CN104791292A - 一种轴流泵叶轮导水锥 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轴流泵，具体地说是一种轴流泵叶轮导水锥；设有导水锥、叶轮叶片、叶轮室壁面、叶轮轮毂体、泵轴，其特征在于轴流泵叶轮前部设有导水锥，导水锥收缩型线采用拟合的曲线，以实现流体在导水锥流道内的均匀流动。本发明能够减小导水锥出口断面速度加权平均偏流角、提高导水锥出口断面轴向速度分布均匀度以及提升叶轮水力效率。

Description

一种轴流泵叶轮导水锥
技术领域
本发明涉及轴流泵，具体地说是一种轴流泵叶轮导水锥。
背景技术
轴流泵是应用非常广泛的水力机械装置, 在灌溉排涝、城市供排水、排污以及长距离供水等方面有着广泛的应用，常见的轴流泵的叶轮包括如下的几个部件：叶轮轮毂体、安装在叶轮轮毂体上的叶片，安装在叶轮轮毂体端部的导水锥；叶轮轮毂、叶片和导水锥共同组成叶轮，为了保证轴流泵叶轮处于理想的工作状态，一般要求叶轮进口处水流分布均匀，入流没有预旋等；在轴流泵叶轮前部加设导水锥，能使水流在进入叶轮之前得到均匀加速，为叶轮提供均匀分布，没有预旋的入流，同时设计合理的导水锥对提高轴流泵进口流场品质，提高速度均匀性、稳定性具有重要作用；目前，针对轴流泵叶轮导水锥的研究鲜有报道，国内外学者的研究主要集中于对轴流泵进水条件的研究；朱红耕、袁寿其等对肘形进水流道对立式轴流泵水力性能影响进行了研究；杨帆、罗祝北、汤方平等对大型低扬程泵站钟形进水流道水力特性进行了研究，因此设计优秀的导水锥型线，从而为轴流泵叶轮提供更加均匀稳定的入流条件具有实际意义。
在流体力学中，判定流场优劣的评价指标主要有轴向速度分布均匀度δ和速度加权平均偏流角。
（1）轴向速度分布均匀度δ计算依据：
轴流泵进水流道的设计应为叶轮提供流速和压力分布均匀的进水条件。导水锥流道的出口就是叶轮流道的进口,其轴向速度分布均匀度δ反映了导水锥流道的设计质量, δ越接近100%,表明进水流道的出口水流的轴向速度分布越均匀,其计算公式为：
；
式中：为计算断面上的平均轴向速度, m/s; n 为单元个数；为单元的轴向速度, m/s。
（2）速度加权平均偏流角计算依据：
若导水锥出口有径向流速存在,将会改变叶轮设计进水条件,影响叶轮的能量性能,为此引入速度加权平均偏流角来衡量；值越接近0°，出口水流越接近垂直于出口断面,叶轮的进水条件越好，其计算表达式为：
；
式中：为断面各单元的径向速度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种轴流泵叶轮导水锥。
导水锥的收缩型面的收缩曲线，符合以下公式：  。
R–沿导水锥轴向，距离导水锥头部x处的导水锥截面半径（m）。
R1-收缩段进口截面半径（m）。
x为沿导水锥轴向，距离导水锥头部的距离。
本发明的叶轮导水锥能使水流在进入叶轮之前得到均匀加速，为叶轮提供均匀分布的入流，能提高轴流泵进口流场速度均匀性、稳定性，从而提高叶轮效率。
附图说明
图1为本发明的轴流泵叶轮导水锥轴面投影图。
图2为传统轴流泵叶轮导水锥轴面投影图。
图3为本发明轴流泵叶轮导水锥与普通导水锥在不同工况下的叶轮水力效率。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1给出了本发明的轴流泵叶轮导水锥轴面剖视图，图2给出了普通轴流泵叶轮导水锥轴面剖视图。
由图1、2可知：本发明的叶轮导水锥与传统叶轮导水锥都包括导水锥1，叶轮轮毂体4，均匀设置在轮毂体圆周上的轴流叶片2，叶轮室壁面3，泵轴5。
取定导水锥长度L：L取（0.5~1.0）dh，dh为叶轮轮毂体直径。
从导水锥头部开始，依据拟合公式，计算出每个x对应的R值，导水锥头部x的值取0，x取值应小于等于L，依据计算得出的每个（x , R）从而绘制出导水锥型线，导入三维造型软件后得导水锥型体。
本例中采用CFD手段对泵的性能进行预测，由于采用了更加贴合流场的拟合型线，本发明的叶轮导水锥出口断面即叶轮的进口断面的速度均匀度δ 比传统导水锥提升了0.9个百分点；本发明的叶轮导水锥出口断面的速度加权平均偏流角比传统导水锥降低了2.73°。
图3 给出了本发明轴流泵叶轮导水锥与普通导水锥在不同工况下的叶轮水力效率。由图3 可知，在相同叶轮和进出口条件下，在轴流泵设计点处，采用本发明的导水锥后，叶轮效率提高了0.3个百分点；本发明改善了叶轮入口流动结构，从而达到减小叶轮内部流动损失的目的，进而提高泵的性能。

Claims (5)

1.一种轴流泵叶轮导水锥，其特征在于：所述导水锥收缩型面的收缩曲线，符合以下公式：                                                 ；
R–沿导水锥轴向，距离导水锥头部x处的导水锥截面半径，m；
R1-收缩段进口截面半径，m；
x为沿导水锥轴向，距离导水锥头部的距离。
2.如权利要求1所述的一种轴流泵叶轮导水锥，其特征在于：导水锥长度L：L取0.5 dh ~1.0dh，dh为叶轮轮毂体直径。
3.如权利要求1所述的一种轴流泵叶轮导水锥，其特征在于：从导水锥头部开始，依据拟合公式，计算出每个x对应的R值，导水锥头部x的值取0，x取值应小于等于导水锥长度，依据计算得出的每个（x , R）从而绘制出导水锥型线，导入三维造型软件后得导水锥型体。
4.如权利要求1所述的一种轴流泵叶轮导水锥，其特征在于：导水锥出口断面即叶轮的进口断面的速度均匀度δ 比传统导水锥提升了0.9个百分点；叶轮导水锥出口断面的速度加权平均偏流角比传统导水锥降低了2.73°。
5.如权利要求1所述的一种轴流泵叶轮导水锥，其特征在于：在相同叶轮和进出口条件下，在轴流泵设计点处，采用所述的导水锥后，叶轮效率提高了0.3个百分点。
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