TWI723641B

TWI723641B - 離心泵

Info

Publication number: TWI723641B
Application number: TW108142356A
Authority: TW
Inventors: 拉森杰納斯盧卡斯希拉柯斯基; 埃吉爾柯斯特魯普
Original assignee: 丹麥商葛蘭富控股公司
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2017-04-18
Publication date: 2021-04-01
Also published as: EP3244066B1; RU2666034C1; AU2017202302A1; AU2017202302B2; TW201741554A; CN107448392A; US11067086B2; TW202012791A; CN107448392B; EP3244066A1; US20170328366A1; TWI681126B

Abstract

本發明係有關於一種具有一個或多個泵送階段之離心泵(7)，而在此泵(7)內具有用以支援自吸之壓力控制閥(15)，壓力控制閥(15)包括一預拉伸的板片彈簧(17)及一閥座(18)，板片彈簧(17)具有打開位置及關閉位置，在其打開位置中，板片彈簧(17)遠離於閥座(18)，而在其關閉位置中，板片彈簧(17)關閉閥座(18)，板片彈簧(17)及閥座(18)係針對軟關閉來配置。

Description

離心泵

本發明係有關於一種具有一個或多個泵送階段之離心泵，而在此泵內具有用以支援自吸(self-priming)之壓力控制閥。

離心泵就其本身而言不具有自吸性。為了使它們具有自吸性，需要輔助結構來確保有一些液體保留在泵中，特別是，在葉輪周圍，以便在啟動時，具有自吸效應。

用於離心泵之最常見的自吸裝置係以旁路閥為基礎，其係為壓力控制閥，且係以柱塞或板片彈簧為基礎。以柱塞為基礎的壓力控制閥之下側具有許多在建構及生產方面為昂貴且容易出現問題的組件(柱塞、螺旋彈簧、密封件及閥座)。目前，更容易的是一種板片彈簧閥，只有一個作為板片彈簧的移動部分。這個板片彈簧閥係便宜且堅固耐用的。它需要可作為泵之一整合部分(例如，腔室或入口部分且具有板片彈簧)的簡單的閥座。

雖然板片彈簧閥係簡單、堅固耐用且便宜，但是，它具有下面缺點：特別是，如果將泵整合至例如家用供水設備中之內部供水系統，可能會造成問題。這個板片彈簧產生大的嗶剝噪音，部分是因閥的關閉造成整個閥之壓力的突然改變而導致水鎚(water hammer)的發生。當板片彈簧以高速會合於閥座時，板片彈簧亦會造成噪音。

如此大的嗶剝聲在柱塞閥解決方案中係不存在或可受控制，因為，它具有螺旋彈簧，隨著閥之關閉順序進展，產生使其關閉變慢的反作用力。

具有可用以在關閉時避免嗶剝聲的已知方法。如上所述的一個方法係使用柱塞的概念，另一方法係用以避免有大的壓差。最後的方法可以藉由將其旁路置於更高的壓力下來達成，例如，藉由將閥放置在多段泵之較高的腔室中。在此情況下，作用在整個旁路的壓差會較低，因而增加較少的動量/能量至閥，然而，腔室越高，自吸之效能越差。一個不同的選擇係要減少在旁路周圍的流量，但是，像之前一樣，這亦會減低自吸之效能。

用於多段泵之現有解決方案使用通常被安裝在泵之入口與出口之間的板片彈簧解決方法，如此導致閥上之最高的可能壓差，進而產生非常大的嗶剝聲。

根據泵型Grundfos CM，知道有一種在內部具有用以支援自吸之壓力控制閥的離心泵，其壓力控制閥包括預拉伸的板片彈簧。

本發明之目的係要創建一種具有可避免已知板片彈簧閥之噪音的缺點而用於支援自吸之堅固耐用且便宜的壓力控制閥的自吸式離心泵。

依據本發明，提供一種具有一個或多個泵送階段之離心泵，而在此泵內具有用以支援自吸之壓力控制閥，該閥包括一預拉伸板片彈簧及一閥座，該板片彈簧具有打開位置及關閉位置。在其打開位置中，板片彈簧遠離於閥座。在其關閉位置中，板片彈簧關閉閥座。其板片彈簧及閥座係為了軟關閉(soft closing)而配置。

本發明之主要態樣係要使用一種以下列方式建構之簡單、堅固耐用且便宜的板片彈簧閥：當關閉時，它不會產生這些大的嗶剝噪音。依據本發明，可以藉由為了軟關閉而使板片彈簧相對於閥座配置來實現，此意味著，具有可在與閥座會合前(在完全關閉該閥前)使板片彈簧變慢之手段。依據本發明，具有在附屬請求項以及下面敘述及圖式中被提及之可如此做的幾個可能性。

可以藉由針對板片彈簧配置一預關閉位置來達成本發明之軟關閉，在該預關閉位置中，閥係部分關閉的。在移動至完全關閉位置前，板片彈簧保持在此預關閉位置中有短暫的時間。視閥之兩側的壓差而定，板片彈簧保持在預關閉位置中的短暫時間較佳地是在50至500毫秒之間。

此預關閉位置不必然是一固定的位置，亦可能是在板片彈簧達到完全關閉位置前的一個區域。

依據本發明，該閥係配置成使板片彈簧具有至少一個固有的穩定位置，該位置係一預拉伸的打開位置。在預關閉及關閉位置中，藉由流體力拉緊及強推板片彈簧。此拉力係朝向板片彈簧在其打開位置中的預拉伸力之相反方向。

依據本發，板片彈簧可以具有兩個固有的穩定位置，即，打開位置及關閉位置。板片彈簧係藉由流體力(特別是，閥之差壓)以保持在其關閉位置中。此位置係以座落於閥座上之板片彈簧來定義。

依據本發明之另一具體例，板片彈簧可以具有成為預關閉位置的半穩定位置。此半穩定位置較佳地係藉由流體力而獲得。半穩定意味著，此位置或此位置區域不是固有穩定的，然而，當從打開位置移動板片彈簧至關閉位置時，將可達到此位置或此位置區域有至少一短暫時間。通常，在此預關閉位置中，使板片彈簧之移動變慢。

本發明之軟關閉可以藉由閥座相對於板片彈簧之支撐件的偏心配置來達成。藉由流體力，使板片彈簧從打開位置移動至預關閉位置。當板片彈簧從其預拉伸的打開位置朝關閉位置之方向移動時，主要力量必須衝擊板片彈簧之中間部。當板片彈簧正在變窄至其關閉位置時，它達到預關閉位置，而在該預關閉位置中，力量必須從板片彈簧之中心/中間部移至一個鄰接於板片彈簧之中心/中間的區域，以便移動板片彈簧。流過閥座的流體促使諸力量將板片彈簧從預關閉位置移動至關閉位置。因為需要更強的力量以將板片彈簧從預關閉位置移動至關閉位置，所以移動變慢了。因為流體力並未突然改變，所以此意味著，使板片彈簧之移動變慢。這樣會有下面的效果：板片彈簧平穩地達到閥座，且在完全關閉該閥時，不會發生大的噪音。

針對本發明之軟關閉，可以配置有圍繞閥座的止動座，可在預關閉位置中接觸板片彈簧。此止動座可以是例如由吸力材料製成之斷續的環，或可以是配置在閥座周圍之一個或多個吸震手段。

用於軟關閉之另外的手段，可以使閥座配置成對一平行於板片彈簧之支撐件的平面成某一角度。此角度較佳地可以是在5°與20°之間。此配置促使板片彈簧從圓周之一側朝直徑方向相對側接觸到閥座，此意味著，板片彈簧並未突然地接觸閥座，而是從一側朝另一側緩慢地接觸到閥座。因為使閥座相對於與板片彈簧之移動方向垂直的該閥座之平常位置成傾斜，所以，將板片彈簧從預關閉位置移動至關閉位置的力量必須增加，此意味著，板片彈簧之移動在完全關閉閥座期間正在變慢。

依據本發明之另外的替代具體例，閥座係配置成遠離於處在預關閉位置中之板片彈簧，此節亦可用來獲致軟關閉。

用以迫使該閥軟關閉之手段，可以是一與該閥平行的旁路，而該旁路係在預關閉位置中被板片彈簧所關閉。由於將板片彈簧從打開位置移至預關閉位置而至關閉位置的諸力量係由流體力所造成，所以，一旦達到預關閉位置，將立即減少這些力量，因為，此一平行於閥的旁路被關閉且其流體流量減少了。由於流量的減少，亦會減少用以關閉板片彈簧及將板片彈簧從預關閉位置移至關閉位置的力量。

為了在完全關閉閥前，使板片彈簧之移動變慢，可以在板片彈簧與閥座之間配置一個或多個吸震器，以便在處於其預關閉位置時，該吸震器或該等該吸震器分別與閥座或板片彈簧相接觸。在處於其關閉位置時，它們被壓在一起，以便板片彈簧完全地關閉閥座。

本發明之離心泵較佳地可以是多段泵，其壓力控制閥較佳地係被配置在此泵之入口與出口之間。此配置係非常有效的，因為，在此泵之入口與出口之間的差壓係為此泵中的最高差壓。此意味著，閥係以更強的力來關閉，且被配置在通過可支援自吸效應的此泵的流體路徑之起端處。

有利地，本發明之離心泵係被配置在用以支援住宅的供水系統之供水設備中，較佳地，在家用供水設備中。

以下藉由在圖式中所述之具體範例來更詳細說明本發明。

1‧‧‧(家用)供水設備

2‧‧‧外罩

3‧‧‧(外罩)底部

4‧‧‧吸入接頭

5‧‧‧輸送接頭

6‧‧‧排水孔

7‧‧‧(離心)泵

8‧‧‧電動馬達

9‧‧‧軸桿

10‧‧‧葉輪

11‧‧‧(環形空間)內壁；缸筒壁

12‧‧‧環形空間

13‧‧‧泵外殼

14‧‧‧止回閥

15‧‧‧(板片彈簧)閥；壓力控制閥

15.1‧‧‧(板片彈簧)閥

15.2‧‧‧(板片彈簧)閥

15.3‧‧‧(板片彈簧)閥

15.4‧‧‧(板片彈簧)閥

15.5‧‧‧(板片彈簧)閥

15.6‧‧‧(板片彈簧)閥

16‧‧‧旁路

16.2‧‧‧旁路

17‧‧‧板片彈簧；矩形片

18‧‧‧閥座

18.2‧‧‧閥座

18.3‧‧‧閥座

18.4‧‧‧閥座

19‧‧‧突出部；(板片彈簧)支撐件

20‧‧‧突出部；(板片彈簧)支撐件

21‧‧‧突出部；(板片彈簧)支撐件

22‧‧‧(旁路)中間部

23‧‧‧(板片彈簧)中間部

24‧‧‧偏移量

25‧‧‧旁路

26‧‧‧(閥座)內部分

27‧‧‧吸震器

28‧‧‧角度

29‧‧‧平面

a‧‧‧打開位置

b‧‧‧預關閉位置

c‧‧‧關閉位置

圖1係以相當簡單表示且以沿著圖2之剖面線I-I的縱剖面顯示具有本發明之離心泵的家用供水設備之示意圖；

圖2係沿著圖1之剖面線II-II之剖面圖；

圖3係放大圖顯示關於圖2之板片彈簧閥之細部的放大圖；

圖4至9係本發明之板片彈簧閥之不同具體例之示意剖面圖。

家用供水設備1包括一外罩2，在其中整合了供水設備之所有的組件，且具有一底部3，而供水設備1係以該底部3站立在住宅中的地板表面上。在圖1中，外罩2之左側具有吸入接頭4及在其上方的某一距離處的輸送接頭5。在吸入接頭4的下方設置有可關閉的排水孔6。

外罩2之下部係被一多段的離心泵7及一電動馬達8所填滿。泵7及馬達8係以臥式配置，以其軸桿9在操作中處於水平位置。軸桿9以一部分分支承著電動馬達8之轉子，且以另一部分支承著離心泵7之葉輪10。

離心泵7具有四個階段，每一階段包括一葉輪10及一形成環形空間12之內壁11的周圍擴散器，該環形空間12之外壁則係由泵外殼13所形成。在操作中，水通過吸入接頭4進入至泵外殼13中，從而到達至泵7之吸入口，接著，從此處通過個別的泵階段到達至最後泵階段，從該最後階段，使主要的輸送流轉向約180度而進入缸筒壁11與泵外殼13之間的環形空間12中。從此處，其流動係向上通過一止回閥14而到達至供水設備之輸送接頭5。

在操作期間，當在輸送接頭5處已獲得必要的壓力且不再需要流體流量時，便關閉電動馬達8，以停止泵7。藉由關閉的止回閥14，以保持在輸送接頭5處的壓力。然而，現在到達吸入接頭4的水頭(head of water)可能被中斷。為了恢復水頭，當再次啟動此泵時，在泵階段中必須有足夠的水，否則，泵7之自吸將是不可能的。當泵7已停止時，在諸多泵階段中之水將在所有的泵階段之間成水平。當差壓為低時，通常會打開壓力控制閥15，以便使流體得以通過旁路16。當泵7運轉時，在諸多泵階段中之水將通過而旁路16而再次循環，在此過程期間，將再次穩定水頭，最後，在吸入側與壓力側之間的差壓升高，並將閥15關閉。

因為在泵7之操作期間此旁路16必須被關閉，所以，此閥15係配置成藉由流經旁路16之流體、及離心泵7在操作中之壓力側與吸入側之間的壓力而關閉。如果離心泵7未處於操作中且其壓力下降，則閥15將打開旁路16。此閥15係一板片彈簧閥，其包括板片彈簧17及位在旁路16之末端處的閥座18。從圖3可以清楚看到板片彈簧17。這個由彈簧鋼所製成的矩形片17在它可由圖3看到之固有的打開位置處被預先拉伸。設有從缸筒壁11徑向延伸且形成用於板片彈簧17之支撐件的突出部19。設有從泵外殼13之外壁徑向延伸至此環形空間12中的另外的突出部20。設有圍繞著諸突出部20且亦從泵外殼13之缸筒壁反向延伸的另外的突出部21。這些突出部21係配置成用以將板片彈簧17固定在它的縱向上。突出部20形成了用於板片彈簧17之支撐件。這些突出部19、20及21將板片彈簧17支撐在它的預拉伸位置中，在此預拉伸位置中，閥15係打開的(圖3)且係固有穩定的，此意味著，如果沒有由液壓力所造成的外部流體，則從圖3可看出，板片彈簧17保持在此打開位置中。在此位置中，板片彈簧17被預先拉伸。為了關閉閥15，必須有流量通過旁路16。此流量及在泵7之環形空間12與吸入側之間的差壓，促使板片彈簧17朝閥座18之方向移動，直到板片彈簧17將閥座18關閉為止。在此關閉位置中，不再有流量，但只有在壓力側與吸入側之間的泵7之差壓保持閥15呈關閉。只要此差壓存在，板片彈簧17之關閉位置即為固有穩定的，因為，此位置係由與板片彈簧17之中間部相對立的閥座18及由在關閉位置中作為板片彈簧17之支撐件的突出部19所界定。

為了在板片彈簧閥15依據本發明關閉時，避免大的嗶剝噪音，如圖4至9所示具體例之範例所示，板片彈簧閥15係針對軟關閉而配置。在打開位置中，其中，板片彈簧17係被預先拉伸，圖4至9以實線表示板片彈簧17。在關閉位置中，當板片彈簧17完全關閉閥座18時，以細虛線表示板片彈簧17。再者，具有一預關閉位置，其係為一半穩定位置。以點虛線來表示處於此位置之板片彈簧17。在圖4至9之所有變化中，打開位置係以a來表示，預關閉位置係以b來表示，以及，關閉位置係以c來表示。

在圖4之具體例中，在旁路16之中間部22周圍成對稱的閥座18，係配置成為對板片彈簧17之中間部23呈偏移。其偏移量24促使板片彈簧17在其從打開位置a至關閉位置c的路徑上，先在一邊界處接觸到閥座18。在此位置，當板片彈簧17接觸到閥座18之邊緣時，板片彈簧17已達到預關閉位置b。此邊緣係充當為支撐件，縮短了板片彈簧17之有效長度。這會造成，板片彈簧17之剩餘的有效部分變得較硬且需要更強的力才能被移至關閉位置c。這使得移動變慢，且造成板片彈簧17被平穩地朝此關閉位置c引導。泵7一旦停止，當泵之吸入側與壓力側之間的差壓下降時，板片彈簧閥15.1打開，且板片彈簧17返回至預拉伸的打開位置a。

圖5之具體例顯示了圖4之板片彈簧閥15.1之相似的配置。此板片彈簧閥15.2係以相似於板片彈簧閥15.1之方式運作，其不同之處在於：藉由移位閥座18.2來配置偏移量24。閥座18.2係配置成偏心的，此意味著，具有中間部22之旁路16.2係配置成為對板片彈簧17之中間部23且對閥座18.2具有偏移量24。從打開位置a移動至預關閉位置b、然後至關閉位置c的效果，係相似於先前關於圖4之板片彈簧閥15.1所述。

圖6之板片彈簧閥15.3之具體例具有相似於閥座18.2之閥座18.3。然而，設有一旁路25配置成低於旁路16.2而比旁路16.2小，但是，亦遠離板片彈簧17之中間部23及閥座18.3。此配置之效果是，朝閥座18.3移動之板片彈簧17先關閉旁路16.2。因為當關閉旁16.2時，旁路25仍然是打開的，所以具有雙重效果：一方面，需要更強的力量以完全地關閉閥，另一方面，旁路25保持一可降低閥15.3之差壓的小短回路。這樣可平穩地將閥關閉。

在圖7之具體例中，板片彈簧閥15.4具有一特殊的閥座18.4。此閥座被建構為兩個層次。在第一個層次中，閥座18.4具有大直徑及閥座內部之徑向通道，以便在板片彈簧17移動至預關閉位置b時，流體仍然經由這些通道而在閥座18.4與板片彈簧 17之間流動。然而，使板片彈簧17之移動變慢了，因為，用以關閉閥座18.4之內部分26所需的板片彈簧17之中間部分具有相對短的有效長度。當處於關閉位置c且流體不再流經旁路16時，需要更大的液壓力，以便達到此內部分26。圍繞閥座18.4之內部分26的額外部分可以配備有吸震材料，其係配置成如同斷續的環。

在圖8之板片彈簧閥15.5之具體例中，在閥座18附近配置有吸震器27，而旁路16係對閥座18及板片彈簧17之中間部成對稱。這些吸震器27呈圓柱形式，且從圖8可看出，係以下列方式配置成低於及高於閥座18：當從打開位置a移至關閉位置c時，板片彈簧17達到一預關閉位置b，在那裡板片彈簧17係被這些吸震器27所支撐。這些吸震器27形成了用於板片彈簧17之止動支撐。此支撐造成板片彈簧17之有效長度減少了，以致於需要更強的力量，以促使板片彈簧17進入關閉位置c中。這使得板片彈簧17之移動變慢了，因而達成軟關閉。

圖9顯示一板片彈簧閥15.6之具體例，其中，板片彈簧17不是配置成與閥座18垂直，而是對於一個與板片彈簧17之支撐件19平行的平面29成某一角度28。此配置具有下面效果：當以液壓力將板片彈簧17從其預拉伸的打開位置a移動至關閉位置c時，板片彈簧17不會立刻關閉旁路16，而是先接觸閥座18之一側部，且保持在一預關閉位置b中或至少變慢，以便輕輕地移動至關閉位置c中。

圖4至9之前述具體例顯示如何能達成本發明之平穩關閉效果的範例。清楚的是，仍有一些未被描述的其它配置，然而，這些配置根據下列相同效果係行得通的：當板片彈簧係處於預關閉位置b或預關閉區域中時，使板片彈簧之運動變慢，以便可以平穩地完全關閉至位置c，進而最小化由水鎚或由板片彈簧17至閥座18之撞擊所造成的噪音。