CN107762965A - 一种高扬程低噪声的轴流泵 - Google Patents

一种高扬程低噪声的轴流泵 Download PDF

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CN107762965A CN201710846646.5A CN201710846646A CN107762965A CN 107762965 A CN107762965 A CN 107762965A CN 201710846646 A CN201710846646 A CN 201710846646A CN 107762965 A CN107762965 A CN 107762965A
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Abstract

本发明涉及一种高扬程低噪声的轴流泵，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，所述叶片呈空间交叉的X型。本发明拓宽了轴流泵高效运行的范围，减小了机组的振动及噪声，适用于在扬程变化幅度较大的泵站。

Description

一种高扬程低噪声的轴流泵
技术领域
本发明属于流体机械及水利水电工程设备技术领域，特别是涉及一种高扬程低噪声的轴流泵。
背景技术
轴流泵是用于低扬程泵站的最主要泵型。轴流泵结构简单，安装灵活，形式多样。我国大型泵站尤其是轴流泵站的建设，最近20年来发展十分迅速。在农田灌溉，市政给排水、调水工程、电厂循环水工程等方面有着广泛的应用。这类泵站的特点是扬程低、流量大、信息化程度高，主要分布在长江中下游、洞庭湖区、江汉平原、珠江三角洲和大运河沿线等。根据中国通用机械工业协会泵业分会的会员企业统计的轴流泵产量，20世纪90年代以来，我国轴流泵的产量稳定增加，21世纪初以来南水北调的规划开始实施，这是解决北方地区水资源匮乏的战略性工程，是一项举世瞩目的特大规模跨流域调水工程。其中，南水北调东线建30座泵站，需大型水泵300多台。
轴流泵适应的扬程低，具有过流量大、叶轮直径小、重量轻的特点，根据取水泵站的设计扬程，一般首选轴流泵，但是轴流泵在小流量、高扬程运行时有不稳定区域，在零流量附近运行汽蚀性能较差，对扬程变化幅度大的泵站，要满足高扬程稳定运行，必然使平均扬程偏离水泵高效率区。
中国专利申请201610214605.X公开了一种“轴流泵”，在小流量工况下仍能高效稳定运行，该装置包括泵壳、叶轮和多个沿周向均匀排列在叶轮进口端的泵壳内壁的挡板，当叶轮进口设置挡板后，有效的消除了原流量-扬程曲线的马鞍区，但其挡板尺寸太大，影响到进水流道的设计，增加了施工成本。
中国专利申请201511004087.0公开了“一种高扬程轴流泵叶轮水力设计方法”，提出了轴流泵叶轮参数系统的、精确地设计方法，解决了轴流泵低扬程和空化的问题，延长泵的使用寿命和维修周期，但这种设计方法没有考虑轴流泵在最优流量65％时的不稳定区域运行时机组的振动、噪声及高效区域窄等问题。
综上所述，针对扬程变化幅度较大的泵站，轴流泵需要满足在高扬程工况下高效稳定运行，而现有的水力设计方法无法达到这一要求。如何克服现有技术的不足已成为当今流体机械及水利水电工程设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一种高扬程低噪声的轴流泵，本发明拓宽了轴流泵高效运行的范围，减小了机组的振动及噪声，适用于在扬程变化幅度较大的泵站。
根据本发明提出的一种高扬程低噪声的轴流泵，它包括：弯肘型进水流道、叶轮、导叶、出水弯管和出水流道，所述弯肘型进水流道设置在叶轮的进水端，叶轮与电机通过穿过流道的主轴传动连接，所述叶轮设置在叶轮室内，所述导叶设置在叶轮室与出水弯管之间的扩散管内，其特征在于，所述叶轮包括叶片、轮毂和导水锥，所述轮毂的前端设置导水锥，所述轮毂沿周向均匀设置非对称翼型的叶片，所述叶片的形状为中间厚两边薄，从轮缘至轮毂，叶片的冲角逐渐减小，呈空间交叉的X型；所述叶片进水端为球面结构，出水端为流线尖翼型，其空间特性通过其不同轴向截面翼型曲线上关键点坐标表示：以叶片的转动轴向与各截面的交点为原点建立坐标系，x1、x2、x3、x4为各坐标的横坐标，y1、y2、y3、y4为各坐标的纵坐标，M1、M2、M3、M4分别表示四个型线，则叶片的中间截面型线部分点在直角坐标系下的位置参数如表1-4所示，
表1：单位：mm
序号 M1Z-X1 M1Z-Y1 序号 M1F-X1 M1F-Y1
101 -344.2549 -209.9797 111 -344.2549 -231.6645
102 -269.0349 -161.0645 112 -269.0349 -203.6403
103 -193.815 -113.5645 113 -193.815 -168.4556
104 -118.5951 -64.739 114 -118.5951 -129.2122
105 -43.3751 -14.7175 115 -43.3751 -82.5314
106 31.8448 39.0791 116 31.8448 -28.1755
107 107.0647 97.1366 117 107.0647 36.363
108 182.2847 161.5909 118 182.2847 110.9093
109 257.5046 234.0661 119 257.5046 200.1207
110 332.6477 314.8899 120 332.7245 301.768
拟合后的两条曲线方程分别为：
M1正面曲线：y＝6×10-7x3+0.0004x2+0.7158x+15.727；
M1反面曲线：y＝5×10-7x3+0.0008x2+0.7358x-52.502；
表2：单位：mm
序号 M2Z-X2 M2Z-Y2 序号 M2F-X2 M2F-Y2
201 -351.6654 -182.0942 211 -351.6654 -203.75
202 -255.7673 -135.6105 212 -255.7673 -172.0015
203 -163.0188 -88.0655 213 -163.0188 -131.2401
204 -73.1085 -38.5426 214 -73.1085 -84.1645
205 13.4051 13.6554 215 13.4051 -30.7013
206 96.1303 69.0656 216 96.1303 28.8435
207 174.8875 127.9409 217 174.8875 93.9026
208 249.6718 190.4634 218 249.6718 163.8105
209 320.8025 256.465 219 320.8025 237.703
210 388.0362 325.9053 220 388.0362 315.3986
拟合后的两条曲线方程分别为：
M2正面曲线：y＝3×10-7x3+0.0004x2+0.6248x+5.1081；
M2反面曲线：y＝2×10-7x3+0.0006x2+0.6547x-39.756；
表3：单位：mm
序号 M3Z-X3 M3Z-Y3 序号 M3F-X3 M3F-Y3
301 -476.6031 -190.6198 311 -476.6031 -207.5956
302 -374.6052 -148.5189 312 -374.6052 -176.7839
303 -272.6072 -103.5334 313 -272.6072 -141.3047
304 -170.6092 -58.0864 314 -170.6092 -99.2167
305 -68.6112 -9.364 315 -68.6112 -50.7976
306 33.3867 41.712 316 33.3867 3.9795
307 135.3847 96.9015 317 135.3847 63.8641
308 237.3827 155.836 318 237.3827 131.9898
309 339.3807 219.4464 319 339.3807 202.1032
310 441.3786 288.2142 320 441.627 280.4881
拟合后的两条曲线方程分别为：
M3正面曲线：y＝8×10-8x3+0.0002x2+0.5095x+24.707；
M3反面曲线：y＝-2×10-8x3+0.0003x2+0.5447x-14.514；
表4：单位：mm
序号 M4Z-X4 M4Z-Y4 序号 M4F-X4 M4F-Y4
401 -563.917 -189.9518 411 -563.917 -205.3198
402 -444.3495 -148.3541 412 -444.3495 -172.411
403 -324.782 -103.7996 413 -324.782 -132.8857
404 -205.2145 -55.3457 414 -205.2145 -88.5406
405 -85.6471 -5.9351 415 -85.6471 -39.206
406 33.9204 45.7203 416 33.9204 15.4737
407 153.4879 100.9007 417 153.4879 74.602
408 273.0554 159.2813 418 273.0554 134.2945
409 392.6229 218.9548 419 392.6229 203.7406
410 512.1903 282.4746 420 512.5287 274.3765
拟合后的两条曲线方程分别为：
M4正面曲线：y＝3×10-9x3+9×10-5x2+0.443x+31.007；
M4反面曲线：y＝-2×10-8x3+0.0002x2+0.4604x-0.9051；
表1-4中：MnZ表示第n个型线的正面曲线，MnF表示第n个型线的反面曲线，所述n分别为1、2、3、4；MnZ-Xn表示型线Mn正面曲线的xn坐标值，MnZ-Yn表示型线Mn正面曲线的yn坐标值，所述n分别为1、2、3、4；MnF-Xn表示型线Mn反面曲线的xn坐标值，MnF-Yn表示型线Mn反面曲线的yn坐标值，所述n分别为1、2、3、4。
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。
本发明与相比现有技术相比其显著优点在于：一是本发明公开的一种高扬程低噪声的轴流泵的叶轮叶片采用了对其非对称翼型安放角度的新设计，从而适应了扬程变化幅度较大的泵站、拓宽了轴流泵高效运行的范围以及减小了机组的振动与噪声；二是本发明通过泵流量确定了导叶进口角，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低噪声的轴流泵的整体结构示意图。
图2是本发明提出的叶轮的结构主视图。
图3是本发明提出的一种高扬程低噪声的轴流泵的叶片左视图。
图4是本发明提出的一种高扬程低噪声的轴流泵的四个轴向空间截面剖面线的相对位置示意图。
图5是本发明提出的叶片的轴向空间截面M1型线的示意图。
图6是本发明提出的叶片的轴向空间截面M2型线的示意图。
图7是本发明提出的叶片的轴向空间截面M3型线的示意图。
图8是本发明提出的叶片的轴向空间截面M4型线的示意图。
附图标注说明：弯肘型进水流道1、导水锥2、叶轮3、叶轮室4、叶片5、轮毂6、导叶7、扩散管8、出水弯管9、出水流道10、电机11。
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1-8，本发明提出的一种高扬程低噪声的轴流泵，包括弯肘型进水流道1、叶轮3、导叶7、出水弯管9和出水流道10，所述弯肘型进水流道1设置在叶轮3进水端，叶轮3与电机11通过穿过流道的主轴传动连接，所述叶轮3设置在叶轮室4内，所述导叶7设置在叶轮室4与出水弯管9之间的扩散管8内(如图1所示)；其中，所述叶轮3包括叶片5、轮毂6和导水锥2(如图2所示)，所述轮毂的前端设置导水锥，所述轮毂6沿周向均匀设置非对称翼型的叶片5；所述叶片5的形状为中间厚两边薄，从轮缘至轮毂6，叶片5的冲角逐渐减小，呈空间交叉的X型；所述叶片5进水端为球面结构，出水端为流线尖翼型(如图3所示)，其空间特性通过其不同轴向截面翼型曲线上关键点坐标表示(如图4-8所示)：以叶片5的转动轴向与各截面的交点为原点建立坐标系，x1、x2、x3、x4为各坐标的横坐标，y1、y2、y3、y4为各坐标的纵坐标，M1、M2、M3、M4分别表示四个型线，则叶片5的中间截面型线部分点在直角坐标系下的位置参数如表1-4所示，
表1：单位：mm
序号 M1Z-X1 M1Z-Y1 序号 M1F-X1 M1F-Y1
101 -344.2549 -209.9797 111 -344.2549 -231.6645
102 -269.0349 -161.0645 112 -269.0349 -203.6403
103 -193.815 -113.5645 113 -193.815 -168.4556
104 -118.5951 -64.739 114 -118.5951 -129.2122
105 -43.3751 -14.7175 115 -43.3751 -82.5314
106 31.8448 39.0791 116 31.8448 -28.1755
107 107.0647 97.1366 117 107.0647 36.363
108 182.2847 161.5909 118 182.2847 110.9093
109 257.5046 234.0661 119 257.5046 200.1207
110 332.6477 314.8899 120 332.7245 301.768
拟合后的两条曲线方程分别为：
M1正面曲线：y＝6×10-7x3+0.0004x2+0.7158x+15.727；
M1反面曲线：y＝5×10-7x3+0.0008x2+0.7358x-52.502；
表2：单位：mm
序号 M2Z-X2 M2Z-Y2 序号 M2F-X2 M2F-Y2
201 -351.6654 -182.0942 211 -351.6654 -203.75
202 -255.7673 -135.6105 212 -255.7673 -172.0015
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205 13.4051 13.6554 215 13.4051 -30.7013
206 96.1303 69.0656 216 96.1303 28.8435
207 174.8875 127.9409 217 174.8875 93.9026
208 249.6718 190.4634 218 249.6718 163.8105
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210 388.0362 325.9053 220 388.0362 315.3986
拟合后的两条曲线方程分别为：
M2正面曲线：y＝3×10-7x3+0.0004x2+0.6248x+5.1081；
M2反面曲线：y＝2×10-7x3+0.0006x2+0.6547x-39.756；
表3：单位：mm
拟合后的两条曲线方程分别为：
M3正面曲线：y＝8×10-8x3+0.0002x2+0.5095x+24.707；
M3反面曲线：y＝-2×10-8x3+0.0003x2+0.5447x-14.514；
表4：单位：mm
序号 M4Z-X4 M4Z-Y4 序号 M4F-X4 M4F-Y4
401 -563.917 -189.9518 411 -563.917 -205.3198
402 -444.3495 -148.3541 412 -444.3495 -172.411
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404 -205.2145 -55.3457 414 -205.2145 -88.5406
405 -85.6471 -5.9351 415 -85.6471 -39.206
406 33.9204 45.7203 416 33.9204 15.4737
407 153.4879 100.9007 417 153.4879 74.602
408 273.0554 159.2813 418 273.0554 134.2945
409 392.6229 218.9548 419 392.6229 203.7406
410 512.1903 282.4746 420 512.5287 274.3765
拟合后的两条曲线方程分别为：
M4正面曲线：y＝3×10-9x3+9×10-5x2+0.443x+31.007；
M4反面曲线：y＝-2×10-8x3+0.0002x2+0.4604x-0.9051；
表1-4中：MnZ表示第n个型线的正面曲线，MnF表示第n个型线的反面曲线，所述n分别为1、2、3、4；MnZ-Xn表示型线Mn正面曲线的xn坐标值，MnZ-Yn表示型线Mn正面曲线的yn坐标值，所述n分别为1、2、3、4；MnF-Xn表示型线Mn反面曲线的xn坐标值，MnF-Yn表示型线Mn反面曲线的yn坐标值，所述n分别为1、2、3、4。
本发明提出的一种高扬程低噪声的轴流泵的进一步优选方案是：
所述叶片5的数量为3～5片；所述叶片5的安放角为46°±4°，即安放角在42°～50°之间调整；所述导水锥2为半椭球体，该半椭球体的长半径a＝0.67D、短半径b＝0.52D，其中D为叶轮3的直径；所述导叶7为固定的空间曲面导叶，沿周向均匀布置在扩散管内，导叶(7)的数量为7片，导叶(7)的进水边与叶片(5)的出水边平行设置，导叶(7)的进水边与叶片(5)的出水边之间的距离为0.1D～0.15D，其中D为叶轮(3)的直径；导叶(7)的进口角为64°，导叶(7)的出口角为90°。
本发明提出的一种高扬程低噪声的轴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4的进口尺寸相等，对应截面均为圆形，其直径均为1640mm，叶轮室4的高度为620mm；叶轮室4的出口尺寸与导叶7的进口尺寸相同，直径均为1640mm；导叶7的高度为1930mm；导叶7与叶片5的出水端的间距为132mm；导叶7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1750mm；叶片5的最大厚度为34mm，叶片5的最小厚度26mm，叶片5的安放角度为46°。
实施例2。弯肘型进水流道1的出口尺寸与叶轮室4的进口尺寸相等，对应截面均为圆形，其直径均为1640mm，叶轮室4的高度为620mm；叶轮室4的出口尺寸与导叶7的进口尺寸相同，直径均为1640mm；导叶7的高度为1930mm；导叶7与叶片5的出水端的间距为167mm；导叶7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1750mm；叶片5的最大厚度为34mm，叶片5的最小厚度26mm，叶片5的安放角度为42°。
实施例3。弯肘型进水流道1的出口尺寸与叶轮室4的进口尺寸相等，对应截面均为圆形，其直径均为1640mm，叶轮室4的高度为620mm；叶轮室4的出口尺寸与导叶7的进口尺寸相同，直径均为1640mm；导叶7的高度为1930mm；导叶7与叶片5的出水端的间距为200mm；导叶7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1750mm；叶片5的最大厚度为34mm，叶片5的最小厚度26mm，叶片5的安放角度为50°。
本发明提出的一种高扬程低噪声的轴流泵的实施过程为：将电机11设置在本发明轴流泵的正上方，电机11通过主轴与叶轮3连接。当电机11带动叶轮3顺时针旋转时，淹没在水中的叶轮3的叶片5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7消除速度环量后，进入出水弯管9，然后经出水流道10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 (5)

1.一种高扬程低噪声的轴流泵，包括弯肘型进水流道(1)、叶轮(3)、导叶(7)、出水弯管(9)和出水流道(10)，所述弯肘型进水流道(1)设置在叶轮(3)进水端，叶轮(3)与电机(11)通过穿过流道的主轴传动连接，所述叶轮(3)设置在叶轮室(4)内，所述导叶(7)设置在叶轮室(4)与出水弯管(9)之间的扩散管(8)内；其特征在于，所述叶轮(3)包括叶片(5)、轮毂(6)和导水锥(2)，所述轮毂的前端设置导水锥，所述轮毂(6)沿周向均匀设置非对称翼型的叶片(5)；所述叶片(5)的形状为中间厚两边薄，从轮缘至轮毂的冲角逐渐减小，呈空间交叉的X型；所述叶片(5)进水端为球面结构，出水端为流线尖翼型，其空间特性通过其不同轴向截面翼型曲线上关键点坐标表示：以叶片(5)的转动轴向与各截面的交点为原点建立坐标系，x1、x2、x3、x4为各坐标的横坐标，y1、y2、y3、y4为各坐标的纵坐标，M1、M2、M3、M4分别表示四个型线，则叶片(5)的中间截面型线部分点在直角坐标系下的位置参数如表1-4所示，
表1：单位：mm
序号 M1Z-X1 M1Z-Y1 序号 M1F-X1 M1F-Y1 101 -344.2549 -209.9797 111 -344.2549 -231.6645 102 -269.0349 -161.0645 112 -269.0349 -203.6403 103 -193.815 -113.5645 113 -193.815 -168.4556 104 -118.5951 -64.739 114 -118.5951 -129.2122 105 -43.3751 -14.7175 115 -43.3751 -82.5314 106 31.8448 39.0791 116 31.8448 -28.1755 107 107.0647 97.1366 117 107.0647 36.363 108 182.2847 161.5909 118 182.2847 110.9093 109 257.5046 234.0661 119 257.5046 200.1207 110 332.6477 314.8899 120 332.7245 301.768
拟合后的两条曲线方程分别为：
M1正面曲线：y＝6×10-7x3+0.0004x2+0.7158x+15.727；
M1反面曲线：y＝5×10-7x3+0.0008x2+0.7358x-52.502；
表2：单位：mm
拟合后的两条曲线方程分别为：
M2正面曲线：y＝3×10-7x3+0.0004x2+0.6248x+5.1081；
M2反面曲线：y＝2×10-7x3+0.0006x2+0.6547x-39.756；
表3：单位：mm
序号 M3Z-X3 M 3Z-Y3 序号 M3F-X3 M3F-Y3 301 -476.6031 -190.6198 311 -476.6031 -207.5956 302 -374.6052 -148.5189 312 -374.6052 -176.7839 303 -272.6072 -103.5334 313 -272.6072 -141.3047 304 -170.6092 -58.0864 314 -170.6092 -99.2167 305 -68.6112 -9.364 315 -68.6112 -50.7976 306 33.3867 41.712 316 33.3867 3.9795 307 135.3847 96.9015 317 135.3847 63.8641 308 237.3827 155.836 318 237.3827 131.9898 309 339.3807 219.4464 319 339.3807 202.1032 310 441.3786 288.2142 320 441.627 280.4881
拟合后的两条曲线方程分别为：
M3正面曲线：y＝8×10-8x3+0.0002x2+0.5095x+24.707；
M3反面曲线：y＝-2×10-8x3+0.0003x2+0.5447x-14.514；
表4：单位：mm
拟合后的两条曲线方程分别为：
M4正面曲线：y＝3×10-9x3+9×10-5x2+0.443x+31.007；
M4反面曲线：y＝-2×10-8x3+0.0002x2+0.4604x-0.9051；
表1-4中：MnZ表示第n个型线的正面曲线，MnF表示第n个型线的反面曲线，所述n分别为1、2、3、4；MnZ-Xn表示型线Mn正面曲线的xn坐标值，MnZ-Yn表示型线Mn正面曲线的yn坐标值，所述n分别为1、2、3、4；MnF-Xn表示型线Mn反面曲线的xn坐标值，MnF-Yn表示型线Mn反面曲线的yn坐标值，所述n分别为1、2、3、4。
2.根据权利要求1所述的一种高扬程低噪声的轴流泵，其特征在于，所述叶片(5)的数量为3～5片。
3.根据权利要求2所述的一种高扬程低噪声的轴流泵，其特征在于，所述叶片(5)的安放角为42°～50°。
4.根据权利要求3所述的一种高扬程低噪声的轴流泵，其特征在于，所述导水锥(2)为半椭球体，该半椭球体的长半径a＝0.67D、短半径b＝0.52D，其中D为叶轮(3)的直径。
5.根据权利要求4所述的一种高扬程低噪声的轴流泵，其特征在于，所述导叶(7)为固定的空间曲面导叶，沿周向均匀布置在扩散管内，导叶(7)的数量为7片，导叶(7)的进水边与叶片(5)的出水边平行设置，导叶(7)的进水边与叶片(5)的出水边之间的距离为0.1D～0.15D，其中D为叶轮(3)的直径；导叶(7)的进口角为64°，导叶(7)的出口角为90°。
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