一种自发式气液分离启动装置

1.本发明涉及气液分离启动装置，尤其涉及一种自发式气液分离启动装置。


背景技术：

2.离心泵作为重要的流体机械，在农业、工业生物、医疗等领域使用广泛。但是，市场上的离心泵在使用前都需要向泵腔内进行灌水，极大的延长了启动时间，操作复杂，难以满足使用的要求，外界辅助真空泵还会增加能耗，并造成运输困难，而且泵腔内气液混合，会对泵腔内部的水力部件造成损坏，造成较大的湍能损失，也给更换和维修造成了困难，大大降低了离心泵的使用效率。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种自发式气液分离启动装置，该装置仅通过一台电机驱动，操作简单，运输方便，且有效排出泵腔内的空气，并通过流体对装置的作用力产生转动力矩，带动气液分离器进行气液分离。本装置设于离心泵进水管上，运行结束后可自动封闭管道，本发明操作简单，能耗较小，可显著降低泵腔内部产生的振动和噪声，延长了使用寿命。
4.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
5.一种自发式气液分离启动装置，其特征在于，包括从上到下依次设置的排气腔、自吸室、进气管道、上气液室、下气液室和排水腔，自吸室沿轴线处设有转动隔板，连接电机呈顺时针旋转，转动隔板外侧一周为“t”型凸台，自吸腔顶部和水平两侧分别设置排气腔，排气腔进口处设置活塞、排气腔进口止逆阀，出口处设置排气腔出口止逆阀，排气腔外端连通大气，内端与自吸室连通，自吸腔内部设置板管连接杆，板管连接杆一端与活塞固定，另一端与固定轮毂连接，固定轮毂通过侧部大滚珠和侧部小滚珠滑动固定于“t”型凸台，转动隔板下侧设有翅板连接杆和固定支座，翅板连接杆通过固定轮毂连接，固定支座固定支撑翅板连接杆；
6.进气管道连通自吸室和上气液室，设置四个安装于翅板连接杆处的梯形翅片和四个固定于进气管道内壁处的矩形翅片；
7.上气液室设有弧形挡板、拐角挡板、支撑弹簧、支撑杆、滑动轮毂、气压腔，弧形挡板两端凹处开设有挡板通孔，弧形挡板上端左右两侧各设置有拐角挡板，拐角挡板下凸处刚好与弧形挡板上凹处相契合，拐角挡板内端与支撑弹簧连接，另一端与滑动轮毂固定连接，滑动轮毂可在所述支撑杆上自由滑动，支撑弹簧上端与进气管道内壁连接；
8.上气液室和下气液室均为轴对称设计，且由“x”型分离隔板隔开，“x”型分离隔板上端靠近壳体两侧设置二级叶轮，下端靠近交错处的两侧设置一级叶轮、靠近壳体的两侧设置二级泄流孔，“x”型分离隔板交错处设置一级泄流孔，“x”型分离隔板中间为环形流道；
9.下气液室设置有气液切割器，气液切割器呈螺旋状，位于下气液室轴线处，底端竖直固定于底座上，受流体的影响可逆时针自发转动，下气液室下端两侧为排水腔，由排水腔
内壁分隔开，排水腔顶端设置有回水叶轮，底端设置有出水口止逆阀；
10.进一步的装置呈轴对称，左右两侧结构完全相同；
11.进一步的一级叶轮、二级叶轮、回水叶轮均为4个叶片，叶轮呈流线型且叶片与水平面的倾斜角为30
°
，受流体作用产生转动力矩自发转动；一级叶轮、二级叶轮、回水叶轮结构完全相同；
12.进一步的排气腔进口止逆阀、排气腔出口止逆阀、一级泄流孔、二级泄流孔、出水口止逆阀只允许气液单向流动；
13.进一步的排气腔设于自吸室壳体的水平两侧和垂直上侧，与中心呈90
°
夹角，采用先平稳后收缩的结构形式，收缩角为20
°
，固定轮毂设有侧部大滚珠和侧部小滚珠，包裹于“t”型凸台外侧，固定支座只起到固定翅板连接杆垂直方向的作用，不限制翅板连接杆的滑动；
14.进一步的转动隔板凹点处接触到固定轮毂时，活塞位于排气腔最顶端，转动隔板转动到凸点时，活塞位于排气腔收缩处，此时活塞到达最大距离；转动隔板凸点处顶圆与凹点处底圆半径之比为2：1；
15.进一步的梯形翅片设于翅板连接杆底部，矩形翅片设于进气管道内壁底部，且俯视看呈交错设计，与中心呈45
°
夹角，梯形翅片运动至高点时，最下端恰好与矩形翅片最上端在同一水平线上，运动至低点时，底端与矩形翅片水平，梯形翅片和矩形翅片水平两侧为不规则粗糙壁面，且梯形翅片底端与顶端扩张角为10
°
；梯形翅片和矩形翅片水平长度比为2：1；梯形翅片和矩形翅片垂直长度比为1：1；板管连接杆和翅板连接杆直径之比为1：2；
16.进一步的“x”型分离隔板上下隔板与水平方向的夹角为20
°
；
17.进一步的气液切割器呈螺旋状，底部前两级叶片相同，且与排水腔内壁贴合，后四级叶片张度逐渐增大，扩张角为10
°
，受流体作用产生转动力矩自发逆时针转动；
18.进一步的壳体、排气腔外壁面、“x”型分离隔板、弧形挡板、排水腔内壁均为铸铁一体成型；
19.转动隔板、固定轮毂、板管连接杆、翅板连接杆、梯形翅片、矩形翅片、拐角挡板、支撑杆、滑动轮毂、一级叶轮、二级叶轮、回水叶轮、气液切割器、底座为铝合金材料；
20.排气腔出口止逆阀、排气腔进口止逆阀、一级泄流孔、二级泄流孔、出水口止逆阀为橡胶材料；支撑弹簧为石墨烯材料。
21.本发明的有益效果：
22.1、本发明采用的自发式气液分离启动装置安装在泵的进水管上，使得整个自吸过程中的排气过程与气液分离过程均发生在泵腔前端，在进行自吸过程和气液分离的过程，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，保证装置的稳定运行。
23.2、本发明通过电机带动转动挡板顺时针旋转来带动活塞的运动过程，进而实现了自吸腔和排气腔的体积调节，且转动隔板每转过90
°
即可完成一次完整的吸气过程和排气过程，转动挡板转动一周可进行12次吸气排气过程，大大提高了自吸效率，转动隔板边缘“t”型凹台结构和固定轮毂的结合保证了装置运行时的流畅性，大大提高了自吸过程的稳定性。
24.3、本发明采用拐角挡板与弧形挡板相结合的形式，利用上下压差作用，自吸过程中，使得“s”型流道开启，实现气液分离效果，自吸过程结束后，通过支撑弹簧和气压室以及
拐角挡板的重力下，拐角挡板会与弧形挡板相切，气液通道关闭，封闭进水管与气液腔的连通，确保自吸结束后无泄露。
25.4、本发明充分利用压差对流体的作用力，促使流体带动装置中的叶轮和气液切割器转动，降低了能耗问题，并且叶轮和气液切割器的转动能够紊乱流体，一方面可以大程度的提高气液分离的效率，另一方面防止了分离面集中而加剧装置损坏的问题。
26.5、本发明采用自吸室、上气液室、下气液室等结构，通过进气管道和“x”型分离隔板的连通，实现了不同室之间的连接，利用止逆阀的密封性能，实现在不附加辅助电机的前提下离心泵的无水启动，克服了传统离心泵启动前需灌水的复杂操作。
附图说明
27.图1为本发明所述一种自发式气液分离启动装置，
28.图2为本发明所述一种自发式气液分离启动装置固定轮毂的正视图，
29.图3为本发明所述一种自发式气液分离启动装置固定轮毂的俯视图，
30.图4为本发明所述一种自发式气液分离启动装置进气管道的俯视图。
31.图中：1-排气腔出口止逆阀；2-排气腔；3-排气腔外壁面；4-排气腔进口止逆阀；5-活塞；6-壳体；7-转动隔板；8
‑“
t”型凸台；9-固定支座；10-矩形翅片；11-气压腔；12-拐角挡板；13-滑动轮毂；14-挡板通孔；15-上气液室；16-环形流道；17-一级泄流孔；18-一级叶轮；19-气液切割器；20-出水口止逆阀；21-底座；22-气液进气口；23-板管连接杆；24-自吸室；25-固定轮毂；26-侧部大滚珠；27-侧部小滚珠；28-翅板连接杆；29-支撑弹簧；30-梯形翅片；31-进气管道内壁；32-进气管道；33
‑“
s”型流道；34-支撑杆；35-弧形挡板；36-二级叶轮；37
‑“
x”型分离隔板；38-二级泄流孔；39-下气液室；40-回水叶轮；41-排水腔；42-排水腔内壁。
具体实施方式
32.下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
33.如图1所述的一种自发式气液分离启动装置，包括从上到下依次设置的排气腔2、自吸室24、进气管道32、上气液室15、下气液室39和排水腔41，自吸室24沿轴线处设有转动隔板7，连接电机呈顺时针旋转，转动隔板7外侧一周为“t”型凸台8，自吸腔顶部和水平两侧分别设置排气腔2，排气腔2进口处设置活塞5、排气腔进口止逆阀4，出口处设置排气腔出口止逆阀1，排气腔2外端连通大气，内端与自吸室24连通，自吸腔24内部设置板管连接杆23，板管连接杆23一端与活塞5固定，另一端与固定轮毂25连接，固定轮毂25通过侧部大滚珠26和侧部小滚珠27滑动固定于“t”型凸台8，转动隔板7下侧设有翅板连接杆28和固定支座9，翅板连接杆28通过固定轮毂25连接，固定支座9固定支撑翅板连接杆28；
34.进气管道32连通自吸室24和上气液室15，设置四个安装于翅板连接杆28处的梯形翅片30和四个固定于进气管道内壁31处的矩形翅片10；
35.上气液室15设有弧形挡板35、拐角挡板12、支撑弹簧29、支撑杆34、滑动轮毂13、气压腔11，弧形挡板35两端凹处开设有挡板通孔14，弧形挡板35上端左右两侧各设置有拐角挡板12，拐角挡板12下凸处刚好与弧形挡板35上凹处相契合，拐角挡板12内端与支撑弹簧
29连接，另一端与滑动轮毂13固定连接，滑动轮毂13可在所述支撑杆34上自由滑动，支撑弹簧29上端与进气管道内壁31连接；
36.上气液室15和下气液室39均为轴对称设计，且由“x”型分离隔板37隔开，“x”型分离隔板37上端靠近壳体6两侧设置二级叶轮36，下端靠近交错处的两侧设置一级叶轮18、靠近壳体6的两侧设置二级泄流孔38，“x”型分离隔板37交错处设置一级泄流孔17，“x”型分离隔板37中间为环形流道16；
37.下气液室39设置有气液切割器19，气液切割器19呈螺旋状，位于下气液室39轴线处，底端竖直固定于底座21上，受流体的影响可逆时针自发转动，下气液室39下端两侧为排水腔41，由排水腔内壁42分隔开，排水腔41顶端设置有回水叶轮40，底端设置有出水口止逆阀20；
38.可选的一级叶轮18、二级叶轮36、回水叶轮40均为4个叶片，叶轮呈流线型且叶片与水平面的倾斜角为30
°
，受流体作用产生转动力矩自发转动；
39.可选的排气腔进口止逆阀4、排气腔出口止逆阀1、一级泄流孔17、二级泄流孔38、出水口止逆阀20只允许气液单向流动；
40.可选的排气腔2设于自吸室壳体6的水平两侧和垂直上侧，与中心呈90
°
夹角，采用先平稳后收缩的结构形式，收缩角为20
°
；
41.可选的转动隔板7凸点处顶圆与凹点处底圆半径之比为2：1；
42.可选的梯形翅片30设于翅板连接杆28底部，矩形翅片10设于进气管道内壁31底部，且俯视看呈交错设计，与中心呈45
°
夹角，梯形翅片30和矩形翅片10水平长度比为2：1；梯形翅片30和矩形翅片10垂直长度比为1：1；板管连接杆23和翅板连接杆28直径之比为1：2；
43.可选的“x”型分离隔板37上下隔板与水平方向的夹角为20
°
；
44.可选的壳体6、排气腔外壁面43、“x”型分离隔板37、弧形挡板35、排水腔内壁42均为铸铁一体成型；转动隔板7、固定轮毂25、板管连接杆23、翅板连接杆28、梯形翅片30、矩形翅片10、拐角挡板12、支撑杆34、滑动轮毂13、一级叶轮18、二级叶轮36、回水叶轮40、气液切割器19、底座21为铝合金材料；排气腔出口止逆阀1、排气腔进口止逆阀4、一级泄流孔17、二级泄流孔38、出水口止逆阀20为橡胶材料；支撑弹簧29为石墨烯材料。
45.本发明的工作过程如下：
46.电机带动转动隔板7顺时针旋转，初始状态时，固定轮毂25位于转动隔板7的凹点处，此时通过板管连接杆23控制的活塞5正处于排气腔2的最外端，随着转动隔板7的顺时针旋转，活塞5慢慢向排气腔2内端移动，此时排气腔进口止逆阀4处于封闭状态，排气腔出口止逆阀1处于开启状态，排气腔2体积逐渐减小，排气腔2内空气不断被挤压排出，当转动隔板7旋转45
°
后，活塞5到达最大位移长度，滑动轮毂13处于转动隔板7最凸处，排气腔2内空气被排出，当转动隔板7继续旋转，此时活塞5往回移动，此时排气腔进口止逆阀4开启，排气腔出口止逆阀1关闭，由于排气腔2内气体已排出，气压较低，自吸腔内空气源源不断的进入排气腔2，当旋转隔板旋转90
°
时，活塞5再次位于排气腔2最外端，固定轮毂25再次位于转动隔板7最凹处，此时自吸腔完成一次完整的排气吸气过程，自吸腔内空气不断从排气腔2排出，自吸腔内压力降低，此时上气液室15的流体通过气液管道进入自吸腔，以此完成自吸过程。且转动隔板7转动一周的过程中，三个排气腔2共完成12次完整的吸气排气过程，大大提
高了自吸效率。
47.装置工作前期，离心泵进水管进入气液进气口22的主要是气体，电机带动转动隔板7旋转，在压差的作用下，气体带动气液切割器19逆时针转动，气体在下气液室39被气液切割器19充分紊乱，后经过一级叶轮18和二级叶轮36后到达上气液室15，同时受上下压差影响，拐角挡板12通过滑动轮毂13沿支撑杆34向上移动，气压腔11内压力增大，形成“s”型流道33，气体通过“s”型流道33和挡板通孔14进入进气管道32，进而通过排气腔2内被排出。
48.装置工作中期，此时进水口处已经不是单一的空气了，为气液混合物，气液混合物从气液进气口22进入，带动气液切割器19旋转，气水混合物在下气液室39做离心运动，由于水的密度比气体的密度要大，气液混合物中的水被初步的分离出来，而自下而上依次增大的旋转叶片可以起到更好的气液分离作用，同时旋转的气液切割器19将气液混合物冲击到下气液室39壳体6上发生碰撞，并再次进行气液分离，气液分离后的流体沿着壳体6内壁进入排水腔41，在回水叶轮40下进行气液分离，分离后的水体进入排水腔41排出，初步气液分离的流体随后通过旋转的一级叶轮18和二级叶轮36进入上气液室15，并在“x”型分离隔板内进行再次的气液分离，分离后的水体通过二级泄流孔38进入下气液室39。与受旋转作用力冲击到下气液室39壳体6的流体发生进一步碰撞，一方面再次起到气液分离的作用，另一方面可以有效地保护壳体6，防止装置的撞击损坏。分离后的气体则通过受压力开启的“s”型流道33和挡板通孔14进入进气管道32，进气管道32内的梯形翅片30在转动隔板7旋转至最下端为凹点时达到最高点，运动到凸点时到达最低点，随着转动隔板7的旋转做往复运动，流体在上下移动的梯形翅片30和矩形翅片10的冲击下起到气液分离作用。粗造的梯形翅片30和矩形翅片10壁面起到更好的气液分离作用，分离后的气体进入自吸室24排出，液体通过挡板通孔14滑落至“x”型分离隔板37上侧，后通过一级泄流孔17进入下气液室39再次进行气液分离。
49.装置工作后期，此时离心泵泵进水管内几乎不含有气体，大量的液体被带进气液腔，气液腔内的水位逐渐增高，当水位到达拐角挡板12上侧时，转动隔板7停止转动，此时上下压差作用消失，拐角挡板12在气压腔11的压力下和自身的重力下沿支撑杆34向下移动，直至与弧形挡板35相切，封闭了上气液室15与自吸室24的连通，防止了气体的进入。
50.所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种自发式气液分离启动装置，其特征在于，包括从上到下依次设置的排气腔(2)、自吸室(24)、进气管道(32)、上气液室(15)、下气液室(39)和排水腔(41)，所述自吸室(24)沿轴线处设有转动隔板(7)，连接电机呈顺时针旋转，所述转动隔板(7)外侧一周为“t”型凸台(8)，所述自吸腔顶部和水平两侧分别设置排气腔(2)，所述排气腔(2)进口处设置活塞(5)、排气腔进口止逆阀(4)，出口处设置排气腔出口止逆阀(1)，所述排气腔(2)外端连通大气，内端与自吸室(24)连通，所述自吸腔(24)内部设置板管连接杆(23)，所述板管连接杆(23)一端与活塞(5)固定，另一端与固定轮毂(25)连接，所述固定轮毂(25)通过侧部大滚珠(26)和侧部小滚珠(27)滑动固定于“t”型凸台(8)，所述转动隔板(7)下侧设有翅板连接杆(28)和固定支座(9)，所述翅板连接杆(28)通过固定轮毂(25)连接，所述固定支座(9)固定支撑翅板连接杆(28)；所述进气管道(32)连通自吸室(24)和上气液室(15)，设置四个安装于翅板连接杆(28)处的梯形翅片(30)和四个固定于进气管道内壁(31)处的矩形翅片(10)；所述上气液室(15)设有弧形挡板(35)、拐角挡板(12)、支撑弹簧(29)、支撑杆(34)、滑动轮毂(13)、气压腔(11)，所述弧形挡板(35)两端凹处开设有挡板通孔(14)，所述弧形挡板(35)上端左右两侧各设置有拐角挡板(12)，所述拐角挡板(12)下凸处刚好与弧形挡板(35)上凹处相契合，所述拐角挡板(12)内端与支撑弹簧(29)连接，另一端与滑动轮毂(13)固定连接，所述滑动轮毂(13)可在所述支撑杆(34)上自由滑动，所述支撑弹簧(29)上端与进气管道内壁(31)连接；所述上气液室(15)和下气液室(39)均为轴对称设计，且由“x”型分离隔板(37)隔开，所述“x”型分离隔板(37)上端靠近壳体(6)两侧设置二级叶轮(36)，下端靠近交错处的两侧设置一级叶轮(18)、靠近壳体(6)的两侧设置二级泄流孔(38)，所述“x”型分离隔板(37)交错处设置一级泄流孔(17)，所述“x”型分离隔板(37)中间为环形流道(16)；所述下气液室(39)设置有气液切割器(19)，所述气液切割器(19)呈螺旋状，位于下气液室(39)轴线处，底端竖直固定于底座(21)上，受流体的影响可逆时针自发转动，所述下气液室(39)下端两侧为排水腔(41)，由排水腔内壁(42)分隔开，所述排水腔(41)顶端设置有回水叶轮(40)，底端设置有出水口止逆阀(20)。2.根据权利要求1所述的一种自发式气液分离启动装置，其特征在于，装置呈轴对称，左右两侧结构完全相同。3.根据权利要求1所述的一种自发式气液分离启动装置，其特征在于，所述一级叶轮(18)、二级叶轮(36)、回水叶轮(40)均为4个叶片，叶轮呈流线型且叶片与水平面的倾斜角为30
°
，受流体作用产生转动力矩自发转动；所述一级叶轮(18)、二级叶轮(36)、回水叶轮(40)结构完全相同。4.根据权利要求1所述的一种自发式气液分离启动装置，其特征在于，所述排气腔进口止逆阀(4)、排气腔出口止逆阀(1)、一级泄流孔(17)、二级泄流孔(38)、出水口止逆阀(20)只允许气液单向流动。5.根据权利要求1所述的一种自发式气液分离启动装置，其特征在于，所述排气腔(2)设于自吸室壳体(6)的水平两侧和垂直上侧，与中心呈90
°
夹角，采用先平稳后收缩的结构形式，收缩角为20
°
，所述固定轮毂(25)设有侧部大滚珠(26)和侧部小滚珠(27)，包裹于“t”型凸台(8)外侧，所述固定支座(9)只起到固定翅板连接杆(28)垂直方向的作用，不限制翅
板连接杆(28)的滑动。6.根据权利要求1所述的一种自发式气液分离启动装置，其特征在于，所述转动隔板(7)凹点处接触到固定轮毂(25)时，活塞(5)位于排气腔(2)最顶端，所述转动隔板(7)转动到凸点时，活塞(5)位于排气腔(2)收缩处，此时活塞(5)到达最大距离；所述转动隔板(7)凸点处顶圆与凹点处底圆半径之比为2：1。7.根据权利要求1所述的一种自发式气液分离启动装置，其特征在于，所述梯形翅片(30)设于翅板连接杆(28)底部，所述矩形翅片(10)设于进气管道内壁(31)底部，且俯视看呈交错设计，与中心呈45
°
夹角，所述梯形翅片(30)运动至高点时，最下端恰好与矩形翅片(10)最上端在同一水平线上，运动至低点时，底端与矩形翅片(10)水平，所述梯形翅片(30)和矩形翅片(10)水平两侧为不规则粗糙壁面，且梯形翅片(30)底端与顶端扩张角为10
°
；所述梯形翅片(30)和矩形翅片(10)水平长度比为2：1；所述梯形翅片(30)和矩形翅片(10)垂直长度比为1：1；所述板管连接杆(23)和翅板连接杆(28)直径之比为1：2。8.根据权利要求1所述的一种自发式气液分离启动装置，其特征在于，所述“x”型分离隔板(37)上下隔板与水平方向的夹角为20
°
。9.根据权利要求1所述的一种自发式气液分离启动装置，其特征在于，所述气液切割器(19)呈螺旋状，底部前两级叶片相同，且与排水腔内壁(42)贴合，后四级叶片张度逐渐增大，扩张角为10
°
，受流体作用产生转动力矩自发逆时针转动。10.根据权利要求1所述的一种自发式气液分离启动装置，其特征在于，所述壳体(6)、排气腔外壁面(43)、“x”型分离隔板(37)、弧形挡板(35)、排水腔内壁(42)均为铸铁一体成型；所述转动隔板(7)、固定轮毂(25)、板管连接杆(23)、翅板连接杆(28)、梯形翅片(30)、矩形翅片(10)、拐角挡板(12)、支撑杆(34)、滑动轮毂(13)、一级叶轮(18)、二级叶轮(36)、回水叶轮(40)、气液切割器(19)、底座(21)为铝合金材料；所述排气腔出口止逆阀(1)、排气腔进口止逆阀(4)、一级泄流孔(17)、二级泄流孔(38)、出水口止逆阀(20)为橡胶材料；所述支撑弹簧(29)为石墨烯材料。

技术总结
本发明提供了一种自发式气液分离启动装置，包括从上到下依次设置的排气腔、自吸室、进气管道、上气液室、下气液室和排水腔，排气腔安装于装置的壳体上，自吸室的中部设置顺时旋转的转动隔板，并通过板管连接杆与排气腔相连接，进气管道连通自吸室和上气液室，上气液室设有弧形挡板以及上下滑动的拐角挡板，上气液室和下气液室由“X”型分离隔板隔开，下气液室轴线处设气液切割器，受流体影响可自发转动，下气液室底部两侧为排水腔。本发明的快速启动装置，设于离心泵进口，实现了离心泵无水启动可直接进入正常运转状况，转动隔板旋转一周可实现12次吸气排气过程。此外，气液室可充分进行气液分离，显著提高工作效率，极大简化操作过程。过程。过程。


技术研发人员：彭光杰 田隆 杜佳霖 洪世明 范凤仪 常浩
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2021.11.13
技术公布日：2022/3/8