CN109209899B - 一种立式轴流泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种立式轴流泵，包括：肘形进水流道、虹吸式出水流道、泵轴、叶轮及发电机组件，发电机组件包括发电机本体，肘形进水流道与虹吸式出水流道相连通，泵轴的一端伸入肘形进水流道内部与叶轮的轮毂传动连接，另一端延伸超出所述肘形进水流道与发电机本体的主轴传动连接，立式轴流泵还包括叶片角度调整装置，叶片角度调整装置包括：齿轮轴与所述轮毂相对固定连接的大齿轮和与所述大齿轮相啮合的小齿轮，所述小齿轮与叶轮的叶片一一对应设置，并与对应叶片固定连接，本发明通过水流冲击叶轮带动泵轴转动，从而带动发电机本体的主轴进行反向发电，通过大齿轮与小齿轮相啮合来调节叶片的角度，提高了叶片调节角度的精度。

Description

一种立式轴流泵
技术领域
本发明涉及水轮发电机技术领域，具体涉及一种立式轴流泵。
背景技术：
泵站主要功能是防洪排涝，部分泵站能够反向发电，创造直接的经济效益。轴流泵的比转速较大，其叶片为可调节式，以根据不同的工作条件用来调节流量。当立式轴流泵在进行反向发电作水轮机运行时，可调节叶片至不同角度来提高水轮机运行效率。
申请号为201721128395.9的中国专利公开了一种新型轴流泵，该方案虽然对轴流泵进行了改造，但不适用于水泵反向发电工况，不能对轴流泵中的叶片进行精确的调节角度，不能有效提高泵站经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种立式轴流泵，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。
一种立式轴流泵，包括：肘形进水流道、虹吸式出水流道、泵轴、叶轮及发电机组件，所述发电机组件包括发电机本体；所述肘形进水流道与虹吸式出水流道相连通；所述泵轴的一端伸入肘形进水流道内部与所述叶轮的轮毂传动连接，另一端延伸超出所述肘形进水流道与发电机本体的主轴传动连接；立式轴流泵还包括叶片角度调整装置，所述叶片角度调整装置包括：齿轮轴与所述轮毂相对固定连接的大齿轮和与所述大齿轮相啮合的小齿轮；所述小齿轮与叶轮的叶片一一对应设置，并与对应叶片固定连接；调整其中一个叶片的角度，与该叶片对应的小齿轮转动，带动大齿轮转动，从而带动其余小齿轮转动，实现多个叶片的角度同步调节。
优选的，所述轮毂周向位于叶轮上方还设有导叶，导叶能够抵消水流的旋转运动，使水流变为轴向运动，并把旋转运动的动能变成压力能，为轮毂的转动提供能量。
优选的，所述叶片的可调角度范围为-8°～+4°，可以灵活的调整叶片6的角度，从而大大减少了入口水力损失，提高了水泵在反向发电时的功率，提高了反向发电效率。
优选的，所述小齿轮通过枢轴与叶片固定连接。
优选的，所述发电机组件还包括发电机箱，所述发电机本体的主轴两端分别通过轴承座与所述发电机箱连接。
优选的，所述叶片设有3～5片。
优选的，所述叶片的表面粗糙度不大于1.6μm，工作面波浪度不大于1/100，背面波浪度不大于1.5/100。
优选的，所述叶片进水边样板与叶片间允许最大间隙为1.5mm，叶片的厚度最大允许偏差为±1mm。
优选的，所述叶片在轮毂外周上不同轴向距离下具有不同的截面翼型曲线。
本发明的优点在于：
1、本发明的大型立式轴流泵在泵站需要进行反向发电的时候进行水轮机工况运行，水流冲击叶轮，带动泵轴转动，泵轴与发电机本体的轴相连接，带动发电机转动进行反向发电，从而提高泵站的经济效益。
2、轴流泵叶片角度可调范围为-8°至4°，可满足不同水头及流量的发电需求，可灵活调整叶片角度，从而大大减少入口水力损失，提高水泵在反向发电时的功率，提高了反向发电效率。
3、本发明的可逆式轴流泵稳定性能好，效率高，稳定工作时间较长，可为泵站创造更多的经济效益，获得更多电能。
4、通过大齿轮和小齿轮啮合调节叶轮的叶片角度，提高了叶片调节角度的精度。
附图说明
图1为根据本发明实施例提供的一种立式轴流泵的结构示意图；图2为根据本发明实施例提供的叶片角度调节装置的结构示意图；
其中：1-肘形进水流道，2-联轴器，3-上轴承座，4-下轴承座，5-轮毂，6-叶片，7-导叶，8-泵轴，9-发电机箱，10-虹吸式出水流道，11-枢轴，12-小齿轮，13-大齿轮。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1和图2所示，一种立式轴流泵，包括：肘形进水流道1、虹吸式出水流道10、泵轴8、叶轮及发电机组件，发电机组件包括发电机本体，肘形进水流道1与虹吸式出水流道10相连通，形成水流通道，水能够在肘形进水流道1和虹吸式出水流道之间流动，泵轴8的一端伸入肘形进水流道1内部与所述叶轮的轮毂5传动连接，另一端延伸超出所述肘形进水流道1与发电机本体的主轴传动连接，立式轴流泵还包括叶片角度调整装置，所述叶片角度调整装置包括：齿轮轴与所述轮毂5相对固定连接的大齿轮13和与所述大齿轮相啮合的小齿轮12；所述小齿轮12与叶轮的叶片6一一对应设置，并与对应叶片6固定连接；调整其中一个叶片6的角度，与该叶片6对应的小齿轮11转动，小齿轮11转动带动大齿轮12转动，大齿轮12从而带动其余小齿轮11转动，实现多个叶片6的角度同步调节，确保了叶片6的调节精度。
在本实施例中，所述轮毂5周向位于叶轮上方还设有导叶7，导叶7能够抵消水流的旋转运动，使水流变为轴向运动，并把旋转运动的动能变成压力能，为轮毂5的转动提供能量。为了满足不同水头及流量的发电需求，设置叶片6的可调角度范围为-8°～+4°，可以灵活的调整叶片6的角度，从而大大减少了入口水力损失，提高了水泵在反向发电时的功率，提高了反向发电效率。
在本实施例中，所述小齿轮12通过枢轴11与叶片6固定连接。
在本实施例中，所述发电机组件还包括发电机箱9，所述发电机本体的主轴两端分别通过轴承座与所述发电机箱9连接，进一步的，发电机箱9的下部和上轴承座3相固定，发电机箱9的上部和上轴承座4相固定。
在本实施例中，所述叶片6设有3～5片，所述叶片6的表面粗糙度为1.6μm，工作面波浪度不大于1/100，背面波浪度不大于1.5/10，所述叶片6进水边样板与叶片6间允许最大间隙为1.5mm，叶片6的厚度最大允许偏差为±1mm。
在本实施例中，所述叶片6在轮毂5外周上不同轴向距离下具有不同的截面翼型曲线。截面翼型曲线上关键点的坐标以如下方式表示，X和Y分别代表轴流式叶片6截面翼型曲线上关键点的空间坐标值。距离轮毂5的前缘轴向540mm处的参数参见表1：
表1
Figure GDA0002822584020000041
Figure GDA0002822584020000051
根据表1中的数据对轴流泵叶片6的两条曲线方程进行拟合，得到的曲线方程为：
左旋y＝-0.000008x2+0.2402x+2603.6
右旋y＝0.00009x2+0.0963x+2611.1
距离轮毂5的前缘轴向720mm处的参数参见表2
表2:
1 1285.2970 2555.6862 12 2184.1931 2424.3353
2 1494.0343 2439.4466 13 2107.1995 2436.0238
3 1560.9455 2422.7518 14 1999.3194 2436.0238
4 1697.2574 2402.0696 15 1922.0661 2461.2337
5 1774.1628 2394.8739 16 1844.6504 2469.5150
6 1851.2298 2389.6689 17 1767.1173 2476.6008
7 1928.4143 2386.7434 18 1601.0536 2490.1975
8 2005.6554 2386.4850 19 1537.0659 2497.2135
9 2082.8535 2389.1172 20 1473.4656 2507.0627
10 2159.7527 2396.1835 21 1326.3053 2553.0020
11 2236.3896 2405.8510 22 1179.8397 2460.7891
根据表2中的数据对轴流泵叶片6的两条曲线方程进行拟合，得到的曲线方程为：
左弦：y＝-0.00004x2+0.0539x+2520.1
右弦：y＝0.0002x2-0.7454x+3100.3
距离轮毂5的前缘轴向930mm处的参数参见表3。
表3：
序号 X Y 序号 X Y
1 2435.3132 681.3157 12 1492.3004 640.0177
2 2377.9826 684.9754 13 1438.2089 642.9234
3 2266.9586 682.5754 14 1330.5174 655.2098
4 2214.1128 680.8752 15 1433.3675 607.3502
5 2158.7293 678.6237 16 1542.3505 591.4891
6 2158.7293 678.6237 17 1707.4480 587.3361
7 1992.6924 669.6615 18 1873.7102 596.4294
8 1882.1137 661.8458 19 1984.9966 606.2235
9 1771.8132 653.1138 20 2095.9897 618.8890
10 1654.7398 644.6197 21 2206.6372 634.2945
11 1600.6423 641.7277 22 2316.7317 653.2517
根据表3中的数据对轴流泵叶片6的两条曲线方程进行拟合，得到的曲线方程为：
左旋：y＝-0.00006x2+0.2761x+339.26
右旋：y＝0.0002x2-0.591x+1094.
距离轮毂5的前缘轴向1170mm处的参数参见表4：
表4
序号 X Y 序号 X Y
1 2729.4556 1525.0737 12 3818.5460 1699.7631
2 2846.1923 1517.2689 13 3683.1107 1679.7028
3 2963.5014 1518.1203 14 3551.1326 1657.6063
4 3080.4944 1527.1877 15 3413.3480 1632.6345
5 3196.8169 1542.4534 16 3278.7758 1607.3759
6 3336.0773 1565.8413 17 3158.1226 1585.3134
7 3472.0543 1592.0714 18 3041.1326 1565.8783
8 3607.4625 1621.0998 19 2925.0272 1549.8152
9 3742.3338 1652.5247 20 2866.3693 1543.7729
10 3876.6672 1686.1671 21 2807.1326 1540.9183
11 3954.4137 1716.9463 22 2747.1326 1536.8863
根据表4中的数据对轴流泵叶片6的两条曲线方程进行拟合，得到的曲线方程为：
左弦y＝0.00006x2-0.2299x+1706.5
右弦y＝0.0001x2-0.8244x+2663.6
距离轮毂5的前缘轴向1410mm处的参数参见表5：
表5
序号 X Y 序号 X Y
1 1354.2540 2909.7230 12 160.8897 2639.0510
2 1203.5716 2883.9535 13 320.8929 2653.3405
3 1053.9983 2851.3957 14 390.3255 2662.4730
4 979.4183 2834.1780 15 528.4249 2685.4607
5 830.5622 2798.4628 16 670.4048 2715.0683
6 756.2290 2780.2135 17 742.9857 2731.8830
7 608.4590 2743.9411 18 896.1810 2771.0305
8 539.4189 2727.3996 19 970.9507 2791.5775
9 400.9224 2696.1188 20 1119.8867 2834.8025
10 331.2956 2682.2029 21 1194.2185 2856.8813
11 190.8897 2656.2350 22 1354.7767 2906.3443
根据表5中的数据对轴流泵叶片6的两条曲线方程进行拟合，得到的曲线方程为：
左弦：y＝-0.000008x2+0.2402x+2603.6
右弦：y＝0.00009x2+0.0963x+2611.1
工作过程及原理：反向发电时，水流从虹吸式出水流道10进入，水流经过导叶7推动叶轮转动，叶轮中的叶片6能够减少水流的能量损失，叶轮中的轮毂5转动带动泵轴8转动，泵轴8通过联轴器2与发电机本体的主轴相连接，带动发电机组件进行发电。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种立式轴流泵，包括：肘形进水流道、虹吸式出水流道、泵轴、叶轮及发电机组件，所述发电机组件包括发电机本体；所述肘形进水流道与虹吸式出水流道相连通；所述泵轴的一端伸入肘形进水流道内部与所述叶轮的轮毂传动连接，另一端延伸超出所述肘形进水流道并与发电机本体的主轴传动连接；其特征在于：还包括叶片角度调整装置，所述叶片角度调整装置包括：齿轮轴与所述轮毂相对固定连接的大齿轮和与所述大齿轮相啮合的小齿轮；所述小齿轮与叶轮的叶片一一对应设置，并与对应叶片固定连接；
调整其中一个叶片的角度，与该叶片对应的小齿轮转动，带动大齿轮转动，从而带动其余小齿轮转动，实现多个叶片的角度同步调节；
所述叶片在轮毂外周上不同轴向距离下具有不同的截面翼型曲线：
距离轮毂(5)的前缘轴向540mm处，轴流泵叶片的两条曲线拟合方程通过表1所示参数拟合获取：
表1
序号 X Y 序号 X Y 1 147.5782 1712.4251 12 847.6623 1446.9252 2 182.6984 1650.5782 13 784.2478 1470.0638 3 275.4365 1560.9623 14 727.1365 1492.5401 4 329.6943 1529.4372 15 669.4323 1513.4345 5 451.7280 1480.0970 16 605.3816 1534.7550 6 489.0869 1469.3396 17 546.9563 1553.5631 7 612.2223 1438.4292 18 464.2249 1576.5988 8 678.7306 1427.1108 19 405.3873 1594.0602 9 743.0985 1419.4679 20 346.9399 1612.7605 10 807.8440 1416.6152 21 289.8470 1635.2716 11 872.5555 1420.2537 22 167.1235 1715.9950
；
距离轮毂(5)的前缘轴向720mm处，轴流泵叶片的两条曲线拟合方程通过表2所示参数拟合获取：
表2:
1 1285.2970 2555.6862 12 2184.1931 2424.3353 2 1494.0343 2439.4466 13 2107.1995 2436.0238 3 1560.9455 2422.7518 14 1999.3194 2436.0238 4 1697.2574 2402.0696 15 1922.0661 2461.2337 5 1774.1628 2394.8739 16 1844.6504 2469.5150 6 1851.2298 2389.6689 17 1767.1173 2476.6008 7 1928.4143 2386.7434 18 1601.0536 2490.1975 8 2005.6554 2386.4850 19 1537.0659 2497.2135 9 2082.8535 2389.1172 20 1473.4656 2507.0627 10 2159.7527 2396.1835 21 1326.3053 2553.0020 11 2236.3896 2405.8510 22 1179.8397 2460.7891
；
距离轮毂(5)的前缘轴向930mm处，轴流泵叶片的两条曲线拟合方程通过表3所示参数拟合获取：
表3：
序号 X Y 序号 X Y 1 2435.3132 681.3157 12 1492.3004 640.0177 2 2377.9826 684.9754 13 1438.2089 642.9234 3 2266.9586 682.5754 14 1330.5174 655.2098 4 2214.1128 680.8752 15 1433.3675 607.3502 5 2158.7293 678.6237 16 1542.3505 591.4891 6 2158.7293 678.6237 17 1707.4480 587.3361 7 1992.6924 669.6615 18 1873.7102 596.4294 8 1882.1137 661.8458 19 1984.9966 606.2235 9 1771.8132 653.1138 20 2095.9897 618.8890 10 1654.7398 644.6197 21 2206.6372 634.2945 11 1600.6423 641.7277 22 2316.7317 653.2517
；
距离轮毂(5)的前缘轴向1170mm处，轴流泵叶片的两条曲线拟合方程通过表4所示参数拟合获取：
表4
Figure FDA0002822584010000021
Figure FDA0002822584010000031
距离轮毂(5)的前缘轴向1410mm处，轴流泵叶片的两条曲线拟合方程通过表5所示参数拟合获取：
表5
序号 X Y 序号 X Y 1 1354.2540 2909.7230 12 160.8897 2639.0510 2 1203.5716 2883.9535 13 320.8929 2653.3405 3 1053.9983 2851.3957 14 390.3255 2662.4730 4 979.4183 2834.1780 15 528.4249 2685.4607 5 830.5622 2798.4628 16 670.4048 2715.0683 6 756.2290 2780.2135 17 742.9857 2731.8830 7 608.4590 2743.9411 18 896.1810 2771.0305 8 539.4189 2727.3996 19 970.9507 2791.5775 9 400.9224 2696.1188 20 1119.8867 2834.8025 10 331.2956 2682.2029 21 1194.2185 2856.8813 11 190.8897 2656.2350 22 1354.7767 2906.3443
；
式中：x和y分别代表轴流式叶片截面翼型曲线上关键点的空间坐标值。
2.根据权利要求1所述的立式轴流泵，其特征在于，所述叶轮上方还设有导叶。
3.根据权利要求1所述的立式轴流泵，其特征在于，所述叶片的可调角度范围为-8°～+4°。
4.根据权利要求1所述的立式轴流泵，其特征在于，所述小齿轮通过枢轴与叶片固定连接。
5.根据权利要求1所述的立式轴流泵，其特征在于，所述发电机组件还包括发电机箱，所述发电机本体的主轴两端分别通过轴承座与所述发电机箱连接。
6.根据权利要求1所述的立式轴流泵，其特征在于，所述叶片设有3～5片。
7.根据权利要求1所述的立式轴流泵，其特征在于，所述叶片的表面粗糙度为不大于1.6μm，工作面波浪度不大于1/100，背面波浪度不大于1.5/100。
8.根据权利要求1所述的立式轴流泵，其特征在于，所述叶片进水边样板与叶片间允许最大间隙为1.5mm，叶片的厚度最大允许偏差为±1mm。
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