CN101498309A

CN101498309A - 向心泵及其叶管式叶轮

Info

Publication number: CN101498309A
Application number: CNA2009100582660A
Authority: CN
Inventors: 王秀华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2009-08-05

Abstract

向心泵采用叶管式叶轮，叶管是三维空间叶管，叶轮是三维空间叶轮。当泵轴带动叶管式叶轮高速旋转时，水流从叶轮最大半径处进入叶管、并沿着叶管作高速向心运动，水流从泵轴旋转获得动能、在垂直方向得到提升，这就是向心泵的工作原理。水流从叶轮最大半径处入口可获得最大转矩，水流从入口到出口一根叶管直通，路程最短、损耗最小，向心泵效率可达90％。水流在叶管内流动所形成的流场为线性流场，因此，三维空间叶管的设计，三维空间叶轮的设计，以及相关物理量Q、H的计算都十分简单方便。

Description

向心泵及其叶管式叶轮

技术领域：

本发明涉及的是一种泵及其叶管式叶轮。

背景技术：

当今，在泵这个领域，离心泵占据统治地位。离心泵应用最广、用量最大、产值最高。FIOWSerVe美国离心泵生产公司，年销售额为10亿美元。FPDFLowserve Pump Division美国离心泵专业生产公司，年销售额为20亿美元。……但是，离心泵存在严重的缺点：1、效率低，国产IS单吸离心泵效率一般在60％以下，其中大泵也只有60％～80％；S型双吸离心泵效率一般为70％～80％，其中较大的泵个别工况可达90％，而多级离心泵的效率则更低。造成离心泵效率低的根本原因是离心泵理论上存在缺点：离心泵采用叶片式叶轮，水流从叶轮中心、在离心力作用下甩向叶轮外缘，泵壳汇集由叶轮甩出的水，并将动能转化为压力能，使液体质点或水流得到提升，这就是离心泵的工作原理。水流从‘中心’到‘外缘’再‘汇集’经过冗长的过程，既浪费能量、也浪费成本，所以用离心力作功、建立离心泵的理论基础存在先天性的缺陷。2、非线性流场，水流在叶轮中流动所形成的流场为非线性流场，所以流量Q、扬程H等物理量的计算、叶轮的设计都非常复杂非常困难。其实，对非线性流场物理量的计算、和叶轮的设计本身就是一个正在研究攻克的难题。

发明内容：

向心泵工作时，水流或液体质点在叶管式叶轮中的流动，主要受到向心力的作用。向心泵采用叶管式叶轮。当原动机或泵轴带动叶管式叶轮按设定的方向高速旋转时，水流在叶管内并沿着叶管作高速向心运动，在叶管出口、水流轴向喷射，完成机械能转换成水流的速度能和压力能，使水流或液体质点得到提升、增压、输送，这就是向心泵的工作原理。

如图1、图2所示，叶管是三维空间叶管，叶轮是三维空间叶轮。水流在叶管内同时绕A、B、C三轴运动：A轴实轴即向心泵轴，B轴(虚轴)垂直轴，C轴(虚轴)水平轴。当A轴旋转时，水流绕B轴旋转θ角、绕C轴旋转90°。水流从泵轴旋转获得动能、在垂直方向得到提升。这就是向心泵水流提升的全部物理过程。

叶管是三维空间叶管，叶管的三维空间形状由Rb、Rc和θ角确定。叶管的数量按泵的流量设计，叶管的一端为进水口、另一端为出水口，进水口和出水口其形状和几何尺寸拫据需要设计。水流在叶管内流动每时每刻都垂直于叶管横截面(与叶管轴线垂直的截面)，水流所形成的流场为线性流场。对于线性流场，泵的流量Q、扬程H等各种物理量都可通过计算求得，考虑到水流摩擦等损耗，实际流量和扬程略小于计算值。

向心泵的优点

1、水流从叶轮最大半径处入口可获得最大转矩，这是高效率的基础。

2、水流从进口到出口一根叶管直通，路程最短省耗最小，所以效率高。

3、水流在叶管内流动所形成的流场为线性流场，所以水泵无论处于何种工况都能高效运行，向心泵的效率可达90％。节电20％。

4、可计算泵的各种物理量。水流在叶管内流动所形成的流场为线性流场，这是向心泵的重要特征。泵的各种物理量：流量Q、扬程H等参数都可以方便而又简单的通过计算求得。

5、可用普通的计算机软件设计三维空间叶管、设计三维空间叶能，这是向心泵的又一重要特征。

附图说明：

如图1、图2所示，叶管是三维空间叶管、叶轮是三维空间叶轮，水流在叶管内同时绕A、B、C三轴运动：A轴实轴即向心泵轴，B轴(虚轴)垂直轴，C轴(虚轴)水平轴。当A轴旋转时，水流绕B轴旋转θ角、绕C轴旋转90°。图2为叶管式叶轮三维空间图，其序号1-叶管 2-轮毂 3-叶管进口 4-叶管出口 5-水流入口 6-水流出口 7-叶轮旋转方向。

Claims

1、“向心泵及其叶管式叶轮”主要包括‘叶管’和‘叶管式叶轮’。当泵轴带动‘叶管式叶轮’高速旋转时，水流或液体质点在叶管内作高速向心运动，使水流获得轴向提升，本发明其特征是向心力使水流提升、增压、输送。

2、拫据权利要求1所述，‘叶管’和‘叶管式叶轮’是本发明的重要技术特征。

3、拫据权利要求2所述，由叶管和轮毂构成‘叶管式叶轮’，叶管的数量按泵的流量设计。

4、拫据权利要求2所述，‘叶管’是三维空间叶管，其空间几何形状由Rb、Rc和θ角确定，水流在叶管内绕B轴旋转θ角，绕C轴旋转90°。

5、拫据权利要求4所述，叶管进口和出口，其几何形状和尺寸拫据需要设计。