，葉輪還包括n個(gè)從葉片，n個(gè)所述從葉片均勻分布在所述葉片主體的第一側(cè)，且與n個(gè)所述主葉片交替設(shè)置；n個(gè)所述從葉片為折彎結(jié)構(gòu)，包括第一主體部和第一彎折部，所述第一彎折部的彎折方向與所述葉輪使用時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向一致，所述第一彎折部的端部與所述葉輪主體的邊緣對齊設(shè)置，且所述第一彎折部的長度與所述彎折部的長度相等，所述第一主體部的長度小于所述主體部的長度。

其中，穩(wěn)壓離心泵不包括口環(huán)結(jié)構(gòu)。

其中，葉輪的軸向兩端與所述泵體的內(nèi)壁之間的間隙為0～2mm。

其中，誘導(dǎo)輪包括空心輪軸和多個(gè)螺旋葉片，所述空心輪軸的第一端為圓柱結(jié)構(gòu)、第二端為圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)螺旋葉片均勻分布在所述空心輪軸的第二端外表面；所述螺旋葉片為右旋結(jié)構(gòu)，所述螺旋葉片的法向厚度為2mm。

其中，誘導(dǎo)輪的螺旋葉片的導(dǎo)程為136.7mm，其進(jìn)口包角為158°，從所述螺旋葉片的進(jìn)口邊葉尖到出口邊葉片包角為355.56°。

本發(fā)明提供的穩(wěn)壓離心泵，葉輪采用不帶口環(huán)結(jié)構(gòu)的半開式結(jié)構(gòu)，可以及時(shí)啟動(dòng)，并且不會(huì)產(chǎn)生銹蝕、卡死現(xiàn)象。該穩(wěn)壓離心泵隨流量的增加，壓力基本保持穩(wěn)定，吸程可達(dá)7米以上，無需調(diào)壓系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、制造成本低，能夠滿足車載消防泵的各項(xiàng)要求。

參照附圖來閱讀對于示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其他特性特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清晰。

附圖說明

并入到說明書中并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。在這些附圖中，類似的附圖標(biāo)記用于表示類似的要素。下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1示出了本發(fā)明穩(wěn)壓離心泵一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2和圖3示出了本發(fā)明穩(wěn)壓離心泵一種實(shí)施例的葉輪的主視圖和左視圖。

圖4示出了本發(fā)明穩(wěn)壓離心泵一種實(shí)施例的泵體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為常規(guī)離心泵與穩(wěn)壓離心泵的特性曲線對比圖

圖6示出了本發(fā)明穩(wěn)壓離心泵一種實(shí)施例的葉輪的主視圖。

圖7示出了本發(fā)明穩(wěn)壓離心泵一種實(shí)施例的誘導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。

本發(fā)明的基本思想是，采用半開式結(jié)構(gòu)的葉片，確保穩(wěn)壓離心泵能夠及時(shí)啟動(dòng)，避免發(fā)生銹蝕卡死的現(xiàn)象，滿足車載消防的即啟即用的需求；同時(shí)將穩(wěn)壓離心泵的葉片傾斜方向設(shè)計(jì)為與泵在使用時(shí)葉輪的旋轉(zhuǎn)方向一致，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在泵腔內(nèi)形成旋流，達(dá)到穩(wěn)壓輸出特性。另外，在入水口一側(cè)，增加誘導(dǎo)輪，誘導(dǎo)輪與葉輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，誘導(dǎo)輪令穩(wěn)壓離心泵的入水口處水流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，有效改善葉輪入口水流狀況，破壞汽蝕發(fā)生的機(jī)理，使車載消防穩(wěn)壓泵在吸程7米的工況穩(wěn)定運(yùn)行。

下面結(jié)合附圖，對根據(jù)本發(fā)明所提供的穩(wěn)壓離心泵進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1至圖4所示，本發(fā)明提供的穩(wěn)壓離心泵的一種實(shí)施例中，穩(wěn)壓離心泵包括泵體1、葉輪2、主軸3和誘導(dǎo)輪4，所述葉輪2套設(shè)在所述主軸3上、且位于所述泵體1內(nèi)，所述誘導(dǎo)輪4與所述主軸3同軸線設(shè)置、位于所述泵體1的入口內(nèi)；其中，所述葉輪2包括葉輪主體21、n個(gè)主葉片22和m個(gè)背葉片23，n、m均為大于等于2的正整數(shù)，n個(gè)所述主葉片22均勻分布在所述葉輪主體21的第一側(cè)，m個(gè)所述背葉片23均勻分布在所述葉輪主體21的第二側(cè)。由于葉輪主體21呈圓盤狀結(jié)構(gòu)，n個(gè)主葉片22和m個(gè)背葉片23均由葉輪主體21的中心呈發(fā)散狀分布在其表面。主葉片數(shù)量n、和背葉片數(shù)量m可通常設(shè)置為6～16。

具體地，主葉片22為彎折結(jié)構(gòu)，包括主體部221和彎折部222，所述彎折部222的彎折方向與所述葉輪2使用時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向一致，所述彎折部222的端部與所述葉輪主體21的邊緣對齊設(shè)置。背葉片23為直條狀或者直板狀結(jié)構(gòu)。

與常規(guī)的離心泵不同的是，常規(guī)離心泵的葉片旋轉(zhuǎn)、扭曲或傾斜方向與其在使用中的旋轉(zhuǎn)方向相反，而本發(fā)明的穩(wěn)壓離心泵中，彎折部222的彎折方向與所述葉輪2使用時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向一致，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在泵腔內(nèi)產(chǎn)生螺旋流，達(dá)到穩(wěn)壓輸出的特性。穩(wěn)壓泵隨著流量增加，壓力基本保持穩(wěn)定。

圖5為常規(guī)離心泵和本發(fā)明的穩(wěn)壓離心泵的特性曲線對比示意圖。曲線l1為本發(fā)明的穩(wěn)壓離心泵的特性曲線，曲線l2為常規(guī)離心泵的特性曲線，由曲線l1與曲線l2的對比可知，常規(guī)離心泵隨著流量的增加，其壓力明顯降低，變化幅度達(dá)到50％以上；而本發(fā)明的穩(wěn)壓離心泵隨著流量變化，其揚(yáng)程(壓力)基本保持穩(wěn)定，變化幅度在5％以內(nèi)。

本發(fā)明的穩(wěn)壓離心泵，具有穩(wěn)壓輸出的特征，同時(shí)增加誘導(dǎo)輪4，誘導(dǎo)輪4套設(shè)在主軸3上且與主軸3同軸線設(shè)置，與葉輪2同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，誘導(dǎo)輪在泵體1入口處，誘導(dǎo)輪4令穩(wěn)壓離心泵入水口處水流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，改善葉輪2入口水流狀況，破壞汽蝕發(fā)生的機(jī)理，令穩(wěn)壓離心泵吸程提高。

根據(jù)本發(fā)明的穩(wěn)壓離心泵，其葉輪2的外徑d按照下述公式計(jì)算：

式中，d-葉輪外徑，單位為m；k-速度系數(shù)，無量綱；h-穩(wěn)壓離心泵的揚(yáng)程，單位為m；g-重力加速度，單位為m/s²；n-葉輪轉(zhuǎn)速，單位為r/min。依據(jù)流場模擬計(jì)算結(jié)果和實(shí)際泵在使用中的測試數(shù)據(jù)，發(fā)明人經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證，在低轉(zhuǎn)速時(shí)，速度系數(shù)k的取值為15～16較為合理。

以12/60泵型為例，其設(shè)計(jì)揚(yáng)程為130m，流量為60l/s，轉(zhuǎn)速為2400r/min，按照傳統(tǒng)的計(jì)算方式，葉輪外徑的理論計(jì)算值應(yīng)為368mm；根據(jù)流暢模擬計(jì)算結(jié)果和實(shí)際使用的測試數(shù)據(jù)，葉輪外徑d取值為320mm，與理論計(jì)算值相差較大。而按照本發(fā)明的上述公式及參數(shù)計(jì)算的葉片2的外徑d取值應(yīng)該為315.5mm～336.5mm，更加接近根據(jù)測試數(shù)據(jù)的到的葉輪外徑。由于葉輪外徑d對于泵體的設(shè)計(jì)以及泵型的設(shè)計(jì)和使用效果等具有較大影響，而通過上述對比可知，傳統(tǒng)的計(jì)算方式與實(shí)際值相差較大，不適用于本發(fā)明的穩(wěn)壓離心泵中的葉片2的結(jié)構(gòu)；通過充分查閱資料，發(fā)現(xiàn)此種葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并沒有相關(guān)的公開文獻(xiàn)可參考。

葉輪2的外徑d減小，不僅僅對于穩(wěn)壓離心泵的參數(shù)和使用效果有影響，而且有利于穩(wěn)壓離心泵的體積減小、重量減輕，經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)表明，速度系數(shù)k為15～16時(shí)，在滿足葉輪外徑減小的情況下，不影響穩(wěn)壓離心泵的整體性能。

穩(wěn)壓離心泵的另一個(gè)核心參數(shù)為壓水室喉部直徑d，在本發(fā)明中，該參數(shù)按照下述公式計(jì)算：

式中，d-壓水室喉部直徑，單位為m；a-直徑系數(shù)，無量綱；q-流量，單位為m³/h；u-葉輪出口的圓周速度，單位為m/s。同樣地，依據(jù)流場模擬計(jì)算結(jié)果和實(shí)際泵在使用中的測試數(shù)據(jù)，發(fā)明人經(jīng)過大量的試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，在低轉(zhuǎn)速時(shí)，直徑系數(shù)a的取值為1.0～1.2較為合理。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，直徑系數(shù)a可以優(yōu)選為1.1。

仍然以12/60泵型為例，其流量q為60l/s，即216m³/h，葉輪2出口的圓周速度u根據(jù)葉輪2的外徑d計(jì)算得出，依照傳統(tǒng)的計(jì)算方式可以算得泵的射流口截面積的理論計(jì)算值為4247mm²，即壓水室喉部直徑d的傳統(tǒng)理論值約為73.5mm；而在實(shí)際試驗(yàn)和測試中，射流口截面積取值3000mm²時(shí)，即壓水室喉部直徑d取值61.8mm，實(shí)際流量超過泵的額定流量60l/s、一直達(dá)到80l/s時(shí)，泵的揚(yáng)程仍然能夠保證在130m，直到實(shí)際流量值超過88l/s時(shí)，揚(yáng)程才出現(xiàn)急劇下降的斷流狀態(tài)。由此可知，本發(fā)明的穩(wěn)壓離心泵的壓水室喉部直徑d的數(shù)值不宜通過傳統(tǒng)的計(jì)算方式進(jìn)行取值，其誤差過大，對于泵的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及使用性能等均具有較大影響。

上述數(shù)據(jù)是在直徑系數(shù)a取值約為1.1的情況下測得的，壓水室喉部直徑d為穩(wěn)壓離心泵的核心數(shù)據(jù)，目前并沒有相關(guān)的公開文獻(xiàn)確認(rèn)此種泵中此數(shù)據(jù)及類似的計(jì)算和取值。

另一方面，壓水室喉部直徑d的減小，有利于穩(wěn)壓離心泵的體積減小，重量減輕。經(jīng)大量試驗(yàn)表明，直徑系數(shù)a取1.0～1.2時(shí)，在滿足壓水室喉部直徑d減小的情況下，穩(wěn)壓離心泵的截?cái)嗔髁咳赃_(dá)到要求范圍。

常規(guī)離心泵為了調(diào)整滿足壓力的需求，采用扭曲葉片，其制造工藝極為復(fù)雜、而且對于尺寸的精度要求極高；在本發(fā)明的穩(wěn)壓離心泵中，主葉片22的結(jié)構(gòu)采用折彎結(jié)構(gòu)，不僅結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，而且尺寸精度易保證。具體地，其彎折部222與所述主體部221的夾角為145°～160°。彎折部222的長度為所述主葉片22的長度的1/4～1/3。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)表明，彎折部222采用上述長度和角度設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓離心泵性能較好。

另外，根據(jù)實(shí)際使用需求的不同，本發(fā)明的穩(wěn)壓離心泵的葉片還可以是長短相間的設(shè)置。如圖6所示，穩(wěn)壓離心泵的葉輪2還可以包括n個(gè)從葉片24，n個(gè)所述從葉片24均勻分布在所述葉片主體21的第一側(cè)，且與n個(gè)所述主葉片22交替設(shè)置；n個(gè)所述從葉片24為折彎結(jié)構(gòu)，包括第一主體部241和第一彎折部242，所述第一彎折部242的彎折方向與所述葉輪2使用時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向一致，所述第一彎折部242的端部與所述葉輪主體21的邊緣對齊設(shè)置，且所述第一彎折部242的長度與所述彎折部222的長度相等。葉片傾斜角度與泵旋轉(zhuǎn)方向一致，與常規(guī)離心泵方向相反,主葉片22和從葉片24交替設(shè)置。從葉片24與泵腔形成的側(cè)向間隙、徑向間隙較大，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，更易在泵腔內(nèi)形成螺旋流，從而達(dá)到穩(wěn)壓輸出特性。

需要指出的是，常規(guī)離心泵為了保證其效率，設(shè)計(jì)了口環(huán)結(jié)構(gòu)，但是往往會(huì)造成泵銹蝕卡死現(xiàn)象，影響泵的正常使用。本發(fā)明的穩(wěn)壓離心泵不包括口環(huán)結(jié)構(gòu)，從而可以有效確保穩(wěn)壓離心泵在使用時(shí)能夠及時(shí)啟動(dòng)。

無口環(huán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使得葉輪2的軸向兩端與泵體1的內(nèi)腔之間形成一定的軸向間隙，通過大量試驗(yàn)表明，此軸向間隙的大小對于穩(wěn)壓離心泵的性能參數(shù)等影響并不大，穩(wěn)壓離心泵的效率仍能達(dá)到78％的最高效率。但軸向間隙過大，泵的體積會(huì)隨之增加，制造成本增加。葉輪2的軸向兩端與所述泵體的內(nèi)壁之間的間隙設(shè)置為0～2mm，有利于減小泵的體積，降低穩(wěn)壓離心泵的加工制造成本。

葉輪2與泵體內(nèi)腔的軸向間隙過小，也易發(fā)生銹蝕情況，同時(shí)考慮到加工難度，優(yōu)選地，該軸向間隙設(shè)置為0.15mm～2mm。

軸向間隙越小，加工制造難度也會(huì)隨之增加，加工成本隨之增加。為進(jìn)一步優(yōu)化加工成本，將該軸向間隙優(yōu)選設(shè)置為1mm～2mm，進(jìn)一步降低制造難度，降低了制造成本。

誘導(dǎo)輪4設(shè)置在泵體1的入水口內(nèi)，與葉輪2同軸、同方向、同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，有效改善葉輪2入水口的水流情況，防止汽蝕產(chǎn)生，提高穩(wěn)壓離心泵的吸程。在誘導(dǎo)輪4的入口處通過滑動(dòng)軸承對誘導(dǎo)輪4進(jìn)行支撐，確保誘導(dǎo)輪4在使用過程中不會(huì)發(fā)生徑向抖動(dòng)；并通過鎖片和鎖母保證誘導(dǎo)輪不會(huì)發(fā)生軸向竄動(dòng)，進(jìn)一步確保其使用過程中的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。誘導(dǎo)輪4的增加，提升了葉輪2的入口處液體的壓力，并且讓液體在葉輪4的入口處產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，破壞了葉輪2入口處的汽蝕產(chǎn)生條件，提高了本發(fā)明的穩(wěn)壓離心泵的吸上高度，可將穩(wěn)壓泵吸上能力從1.5米～3米提升至7米以上，滿足了車載消防泵的使用需求。

優(yōu)選地，如圖7所示，誘導(dǎo)輪4包括空心輪軸41和多個(gè)螺旋葉片42，所述空心輪軸的第一端411為圓柱結(jié)構(gòu)、第二端412為圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)螺旋葉片42均勻分布在所述空心輪軸的第二端412外表面；所述螺旋葉片42為右旋結(jié)構(gòu)，所述螺旋葉片42的法向厚度為2mm。螺旋葉片42的導(dǎo)程為136.7mm，其進(jìn)口包角為158°，從所述螺旋葉片42的進(jìn)口邊葉尖到出口邊葉片包角為355.56°。

本發(fā)明提供的穩(wěn)壓離心泵，體積小、制造成本低，隨流量增加壓力基本保持穩(wěn)定，吸程可達(dá)到7米以上，不易銹蝕，滿足車載消防泵的特殊要求。

上面描述的內(nèi)容可以單獨(dú)地或者以各種方式組合起來實(shí)施，而這些變型方式都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，僅僅參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。