專利名稱：氣穴發生泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種葉片泵，具體地說是徑流葉輪與氣穴發生蓋板配合工作的氣穴發生泵，及其產生氣穴的方法，其廣泛用于洗滌、混合、乳化和水力按摩等需要氣穴增強作用的場合。
汽蝕、空化、空穴在流體力學中一般指的是同一概念，一般用在沒有加氣時的液體中的一種物理過程，本發明涉及的葉片泵由于吸入部分空氣，所以定名為氣穴發生泵，在有加空氣的汽蝕過程時，解釋這種現象，在《工業中的混合過程》(1991年9月由中國石化出版社出版)一書中也使用了“氣穴”這一概念。公知的水力流動氣穴發生方法是根據液體流過如文吐里管或繞流物體時，會在文吐里管的喉部、擴散管的連接處以及繞流物體的尾流中出現汽蝕區，依靠文吐里管的一定自吸作用吸入部分空氣而發生氣穴現象。這類裝置整體工作需配置加壓泵，供水管道、回水器和噴頭等組成系統，其缺點是該系統容易堵塞，并且堵塞后清洗維修不便，另外這種裝置對文吐里管喉部速度一般要求10-30秒/米甚至更高，所以要求泵的壓力較高，盡管如此，其產生的汽蝕強度仍然比較低。有些改進方法是，在噴頭中加尖劈等繞流體，而使氣穴作用在出口部分最強烈，但整個系統的效率仍然提不高。中國專利文獻93108263.3公開了一種《盤形混合器》采用較為簡單的結構，其在一個轉動的圓盤上置有一個形成刀刃的圓周邊緣和多個軸向的貫穿通孔，使圓盤在液體中轉動，液體在流過孔之后就被徑向向外甩出，致使產生氣穴小泡，該專利用作混合和將氣體溶解于液體之中，由于該專利涉及的氣穴是在轉動的圓盤上發生的，而液體中轉動的帶通孔圓盤上發生氣穴現象，只能是在圓盤高速旋轉，使小孔上的過流液體發生脫流，形成局部壓力低于一定值時才會發生，因而有礙圓盤正常工作的紡織物和固體是不能直接放入該裝置中，否則會被高速轉動的圓盤打爛，如在圓盤上加裝隔離托架，則由于氣穴最強烈區域是在圓盤上，二者距離過遠，造成氣穴現象迅速減弱。無論進入該裝置的液體在圓盤的作用下是徑向流動型態還是軸向流動型態都只是產生渦漩，軸功輸入的能量用以混合、分散過程，不能產生泵送和吸入作用。不可否認這種帶通孔的旋轉圓盤的氣穴發生方法產生的汽蝕強度比應用文吐里管的裝置大，換能效率而與超聲波換能器產生的汽蝕強度相仿且克服了超聲波換能器功率小的缺點，但其性能和產生氣穴的方法仍不理想。
本發明的目的是，針對上述現有技術存在的不足，進行改進，提出一種相對旋轉流動的氣穴發生泵，以及使用泵持續安全產生強旋轉氣穴流體的方法。
本發明的技術解決方案是，采用電機傳動的徑流葉片泵結構，徑流葉輪由前蓋板，5-8片流線形彎曲葉片和后蓋板組成，葉片在前蓋板、后蓋板中間均勻分布，三者連為一體，其特征在于，前蓋板與后蓋直徑不同，直徑小者靠近固定在泵體上的氣穴發生蓋板，氣穴發生蓋板與在其里面的徑流葉輪的葉片之間留有間距，徑流葉輪置于泵體和氣穴發生蓋板構成的壓力室中。
氣穴發生蓋板上有多個貫通的小孔，其沿氣穴發生蓋板的半徑均勻分布，隨著在氣穴發生蓋板半徑的增大，小孔的直徑逐漸增大。
前蓋板，配有進水口的蓋板，其中央留有葉輪進口與吸入室相通，前蓋板的外緣直徑小于后蓋板的外緣直徑，后蓋板蓋滿整個葉片并且依靠葉輪輪轂固定于泵軸上、前蓋板中央留有吸入口與吸入室相通，前蓋板的外緣直徑大于后蓋板的外緣直徑并且蓋滿葉片，前蓋板的直徑外緣端部有一與前蓋板連成一體的圓環，后蓋板依靠葉輪輪轂固定在泵軸上，泵軸穿過前蓋板中央的葉輪進口。
電機采用中空軸與葉輪直聯，中空軸在葉輪進口部位有4-6個徑向開孔，與葉輪進口相通且呈均勻分布。
電機采用中空的電機軸，其與中空的泵軸之間配有增速器，中空的泵軸在葉輪進口部位有4-6個徑向均勻分布的開孔與葉輪進口相通。
電機的尾部裝有電磁鐵控制的進氣閥，與進氣閥連通的進氣吸入口上還裝有調節進氣量的錐形閥。
電機的定子繞組外裝有薄壁無磁性的密封套。
依據上述氣穴發生泵，提出一種產生強旋轉氣穴流體的方法其特征在于有壓力的高速旋轉液體是由旋轉葉輪吸入液體后產生的，該液體流經靜止的安放在葉片外的帶通孔的板面，形成液體與板面上通孔之間具有相對速度的運動，在壓差的作用下，迫使液體從要求方向上的通孔噴射出流，由此，通孔邊緣的鋼性固體就給出流液體施加了一個剪切力，使液體在通孔邊緣脫流，形成局部低壓，發生氣穴，產生本發明要求的帶氣穴流束，由眾多的流束組成流束團成為要求的流場，由于氣穴發生蓋板上的這種出流是與封閉在蓋板里的葉輪葉槽中液體的絕對速度大小和方向直接相關，出流速度大小是沿徑向增大，方向隨絕對速度角度的變動而在變動，從而在氣穴發生蓋板外產生帶氣穴的旋轉發散的復雜的兩相流場。在吸入液體中補充空氣，氣穴產生量進一步增多，優化的補氣量為過流量的0.1％-2.0％。
本發明的必要技術特征和積極技術效果之間的關系如下；前蓋板與后蓋板兩種不同組合結構的葉輪，都是在一面是氣穴發生蓋板的壓力室中轉動，使流液在葉輪的葉片流槽中產生較高的絕對速度，這樣一來受葉輪驅動而發生伴隨運動的液體與靜止的氣穴發生蓋板之間就有了較大的剪切運動，并依靠旋轉葉輪的升壓作用，使液體獲得足夠的壓能而壓出氣穴發生蓋板上密布的圓通孔，在圓通孔的外緣、高速運動的液體產生脫流現象而發生氣穴作用，由于轉動的葉輪處在封閉的壓力室內，所以是很安全的，不會發生葉輪甩出的意外現象。為了進一步增加氣穴的發生量，本發明采用中空軸的結構，作為電機軸和泵軸或葉輪軸，將少量空氣利用吸入室中的負壓(真空度)自動吸進葉輪，這些較大的氣團在壓力室中被高速旋轉的葉輪壓縮后，伴隨被旋轉并獲得一定壓力的液體流入氣穴發生蓋板上的小通孔，隨著剪切及減壓的作用被迅速破碎成氣穴，從而增強了氣穴發生量，這樣過程連續不斷，從而獲得較強的氣穴，據申請人所知，向水力機械補氣，國內外曾做過一些試驗，如日本富士公司進行的水輪機模型試驗，就給出過水輪機最優補氣量的近似公式，但其補氣方法是為消除水輪機或泵的葉面汽蝕和渦帶汽蝕的不良影響，以延長水輪機和泵的工作壽命，本發明雖也利用了這種作用，但補氣的根本目的是為了在氣穴發生蓋板上產生盡可能多的氣穴，即獲得強的氣穴發生量。本發明的氣穴發生泵安裝在如洗滌槽等容器中時，為使該泵不工作情況下，槽中液體不能通過中空軸流出。本發明在泵的電機的后部采用了一種可調進氣量的由電磁鐵控制的進氣閥使其關閉。為使本發明在某些情況下產生很強的氣穴，需要提高葉輪中液體運動的絕對速度，鑒于一般交流電機轉速(最高3000轉/分)很難滿足要求，本發明在電機軸與葉輪軸之間加入一個增速器，以保證增大轉速的需要。
本發明的優點在于，采用氣穴發生蓋板直接面對要求強氣穴的位置，其氣穴利用率高；采用有屏蔽套的電機，保證電機不會發生電氣安全事故，可以在液體容器中自由安置；在本發明的泵結構中，能同時完成軸功傳遞、吸液、增壓，引氣和氣穴發生等功能，不需另外設置復雜的外圍器件，使其結構緊湊，同時能量轉換利用率高，本發明提出的氣穴產生方法，將現有技術中帶通孔的圓盤切割靜止液體運動以產生氣穴，更換成利用葉輪工作，使液體旋轉增速增壓后，切割流過靜止的氣穴發生蓋板上的貫通小孔，并在貫通小孔外脫流產生氣穴，由于氣穴發生蓋板設置的位置是直接面對要求強氣穴的位置，因此能夠獲得大量的所需氣穴，滿足洗滌、混合及乳化等多種工作條件的要求，其方法簡單、效率高，便于實施和應用。
圖1，本發明的基本結構示意圖之一圖2，本發明的基本結構示意圖之二圖3，本發明采用的葉輪的平面4，本發明采用的氣穴發生蓋板上的有通孔的部位放大示意5，本發明采用的電磁鐵控制的進氣閥結構示意圖下面根據附圖，詳細描述本發明的實施例如圖1、圖3、圖4，圖5所示，本發明提出的實施例一是在容器中使用的裝置，其采用由電機直接傳動的徑流葉片泵結構，過流部件由氣穴發生蓋板6、葉輪7、壓力室5、吸入室11，中空軸13、和電磁鐵控制的進氣閥1組成，其中中空軸13、進氣閥1是吸氣部分，在電磁鐵控制的進氣閥1關閉時不起作用，氣穴發生蓋板6上的通孔8的進口加工成帶圓弧的進口，以減少入口脫液。電磁鐵控制的進氣閥1由電磁鐵線圈26、閥片25、彈簧24及閥座25組成，閥片25一面帶球面，一面為平面，且閥片25帶球面的一面與彈簧24配連，彈簧24固定在閥座29上，閥座29上有進氣口28，閥片25完全為平面的一面與電磁鐵線圈26配合，閥片25上有過氣孔。電磁鐵線圈26加電是由電機引出的電經延時供給，當電磁鐵線圈26加電后，電磁鐵將閥片25吸合，使壓緊在進氣口28上的閥片25克服彈簧24的拉力打開進氣口28，進氣閥1處于進氣狀態，在失電后，閥片25脫離電磁鐵線圈26的電磁吸力，依靠彈簧24的拉力使其壓緊在與其相對的進氣口28面上并止水，另外在空氣吸入口即進氣口28前端裝有錐形閥27，以調節進氣量。電機采用屏蔽電機，其安裝在泵體2中，電機軸即泵軸采用中空軸13，中空軸13與泵體2配合的部位裝有軸承14，電磁鐵控制的進氣閥1與中空軸13配合，裝在電機的尾部，中空軸13的前部配裝葉輪7，葉輪7采用徑液葉輪。氣穴發生蓋板6與泵體2配接，并裝在泵體2前部支承板上，可以拆卸。氣穴發生蓋板6將裝在中空軸13端部的葉輪7罩住，其內的空間，形成了壓力室5和吸入室11，吸入室11通過氣穴發生蓋板6內上的突起環圈與葉輪7之間空間構成，并靠葉輪進口10通過葉輪7、與壓力室5相通。徑向葉輪由前蓋板22、5-8片流線形彎曲葉片21和后蓋板23組成，葉片21在前蓋板22、后蓋板23中間均勻分布，各葉片21之間形成通過液體的流槽，前蓋板22、后蓋板23與3-8片葉片21組合為一體，在這里需要指出的是，前蓋板22與后蓋板23的直徑不相同，前蓋板22的外緣直徑小于后蓋板23的外緣直徑，后蓋板23蓋滿整個葉片21，并且依靠葉輪輪轂固定于中空軸13上。中空軸13在葉輪進口10部位有4-6個徑向均勻分布的開孔12與葉輪進口10(即吸入口)10相通、而前蓋板22只部分地覆蓋葉片21，前蓋板22配進水口，其中央有吸入孔，液體通過吸入孔到葉輪進口10。直徑較小的前蓋板22靠近固定泵體2上的氣穴發生蓋板6，氣穴發生蓋板6與在其里面的徑流葉輪的葉片21之間留有間距、氣穴發生蓋板6上有多個貫通的小孔8，其沿氣穴發生蓋板6的半徑均勻分布開來，并隨著其在氣穴發生蓋板6上分布半徑的增大、小孔8的直徑逐漸增大。電機由定子繞組4與轉子3、電機軸組成，在電機的定子繞組4外裝有薄壁的無磁性的密封套15，以防水進入電機定子繞組4，本實施例的裝置是為滿足盡可能小容器使用要求，其吸入室進口與壓力室的出口同側布置(相對葉輪的承磨環而言)，這種布置只需打開氣穴發生蓋板6就能取出葉輪7，因而維修簡單，泵和電機可做成一體式，本發明的裝置出口旋轉發散的液體，在完成混合、乳化或洗滌要求后，仍然從同側中央吸入回到葉輪進行循環。因而氣穴發生蓋板6中央的吸液孔大于氣穴發生蓋上的出液孔即氣穴發生孔，該裝置的特點是循環速度較快，循環的范圍較小。高速旋轉的葉輪7使蔽體獲得動能和壓能，本發明裝置采用的葉輪11與一般的徑流葉輪有所不同，處于前蓋板22與后蓋板23之間的葉片21部分裸露，其半徑由不蓋滿葉片21處的液所屬絕對速度和壓力滿足在氣穴發生蓋板6上的小孔8出流發生的汽蝕的強度決定，實驗觀察液流絕對速度為5-8米/秒，以上就有汽蝕現象發生。
如圖2所示本發明提出的實施例之二，是前述的實施例的基本結構不變的基礎上將吸入室設置在泵體2上，使吸入室的進口與壓力室5的出口位于安裝于壓力室5固定在泵軸上葉輪7背對的兩側，它靠一個或多個吸入口吸入液體，或者做成開式直接通過濾網19吸入液體，裝多個吸入管口時，可通過管路從混合容器的側壁等較遠的處吸回，其特點是循環范圍大，該裝置可用于不需要液體循環的氣穴清洗工作中，直接用一根加長的吸入管作手柄，同時用以接通自來水或桶水，在滿足吸入真空度的要求下，靠軟管可以伸長和移動。在本實施例中，自來水通過加長管直接送入吸入口20、濾網19到吸入室11、再經過吸入孔進入葉輪。由于吸入室11是設在泵體2上，因此采用的葉輪7的結構與前實施例稍有不同，即前蓋板的外緣端部有一與前蓋板22連為一體的圓環，它可以進一步保證液流有效地從氣穴發生蓋板6射出，另一不同之處是前蓋板22完全蓋住葉片2，而目前蓋板22是與泵體2上的支承板配接，在配合部位前蓋板22套在承磨環17、而后蓋板磨23通過葉輪輪轂固定在泵軸上見與氣穴發生蓋板6貼近，并且后蓋板23比前蓋板22直徑小，因此后蓋板23只能蓋部分葉片21，在這里后蓋板23蓋住葉片22的半徑同樣是由流槽中液體所需的絕對速度和壓力決定的，氣穴發生蓋板1中央部分沒有實施例一中的較大吸液孔。在整個氣穴發生蓋板6上，孔徑的大小是沿點氣穴發生蓋板6的半徑逐漸增大的，這種結構的作用是使過孔的流速保持相同，氣穴在蓋板半徑小的中部也能夠較多發生。此外為了提高屏蔽電機的轉速，電機軸和泵軸均采用中空軸，在電機軸、泵軸之間加入增速器18，在泵體2上支承電機軸的軸承14與增速器18之間的電機軸部分套裝有密封件16。增速器18的作用是異步電機較低的轉速通過增速器18加以提高直到2-4倍的增速比，再傳到葉輪7，因為高轉速的葉輪7中液體的絕對速度是較大，這樣加強氣穴發生的強度，對降低電機噪聲也是有利，增速器在吸入室11中可以靠清潔的自來水潤滑。
上述兩個實施例均勻實現本發明提出的產生強旋轉氣穴流體的方法。驅動電機帶動葉輪7轉動，將液體吸入本發明裝置的壓力室5，即可獲得有壓力的高速旋轉的液體，再讓該液體強迫通過安置在葉輪7前面的與葉片21作配合的有多個貫通的小通孔8，氣穴發生蓋板6造成流動液體與氣穴發生蓋板6上通孔之間具有相對速度的運動、進而在壓差的作用下，迫使運動的液體流通過過預定方向的通孔噴射出流而在氣穴發生蓋板6的通過通孔緣脫流、形成局部低壓，發生氣穴，產生本發明所要求的發散狀流束，成為由眾多的流束組成流束團而成發散的復雜的兩相流場，為使這種流場達到好效果，在吸入液體時及時補入空氣，使氣穴產生量進一步增多，通過進氣閥1，和錐形閥27調整進氣量，以達到最終氣穴發生效果。
權利要求
1.氣穴發生泵，采用電機傳動的徑流葉片泵結構，徑流葉輪由前蓋板、5-8片流線形彎曲葉片和后蓋板組成，葉片在前蓋板、后蓋板中間均勻分布，三者連為一體，其特征在于，前蓋板(22)與后蓋板(23)直徑不同，直徑小者靠近固定在泵體(2)上的氣穴發生蓋板(6)，氣穴發生蓋板(6)與在其里面的徑流葉輪(7)的葉片(21)之間留有間距，徑流葉輪(7)置于泵體(2)和氣穴發生蓋板(6)構成的壓力室(5)中。
2.根據權利要求1所述的氣穴發生器，其特征在于，氣穴發生蓋板(6)上有多個貫通的小孔(8)，其沿氣穴發生蓋板(6)的半徑均勻分布，隨著在氣穴發生蓋板(6)上半徑的增大，小孔(8)的直徑逐漸增大。
3.根據權利要求1所述的氣穴發生器，其特征在于，前蓋板(22)，是配有進水口的蓋板，其中央留葉輪進口(14)與吸入室(11)相通，前蓋板(22)的外緣直徑小于后蓋板(23)的外緣直徑，后蓋板(23)蓋滿整個葉片(21)并且依靠葉輪輪轂固定于泵軸上。
4.根據權利要求1所述的氣穴發生器，其特征在于，前蓋板(22)中央留有葉輪進口(10)與吸入室(10)相通，前蓋板(22)的外緣直徑大于后蓋板的外緣直徑并且蓋滿葉片(21)，前蓋板(22)的直徑外緣端部有一與前蓋板(22)連成一體的圓環，后蓋板(33)依靠葉輪輪轂固定在泵軸上，泵軸穿過前蓋板(22)中央的葉輪進口(10)。
5.根據權利要求1所述的氣穴發生泵，其特征在于，電機采用中空軸(13)與葉輪(7)直聯，中空軸(13)在葉輪進口(10)部位有4-6個徑向開孔(12)，與葉輪進口(10)相通且呈均勻分布。
6.根據權利要求1所述氣穴發生泵，其特征在于，電機采用中空的電機軸與中空的泵軸之間配連增速器(18)，中空的泵軸在葉輪進口(10)的部位有4-6個徑向均勻分布的開孔(12)與葉輪進口相通。
7.根據權利要求1所述氣穴發生器，其特征在于，電機的尾部裝有電磁鐵控制的進氣閥(1)，與進氣閥(1)連通的進氣吸入口還裝有調節進氣量的錐形閥(23)。
8.根據權利要求1所述的氣穴發生泵，其特征在于，電機的定子繞組圍外裝有薄壁無磁性的密封套(15)。
9，根據權利要求1所述氣穴發生泵提出的一種產生強旋轉氣穴流體的方法，其特征在于，有壓力的高速旋轉液體由旋轉葉輪吸入液體后產生，該液體流經靜止的安放在葉片外的帶通孔的板，形成液體與板面上通孔之間具有相對速度的運動，在壓差的作用下，迫使液體從要求方向上的通孔噴射出流，由此，通孔邊緣的鋼性固體就給出流液體施加了一個剪切刀，使液體在通孔邊緣脫流、形成局部低壓，發生氣穴，產生要求的流場，這種出流是與蓋板里的葉輪葉片流槽中液體的絕對速度大小和方向直接相關，出流速度大小是沿徑向增大，方向隨絕對速度角度的變動而變動，從而在板外產生帶氣穴的旋轉發散的復雜兩相流場。
10.根據權利要求9所述的氣穴發生泵提出的一種產生強旋轉氣穴流體的方法，其特征在于，在吸入液體中補充空氣，氣穴產生量進一步增多。
全文摘要
本發明涉及一種能在出口產生較強氣穴的氣穴發生泵。其用中空的屏蔽電機軸經增速器與前后蓋板直徑不等的徑流葉輪直聯,并在電機后部裝有進氣量可調節的電磁鐵控制的進氣閥,葉輪高速旋轉使液體獲得較高的速度,在壓力作用下噴射出氣穴發生蓋板,產生帶氣穴的旋轉發散的復雜流場。該泵同時完成軸功傳遞、引氣、吸液、增壓和發生氣穴,其結構緊湊、能量轉換效率高,適用于洗滌、混合、水力按摩和其他需要氣穴加強其作用的場合。
文檔編號F04D17/08GK1186179SQ9710932
公開日1998年7月1日 申請日期1997年12月1日 優先權日1997年12月1日
發明者李廷浩 申請人:李廷浩