CN109989923A - 一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置，属于水利工程设备技术领域，装置结构上由叶轮模型、导叶模型、两台电机、两个90°弯管、进出水管道构成，结构新颖，两个90°弯管内分别设有水泵轴和导叶轴，将固定式导叶改为可旋转式导叶，可旋转导叶通过根据实际流量自动调整导叶的转向及转速，从而达到矫正水泵出口水流流态的目的，同时旋转导叶体也可为水流提供部分动力，提高装置扬程，特别是大流量工况下扬程提高较多，对于低扬程泵站可以不要调节叶片角度，省去复杂的叶片调节机构，本发明优势还在于增大了水泵的高效区，大幅度提高了非设计工况下的水泵装置效率，提高了实际运行的稳定性。

Description

一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置
技术领域
本发明属于水利工程设备技术领域，涉及一种轴流泵装置，具体的说是涉及一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置。
背景技术
轴流泵对我国的国民经济起到了非常重要的作用，在大型跨流域调水工程、城市防洪排涝工程等有着广泛运用，提高轴流泵装置效率可以有效的实现节能减排，降低大型泵站的运行成本。叶轮是轴流泵的重要过流部件，而轴流泵后置导叶是泵内动能回收的主要部件，水泵内部流态的优劣直接影响了轴流泵的效率。
后置导叶的主要作用是将水流沿圆周方向的旋转运动变为轴向运动，消除水流的环量，使流体的部分动能变为压力能，从而减小水力损失。然而后置导叶是按照轴流泵的设计工况设计的，当工况改变后，叶轮叶片出口边的速度三角形发生变化，使得轴流泵导叶片进口角与从叶轮叶片流出的水流绝对速度的方向不再匹配，导叶进口段附近产生水力撞击和脱流现象，造成附加的导叶体水力损失。
目前，我国大型轴流泵装置后导叶体均采用的是静叶叶栅，其设计工况下回收速度环量的能力尚可，但是在非设计工况，回收环量能力有限，导致非设计工况特别是大流量工况效率下降非常明显。
发明内容
本发明目的是针对目前大型轴流泵装置后导叶体均采用的是静叶叶栅，在非设计工况下回收环量能力有限，特别是大流量工况效率下降明显等不足，提出一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置，本装置结构可增大水泵运行的高效区，可提高水泵在大流量工况下的运行效率，可解决水泵运转偏离设计工况时回收速度环量能力降低的问题。
本发明的技术方案是：一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置，包括由进水圆管、出水圆管、顶部弯管和底部弯管的主流管道；其特征在于：所述主流管道的外侧底部设有水泵电机，所述底部弯管内设有水泵轴，所述底部弯管内壁上设有第一支撑件，所述第一支撑件内设有叶轮轴承，所述水泵轴的顶部连接设有叶轮，所述水泵轴的轴身与所述叶轮轴承配合连接，所述水泵轴的底端伸出所述底部弯管，并通过水泵电机联轴器与所述水泵电机相连接，所述水泵轴与底部弯管的连接处设有底部轴承，所述底部轴承的外部设有下轴封；所述主流管道的外侧顶部设有导叶电机，所述顶部弯管内设有导叶轴，所述顶部弯管的内壁上设有第二支撑件，所述第二支撑件内设有导叶轴承，所述导叶轴的底部连接设有导叶，所述导叶轴的轴身与所述导叶轴承配合连接，所述导叶轴的顶部伸出所述顶部弯管，并通过导叶电机联轴器与所述导叶电机相连接，所述导叶轴与顶部弯管连接处设有顶部轴承，所述顶部轴承外部设有上轴封，所述水泵轴与导叶轴同轴并独立设置。
所述水泵轴旋转速度为1450r/min，水泵电机功率110kw；导叶的旋转速度通过导叶电机调节，导叶电机采用4kw鼠笼式电机，配备编码器和变频调速器，实现转速在-300r/min ～+300r/min区间精确可调。
所述水泵轴的旋转方向与导叶轴的旋转方向相反，水泵轴以顺水流方向为基准顺时针旋转，导叶轴以顺水流方向为基准逆时针旋转。
所述叶轮与水泵轴之间、导叶与导叶轴之间均采用螺纹连接。
所述第一支撑件、第二支撑件均为5张6mm厚度的平板焊接构成，支撑件外壁与弯管内壁焊接固定，支撑件用于连接外壳与轮毂，起到支撑轴承的作用，支撑件还能起到整流的作用。
所述导叶的叶片为7片，叶轮的叶片设计为4片，叶轮和导叶的轮毂比均为0.38，导叶为旋转部件，导叶的外壳不旋转，导叶叶片和导叶轮毂一起旋转，为了减小导叶叶片与外壳间的间隙损失，导叶叶片的轮缘间隙控制在0.1mm以内。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置，装置结构上由叶轮模型、导叶模型、两台电机、两个90°弯管、进出水管道构成，结构新颖，两个90°弯管内分别设有水泵轴和导叶轴，将固定式导叶改为可旋转式导叶，可旋转导叶通过根据实际流量自动调整导叶的转向及转速，从而达到矫正水泵出口水流流态的目的，同时旋转导叶体也可为水流提供部分动力，提高装置扬程，特别是大流量工况下扬程提高较多，对于低扬程泵站可以不要调节叶片角度，省去复杂的叶片调节机构，本发明优势还在于增大了水泵的高效区，大幅度提高了非设计工况下的水泵装置效率，提高了实际运行的稳定性。
附图说明
图1 为本发明装置结构示意图。
图2 为本发明中导叶体旋转不同速度时对应的性能曲线图。
图中：进水圆管1、水泵电机2、水泵电机联轴器3、下轴封4、底部轴承5、底部弯管6、水泵轴7、叶轮轴承8、第一支撑件9、叶轮10、导叶11、第二支撑件12、导叶轴承13、导叶轴14、顶部轴承15、顶部弯管16、上轴封17、导叶电机联轴器18、导叶电机19、出水圆管20。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置，包括由进水圆管1、出水圆管20、顶部弯管16和底部弯管6的主流管道；主流管道的外侧底部设有水泵电机2，底部弯管6内设有水泵轴7，底部弯管6内壁上设有第一支撑件9，第一支撑件9内设有叶轮轴承8，水泵轴7的顶部连接设有叶轮10，水泵轴7的轴身与叶轮轴承8配合连接，水泵轴7的底端伸出底部弯管6，并通过水泵电机联轴器3与水泵电机2相连接，水泵轴7与底部弯管6的连接处设有底部轴承5，底部轴承5的外部设有下轴封4；主流管道的外侧顶部设有导叶电机19，顶部弯管16内设有导叶轴14，顶部弯管16的内壁上设有第二支撑件12，第二支撑件12内设有导叶轴承13，导叶轴14的底部连接设有导叶11，导叶轴14的轴身与导叶轴承13配合连接，导叶轴14的顶部伸出顶部弯管16，并通过导叶电机联轴器18与导叶电机19相连接，导叶轴14与顶部弯管16连接处设有顶部轴承15，顶部轴承15外部设有上轴封17，水泵轴7与导叶轴14同轴并独立设置。
如图1所示，一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置，水泵轴7旋转速度为1450r/min，水泵电机2功率110kw；导叶11的旋转速度通过导叶电机19调节，导叶电机19采用4kw鼠笼式电机，配备编码器和变频调速器，实现转速在-300r/min～+300r/min区间精确可调；水泵轴7的旋转方向与导叶轴14的旋转方向相反，水泵轴7以顺水流方向为基准顺时针旋转，导叶轴14以顺水流方向为基准逆时针旋转；叶轮10与水泵轴7之间、导叶11与导叶轴14之间均采用螺纹连接；顶部弯管16和底部弯管6均为90°弯管；第一支撑件9、第二支撑件12均为5张6mm厚度的平板焊接构成，支撑件的外壁与弯管内壁焊接固定，支撑件用于连接外壳与轮毂，起到支撑轴承的作用，支撑件还能起到整流的作用；导叶11的叶片为7片，叶轮10的叶片设计为4片，叶轮10和导叶11的轮毂比均为0.38，导叶11为旋转部件，导叶11的外壳不旋转，导叶叶片和导叶轮毂一起旋转，为了减小导叶叶片与外壳间的间隙损失，导叶叶片的轮缘间隙控制在0.1mm以内。
实施例
本实施方式中，轴流泵叶轮设计工况为360L/s，叶轮和导叶直径均为300mm。由于导叶体在不同工况点回收速度环量能力不同，所以在旋转之后，为达到较优的装置效率，不同的工况应有不同的导叶旋转速度。如图2所示，导叶旋转之后，在大流量工况效率具有明显的提升效果，在流量工况为460L/s和440L/s时，导叶旋转速度设置为200r/min；在流量工况为420L/s时，导叶旋转速度设置为150r/min；在流量工况为400L/s时，导叶旋转速度设置为100r/min；在流量工况为380L/s时，导叶旋转速度设置为50r/min；在流量工况为360L/s时，导叶旋转速度设置为0r/min。为了保证非设计工况下轴流泵的运行效率，及尽可能的提高装置的高效区运行范围，导叶的旋转速度在流量0～360L/s时，导叶旋转速度设置为0r/min；在流量工况360L/s～440L/s时，导叶旋转速度设置为0～200r/min，中间工况按线性变化；在流量工况大于440L/s时，导叶转速设置为200r/min。

Claims (7)

1.一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置，包括由进水圆管(1)、出水圆管(20)、顶部弯管(16)和底部弯管(6)的主流管道；其特征在于：所述主流管道的外侧底部设有水泵电机(2)，所述底部弯管(6)内设有水泵轴(7)，所述底部弯管(6)内壁上设有第一支撑件(9)，所述第一支撑件(9)内设有叶轮轴承(8)，所述水泵轴(7)的顶部连接设有叶轮(10)，所述水泵轴(7)的轴身与所述叶轮轴承(8)配合连接，所述水泵轴(7)的底端伸出所述底部弯管(6)，并通过水泵电机联轴器(3)与所述水泵电机(2)相连接，所述水泵轴(7)与底部弯管(6)的连接处设有底部轴承(5)，所述底部轴承(5)的外部设有下轴封(4)；所述主流管道的外侧顶部设有导叶电机(19)，所述顶部弯管(16)内设有导叶轴(14)，所述顶部弯管(16)的内壁上设有第二支撑件(12)，所述第二支撑件(12)内设有导叶轴承(13)，所述导叶轴(14)的底部连接设有导叶(11)，所述导叶轴(14)的轴身与所述导叶轴承(13)配合连接，所述导叶轴(14)的顶部伸出所述顶部弯管(16)，并通过导叶电机联轴器(18)与所述导叶电机(19)相连接，所述导叶轴(14)与顶部弯管(16)连接处设有顶部轴承(15)，所述顶部轴承(15)外部设有上轴封(17)，所述水泵轴(7)与导叶轴(14)同轴并独立设置。
2.根据权利要求1所述的一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置，其特征在于：所述水泵轴(7)旋转速度为1450r/min，水泵电机(2)功率110kw；导叶(11)的旋转速度通过导叶电机(19)调节，导叶电机(19)采用4kw鼠笼式电机，配备编码器和变频调速器，实现转速在-300r/min～+300r/min区间精确可调。
3.根据权利要求1所述的一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置，其特征在于：所述水泵轴(7)的旋转方向与导叶轴(14)的旋转方向相反，水泵轴(7)以顺水流方向为基准顺时针旋转，导叶轴(14)以顺水流方向为基准逆时针旋转。
4.根据权利要求1所述的一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置，其特征在于：所述叶轮(10)与水泵轴(7)之间、导叶(11)与导叶轴(14)之间均采用螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置，其特征在于：所述顶部弯管(16)和底部弯管(6)均为90°弯管。
6.根据权利要求1所述的一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置，其特征在于：所述第一支撑件(9)、第二支撑件(12)均为5张6mm厚度的平板焊接构成，支撑件外壁与弯管内壁焊接固定，支撑件用于连接外壳与轮毂，起到支撑轴承的作用，支撑件还能起到整流的作用。
7.根据权利要求1所述的一种基于旋转后导叶体的新型高效轴流泵装置，其特征在于：所述导叶(11)的叶片为7片，叶轮(10)的叶片设计为4片，叶轮(10)和导叶(11)的轮毂比均为0.38，导叶(11)为旋转部件，导叶(11)的外壳不旋转，导叶叶片和导叶轮毂一起旋转，为了减小导叶叶片与外壳间的间隙损失，导叶叶片的轮缘间隙控制在0.1mm以内。
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