[發明專利]一種徑向力自平衡的離心泵及其工作方法

在審

• 申請號: 202011045531.4
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112177937A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 譚林偉;施衛東;陳成;楊勇飛;謝占山;曹宇鵬
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: F04D1/00
• 分類號: F04D1/00;F04D29/22;F04D29/66;F04D15/00
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 徐思波

1.一種徑向力自平衡的離心泵，包括葉輪，所述葉輪上安裝有葉輪后蓋板，其特征在于，所述葉輪后蓋板上設置有一圓盤，所述圓盤隨著葉輪后蓋板同步旋轉，所述圓盤上設置有四個呈圓周陣列均勻分布的封閉式水槽，4個所述封閉式水槽的內側、中間位置及外側分別設置有第一截止閥、第二截止閥和第三截止閥，所述第一截止閥、第二截止閥和第三截止閥將每一封閉式水槽區分為兩個第一水室和第二水室并控制第一水室、第二水室中的水量。

2.根據權利要求1所述的一種徑向力自平衡的離心泵，其特征在于，所述第一截止閥、第二截止閥和第三截止閥均為電動截止閥。

3.根據權利要求1所述的一種徑向力自平衡的離心泵，其特征在于，還包括用于觀測當前流量大小及轉速的采集裝置以及用于控制第一截止閥、第二截止閥、第三截止閥動作的控制單元。

4.根據權利要求3所述的一種徑向力自平衡的離心泵，其特征在于，所述采集裝置包括流量檢測傳感器、轉速檢測傳感器、模擬信號處理器、數據采集電路；所述控制單元包括一微機芯片，所述流量檢測傳感器和轉速檢測傳感器分別安裝在離心泵的出水口位置處和泵軸處，所述微機芯片的輸入端通過數據采集電路連接模擬信號處理器，所述模擬信號處理器電連接流量檢測傳感器和轉速檢測傳感器；所述微機芯片的輸出端電連接4個第一截止閥、4個第二截止閥和4個第三截止閥。

5.根據權利要求1所述的一種徑向力自平衡的離心泵，其特征在于，4個所述封閉式水槽的大小、形狀、開口位置及開口大小均一致。

6.根據權利要求1所述的一種徑向力自平衡的離心泵，其特征在于，所述葉輪后蓋板采用壓緊螺栓安裝離心泵的葉輪上。

7.一種根據權利要求1所述的徑向力自平衡的離心泵的工作方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、基于數值模擬分析計算和試驗測量所得離心泵在不同工況下所產生的徑向力的大小和方向，并記錄在微機芯片中；

S2、離心泵啟動工作；

S3、采用流量檢測傳感器、轉速檢測傳感器的采集單元進行采集離心泵出水口的流量和轉速；

S4、微機芯片運算器根據所采集到的流量和轉速，結合步驟S1中所預先存儲的徑向力數據，判定當前徑向力的大小和方向；

S5、依據當前流量控制相應閥門打開，通過改變圓盤偏心質量產生的離心力實現徑向力平衡；徑向力平衡后，所有截止閥關閉，形成自鎖；若泵運行工況發生變化，再基于步驟S1中所預先存儲的徑向力數據，控制相應閥門，平衡徑向力，從而，實現離心泵運行過程中徑向力的動態平衡。

8.根據權利要求7所述的一種徑向力自平衡的離心泵的工作方法，其特征在于，所述步驟S5，具體包括以下步驟：

S5-1、以圓盤中心為基準，建立笛卡爾坐標系，使得四個封閉式水槽分別落在x、-x，y，-y方向上，假設此時的徑向力位于第一象限上，會首先打開-x和-y方向封閉式水槽的第一截止閥，在離心力作用下，離心式水槽的第一水室會自動進水，此時，可根據徑向力的大小來調節第二截止閥，第二截止閥可進一步控制水的離心力的增大，在打開第二截止閥同時，第一水室中的水會在離心力的作用下繼續向外圍移動，水的旋轉半徑增大，從而產生的離心力增大，通過第一截止閥、第二截止閥、第三截止閥的開和關調整圓盤重心的偏心位置和偏心量，從而改變離心力的大小來平衡徑向力，平衡后三個截止閥會自動關閉，形成自鎖，保持運行狀態；

S5-2、若需要降低離心力，可以在離心泵工作狀態下，打開第三截止閥，并關閉第一截止閥和第二截止閥，將水槽里面的水甩出，水的質量減少，離心力也會自然降低，待到再次平衡，關閉第三截止閥形成自鎖，或者結合反方向水槽對應的截止閥開和關，實現徑向力的平衡。