CN107503978B - 一种高扬程高比转速混流泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高扬程高比转速混流泵，它包括弯肘型进水流道、叶轮、导叶、出水弯管和出水流道，其特征在于所述叶轮包括叶片、轮毂和导水锥，所述轮毂沿周向均匀设置非对称翼型的叶片，在轮毂的前端设置导水锥，所述叶片的形状为中间厚两边薄，为三维扭曲曲面，本发明能够有效地提高混流泵的运行效率，适用于高扬程泵站。

Description

一种高扬程高比转速混流泵

技术领域

本发明属于流体机械及工程装备技术领域，特别是涉及用于高扬程泵站的一种高扬程高比转速混流泵。

背景技术

水泵是一种用途极为广泛的机械，可以用来输送各种流体。水泵主要是通过增大水压，从而将电动机的能量传递给水，最终实现提水、运水的目的。水泵的作用就是把动力机的能量传递给水，从而达到提水和增大水压的目的。导叶式的水泵主要应用于高比转速水泵中，主体部分为叶轮和导叶体。叶轮称得上是水泵中最为关键的部件，它决定着泵体的性能。流体经过叶轮的高速旋转，完成机械能传递给水的过程。

混流泵的结构和性能介于传统的离心泵和轴流泵之间，并且在一定范围内可以较为有效地吸收两者的优点、同时弥补两者的缺点。混流泵具有运行流量、扬程变化范围广，高效区宽，结构较为紧凑等优点，广泛应用于海水淡化系统、电站冷却水的循环系统等多个方面。混流泵行业的主要发展趋势已经开始向优化设计和性能预测等多个方面发展，同时，保证混流泵的高效稳定运行在工业应用中也是不可忽视的问题。

中国专利申请201611078143.X公开了“一种大功率潜水混流泵叶轮结构”，该装置包括圆柱形底座，在底座上设有六个均匀分布的第一离心叶轮，在圆柱形轴心上设置有第二离心叶轮，通过设置两组离心叶轮，大大提高了混流泵的效率，解决了传统式的离心叶轮传输效率低的技术问题，但设置两组离心叶轮使得制造工艺的要求更高，同时制造的成本也大大提高。

综上所述，对于混流泵的开发，现有的水力设计方法仍然有明显不足。如何克服现有的技术所存在的不足已成为当今流体机械及工程装备技术领域中亟待解决的重点难题之一。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供的一种高扬程高比转速混流泵，本发明通过对叶轮叶片采用非对称翼型设计，能够有效地提高混流泵的运行效率，适用于高扬程泵站。

根据本发明提出的一种高扬程高比转速混流泵，包括弯肘型进水流道、叶轮室、导叶室、出水弯管和出水流道，所述弯肘型进水流道设置在叶轮的进水端，叶轮与电机通过流道的主轴传动连接，所述叶轮与设置在叶轮室内，导叶设置在叶轮室与出水弯管之间的导叶室内，其特征在于，所述叶轮包括叶轮轮毂、导水锥，所述轮毂的前端设置导水锥，所述叶轮轮毂沿周向均匀设置叶片，所述叶片的形状为中间厚两边薄、呈空间三维扭曲曲面，所述叶片的空间特性通过四条型线表示，每条型线均由上下两端首尾相连的曲线组合而成，分别以四个型线的中心点为原点建立坐标系，x1、x2、x3、x4分别为各坐标的横坐标，y1、y2、y3、y4分别为各坐标的纵坐标，F1、F2、F3、F4分别表示四个型线，所述叶片部分点在直角坐标系中的位置如表1所示：

表1 单位：mm

其中：Fn上表示第n个型线的上线，Fn下表示第n个型线的下线(其中n分别为1、2、3、4)；Fn上_Xn表示型线Fn上曲线的Xn坐标值，Fn上_Yn表示型线Fn上曲线的Yn坐标值(其中n分别为1、2、3、4)；Fn下_Xn表示型线Fn下曲线的Xn坐标值，Fn下_Yn表示型线Fn下曲线的yn坐标值(其中n分别为1、2、3、4)。

本发明提出的一种高扬程高比转速混流泵的进一步的优选方案是：

所述四个型线的拟合后方程如下：

F1-F1上曲线：

y₁＝1E-06x₁ ³+0.0004x₁ ²-0.3678x₁+28.741；

F1-F1下曲线：

y₁＝-7E-08x₁ ³+0.0008x₁ ²-0.2522x₁-24.95；

F2-F2上曲线：

y₂＝5E-07x₂ ³+0.0003x₂ ²-0.1959x₂+21.408；

F2-F2下曲线：

y₂＝5E-08x₂ ³+0.0006x₂ ²-0.1235x₂-23.629；

F3-F3上曲线：

y₃＝3E-07x₃ ³+0.0003x₃ ²-0.0696x₃+12.429；

F3-F3下曲线：

y₃＝1E-07x₃ ³+0.0004x₃ ²-0.0282x₃-22.934；

F4-F4上曲线：

y₄＝2E-07x₄ ³+0.0003x₄ ²+0.0218x₄+1.7473；

F4-F4下曲线：

y₄＝1E-07x₄ ³+0.0004x₄ ²+0.0427x₄-22.523。

本发明的实现原理是：本发明所述的电机带动叶轮顺时针旋转时，通过采用减小轮毂处翼型安放角度并同时增大轮缘处的翼型安放角度的非对称翼型的叶片，从而减小了叶片的扭曲程度，增大了轮缘处翼型的水流冲角，拓宽了轴流泵高效运行范围，提高了叶片的做功能力，降低了水力损失，提高了水泵效率。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：一是本发明提出的一种高扬程高比转速混流泵的叶轮叶片采用非对称翼型设计，适应了扬程变化幅度较大的泵站的需要，并且在导叶式混流泵的运行范围内，机组振动和噪声较小；二是本发明通过过泵流量确定了导叶进口段与叶轮转动所在轴线的安放角度，减小了水流撞击导叶的水力损失，提高了水泵的工作效率。

附图说明

图1是本发明提出的一种高扬程高比转速混流泵的整体结构示意图。

图2是本发明提出的叶轮结构的俯视示意图。

图3是本发明提出的一种高扬程高比转速混流泵的叶片俯视示意图。

图4是本发明提出的一种高扬程高比转速混流泵的叶片左视示意图。

图5是本发明提出的一种高扬程高比转速混流泵的叶轮叶片截面示意图，其中叶片空间截面为F1-F4四个截面。

图6、图7、图8、图9依次是图5中F1、F2、F3、F4四个截面上翼型空间型线。

附图编号说明：弯肘型进水流道1、叶片2、导叶3、导水锥4、叶轮5、叶轮轮毂6、叶轮室7、导叶室8、出水弯管9、主轴10、电机11、出水流道12、导叶轮毂13。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

结合图1-9，本发明提出的一种高扬程高比转速混流泵，包括弯肘型进水流道1、叶轮室7、导叶室8、出水弯管9和出水流道12，所述弯肘型进水流道1设置在叶轮5的进水端，叶轮5与电机11通过流道的主轴10传动连接，所述叶轮5与设置在叶轮室7内，导叶3设置在叶轮室7与出水弯管9之间的导叶室8内(如图1所示)，其中：所述叶轮5包括叶轮轮毂6、导水锥4，所述轮毂的前端设置导水锥，所述叶轮轮毂6沿周向均匀设置叶片(如图2所示)，所述叶片的形状为中间厚两边薄、呈空间三维扭曲曲面，所述叶片(2)的空间特性通过四条型线表示，每条型线均由上下两端首尾相连的曲线组合而成，分别以四个型线的中心点为原点建立坐标系，x1、x2、x3、x4分别为各坐标的横坐标，y1、y2、y3、y4分别为各坐标的纵坐标，F1、F2、F3、F4分别表示四个型线(如图6-9所示)，所述叶片部分点在直角坐标系中的位置如表1所示，

表1： 单位：mm

其中Fn上表示第n个型线的上线，Fn下表示第n个型线的下线(其中n分别为1、2、3、4)；Fn上_Xn表示型线Fn上曲线的Xn坐标值，Fn上_Yn表示型线Fn上曲线的Yn坐标值(其中n分别为1、2、3、4)；Fn下_Xn表示型线Fn下曲线的Xn坐标值，Fn下_Yn表示型线Fn下曲线的yn坐标值(其中n分别为1、2、3、4)。

所述四个型线的拟合后方程如下：

F1-F1上曲线：

y₁＝1E-06x₁ ³+0.0004x₁ ²-0.3678x₁+28.741；

F1-F1下曲线：

y₁＝-7E-08x₁ ³+0.0008x₁ ²-0.2522x₁-24.95；

F2-F2上曲线：

y₂＝5E-07x₂ ³+0.0003x₂ ²-0.1959x₂+21.408；

F2-F2下曲线：

y₂＝5E-08x₂ ³+0.0006x₂ ²-0.1235x₂-23.629；

F3-F3上曲线：

y₃＝3E-07x₃ ³+0.0003x₃ ²-0.0696x₃+12.429；

F3-F3下曲线：

y₃＝1E-07x₃ ³+0.0004x₃ ²-0.0282x₃-22.934；

F4-F4上曲线：

y₄＝2E-07x₄ ³+0.0003x₄ ²+0.0218x₄+1.7473；

F4-F4下曲线：

y₄＝1E-07x₄ ³+0.0004x₄ ²+0.0427x₄-22.523。

本发明提出的一种高扬程高比转速混流泵进一步的优选方案是：

所述叶片2的数量为3～5片；所述叶片2的初始安放角为38°；导叶室8包括导叶轮毂13和活动导叶3，所述活动导叶3设置在叶轮室7与出水弯管9之间的导叶轮毂13上，活动导叶3的数量为7片，所述导叶轮毂13为圆柱体，导叶3的初始安放角为19.5°。

本发明提出的一种高扬程高比转速混流泵的具体实施例进一步公开如下：

实施例1。弯肘型进水流道1的出口尺寸与叶轮室7的进口尺寸相等，对应截面均为圆形，其直径均为1680mm，叶轮室4的高度为1450mm；叶轮室7的出口尺寸与导叶室8的进口尺寸相同，直径均为2410mm；导叶室8的高度为2400mm；导叶3与叶片2的出水端的间距为668mm；导叶室8的出口尺寸与出水弯管9的进口尺寸相等，对应截面均为圆形，其直径均为2410mm；叶片2的最大厚度为32mm，叶片2的最小厚度12mm，叶片2数量为3片，叶片2的安放角度为38°。

实施例2。弯肘型进水流道1的出口尺寸与叶轮室7的进口尺寸相等，对应截面均为圆形，其直径均为1680mm，叶轮室4的高度为1450mm；叶轮室7的出口尺寸与导叶室8的进口尺寸相同，直径均为2410mm；导叶室8的高度为2400mm；导叶3与叶片2的出水端的间距为668mm；导叶室8的出口尺寸与出水弯管9的进口尺寸相等，对应截面均为圆形，其直径均为2410mm；叶片2的最大厚度为32mm，叶片2的最小厚度12mm，叶片2数量为4片，叶片2的安放角度为38°。

实施例3。弯肘型进水流道1的出口尺寸与叶轮室7的进口尺寸相等，对应截面均为圆形，其直径均为1680mm，叶轮室4的高度为1450mm；叶轮室7的出口尺寸与导叶室8的进口尺寸相同，直径均为2410mm；导叶室8的高度为2400mm；导叶3与叶片2的出水端的间距为668mm；导叶室8的出口尺寸与出水弯管9的进口尺寸相等，对应截面均为圆形，其直径均为2410mm；叶片2的最大厚度为32mm，叶片2的最小厚度12mm，叶片2数量为5片，叶片2的安放角度为38°。

本发明的实施过程为：将电机11设置在本发明混流泵的正上方，电机11通过主轴与叶轮5连接。当电机11带动叶轮5顺时针旋转时，淹没在水中的叶轮5的叶片2产生推挤作用，使得下游水库中的水流被吸入和压升到一定高度，压出的水流经过导叶3消除速度环量后，进入出水弯管9，然后经出水流道12进入上游水库。

本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。

Claims (4)

1.一种高扬程高比转速混流泵，包括弯肘型进水流道(1)、叶轮室(7)、导叶室(8)、出水弯管(9)和出水流道(12)，所述弯肘型进水流道(1)设置在叶轮(5)的进水端，叶轮(5)通过主轴(10)与电机(11)传动连接，所述叶轮(5)设置在叶轮室(7)内，活动导叶(3)设置在叶轮室(7)与出水弯管(9)之间的导叶室(8)内，其特征在于，所述叶轮(5)包括叶轮轮毂(6)、导水锥(4)，所述叶轮轮毂(6)的前端设置导水锥(4)，所述叶轮轮毂(6)沿周向均匀设置叶片(2)，所述叶片(2)的形状为中间厚两边薄、呈空间三维扭曲曲面，所述叶片(2)的空间特性通过四条型线表示，每条型线均由上下两端首尾相连的曲线组合而成，分别以四个型线的中心点为原点建立坐标系，x1、x2、x3、x4分别为各坐标的横坐标，y1、y2、y3、y4分别为各坐标的纵坐标，F1、F2、F3、F4分别表示四个型线，所述叶片(2)的部分点在直角坐标系中的位置如表1所示：

表1 单位：mm

其中：Fn上表示第n个型线的上线；Fn下表示第n个型线的下线，所述n分别为1、2、3、4；Fn上_Xn表示型线Fn上曲线的Xn坐标值，Fn上_Yn表示型线Fn上曲线的Yn坐标值，所述n分别为1、2、3、4；Fn下_Xn表示型线Fn下曲线的Xn坐标值，Fn下_Yn表示型线Fn下曲线的yn坐标值，所述n分别为1、2、3、4。

2.根据权利要求1所述的一种高扬程高比转速混流泵，其特征在于，所述四个型线的拟合后方程如下：

F1-F1上曲线：

y₁＝1E-06x₁ ³+0.0004x₁ ²-0.3678x₁+28.741；

F1-F1下曲线：

y₁＝-7E-08x₁ ³+0.0008x₁ ²-0.2522x₁-24.95；

F2-F2上曲线：

y₂＝5E-07x₂ ³+0.0003x₂ ²-0.1959x₂+21.408；

F2-F2下曲线：

y₂＝5E-08x₂ ³+0.0006x₂ ²-0.1235x₂-23.629；

F3-F3上曲线：

y₃＝3E-07x₃ ³+0.0003x₃ ²-0.0696x₃+12.429；

F3-F3下曲线：

y₃＝1E-07x₃ ³+0.0004x₃ ²-0.0282x₃-22.934；

F4-F4上曲线：

y₄＝2E-07x₄ ³+0.0003x₄ ²+0.0218x₄+1.7473；

F4-F4下曲线：

y₄＝1E-07x₄ ³+0.0004x₄ ²+0.0427x₄-22.523。

3.根据权利要求1所述的一种高扬程高比转速混流泵，其特征在于，所述叶片(2)的安放角为38°，叶片(2)的数量为3～5片。

4.根据权利要求3所述的一种高扬程高比转速混流泵，其特征在于，所述导叶室(8)包括导叶轮毂(13)和活动导叶(3)，所述活动导叶(3)设置在叶轮室(7)与出水弯管(9)之间的导叶轮毂(13)上，所述活动导叶(3)的数量为7片，所述导叶轮毂(13)为圆柱体，活动导叶(3)的初始安放角为19.5°。