CN110173460B - 一种入流安放角自调节的混流泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种入流安放角自调节的混流泵，包括混流泵外壳体，在混流泵外壳体内设有叶轮组件和导叶组件，所述叶轮组件连接泵轴，所述叶轮组件包括轮毂、导水锥、叶片和进口调节段；所述进口调节段与导水锥表面连接，且进口调节段的出口端与叶片进口端平滑连接，所述导水锥配有转向伺服电机，所述转向伺服电机连接入流安放角调节控制系统，入流安放角调节控制系统控制转向伺服电机的转动调节导水锥的角度，从而改变进口调节段角度，实现入流安放角自调节。本发明可以在不改变混流泵叶片水力结构和不影响真实流动状态情况下，实现了叶片进口安放角的调整。

Description

一种入流安放角自调节的混流泵

技术领域

本发明属于流体机械技术领域，尤其涉及一种入流安放角自调节的混流泵。

背景技术

混流泵由于流量大和扬程适中，在防洪排涝、工农业供水、跨流域调水等工程中具有极其重要的地位，但由于这些工程领域中对季节性和环境水量依赖性较大，这也导致了混流泵运行工况时常需要变化，因而其性能调节手段极其重要。近些年来，限于混流泵水力设计方法未有实质性的发展，依然采用等环量、二元或三元设计方法来设计混流泵的叶轮，使得在设计混流泵叶轮时通常采用设计工况点来进行标定，这就导致了混流泵在实际环境中变工况运行时常发生。在设计工况，叶轮叶片的进口安放角固定在一个定值，满足进入叶轮内的流体进口冲角为“0”的原则。但是，一旦工况发生变化，流体的进口液流角也随之发生改变，特别是当流量工况降低到混流泵“马鞍区”时，混流泵装置的扬程急剧降低，出现旋转失速特性。

目前，大量研究表明，对于混流泵发生旋转失速的主要原因可以解释为，是叶轮进口的不稳定扰动造成叶轮流道内流体发生流动分离进而诱发产生旋转失速涡团导致的，而造成叶轮进口产生不稳定扰动的根本原因就是进入叶轮的流体进口液流角的变化。混流泵在发生旋转失速特性时，由于某个叶轮流道因失速涡团的存在被堵塞，流体无法顺利从本级叶轮流道通过，从而导致该级叶轮流道进口处拥堵了大量的流体，进一步地影响了流入下级叶轮流道的流体方向，使得流入下级叶轮流道的流体方向和叶片进口安放角之间的角度发生了变化，即改变了原先进入下一级叶轮流道流体的进口液流角。这种作用在叶轮各个流道中循环往复便形成了旋转失速涡团在叶轮内呈一定速度绕叶轮转轴旋转的现象。因此，要解决混流泵“马鞍区”的旋转失速现象，必须使得进入叶轮的流体的进口液流角和叶片进口安放角相一致或差距较小。在大型混流泵机组领域，通过机械调节和液压式调节这两种叶片调节技术已经能够根据混流泵的实际工作工况来调节叶片的安装角度。但在小型或中型的混流泵机组上，由于叶轮内部的空间较小，无法安装这些调节装置。因此，在目前混流泵叶水力设计方法还未有明显进步的前提下，为了保证小型或中型混流泵在“马鞍区”运行的稳定性，提高混流泵在失速工况点附近的性能，需提供一种入流安放角自调节的混流泵叶轮结构来使得混流泵在失速工况点平稳运行。

目前，在小型和中型混流泵领域，部分已经公开的专利均是在叶轮前部增加了导流装置来改变混流泵的进口入流液流角，例如在进水喇叭上安装环形加强筋来增强导流功能，但该加强筋为固定结构，导流作用有限，其主要作用也仅仅是为了吸入水流均匀来提高效率的。或者在导流阀座两端开口端安装有混流型导流板，其导流板也为固定结构，其作用是利用泵体、导流组件和电机组件配合向染色机内导流染色，实现低流量输出，高流量染色，并不能根据工况的变化调整导流角度。甚至采用导流帽的固定结构，而目的则是通过切割刀片和导流片的相互运动来实现切割作用。上述这些专利采用的技术手段和技术方法均无法根据混流泵的实际工作工况来调整流体进入叶轮的入流安放角，因此，需要设计一种应用在小型或中型混流泵上的能够自动调整流体入流安放角的混流泵叶轮结构。

发明内容

本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种入流安放角自调节的混流泵，目的在于根据混流泵的实际工作工况来调整流体进入叶轮的入流安放角，减少叶轮内的失速涡团，避免失速涡团在混流泵叶轮各个流道内旋转运动，实现混流泵在“马鞍区”的平稳运行，提高混流泵在失速工况点附近的运行效率。

本发明所采用的技术方案如下：

一种入流安放角自调节的混流泵，包括混流泵外壳体，在混流泵外壳体内设有叶轮组件和导叶组件，所述叶轮组件连接泵轴，所述叶轮组件包括轮毂、导水锥、叶片和进口调节段；所述进口调节段与导水锥表面连接，且进口调节段的出口端与叶片进口端平滑连接，所述导水锥配有转向伺服电机，所述转向伺服电机连接入流安放角调节控制系统，入流安放角调节控制系统控制转向伺服电机的转动调节导水锥的角度，从而改变进口调节段角度，实现入流安放角自调节。

进一步，所述进口调节段包括转向调节杆和进口调节片，所述转向调节杆固定安装在导水锥上，所述进口调节片套装在转向调节杆上。

进一步，所述进口调节段沿轴线的长度为叶片沿轴线长度的1/4～1/5。

进一步，所述入流安放角的变化的范围为-15°～+15°。

进一步，所述入流安放角调节控制系统包括信号接收处理装置、出口流量计、进口压力变送器、出口压力变送器和计算机，所述出口流量计、进口压力变送器和出口压力变送器分别采集工况，并将工况输入到信号接收处理装置，信号接收处理装置将处理后的信息输入到计算机，计算机输出控制指令，控制转向伺服电机的转动。

进一步，所述进口调节片由可逆形变的材料制成，所述进口调节片内设有金属丝，所述金属丝的放置方向与进口调节片长边方向一致。

进一步，所述转向伺服电机安装在导水锥内，转向伺服电机与导水锥通过螺纹连接，且螺纹的旋向和叶轮转向相反。

进一步，所述泵轴为空心结构，用于将转向伺服电机的电源线引出与入流安放角调节控制系统连接。

本发明的有益效果：

本发明所述的一种入流安放角自调节的混流泵，通过在叶片前端设置口调节段，在不改变混流泵叶片水力结构和不影响真实流动状态情况下，实现了叶片进口安放角的调整，不仅能够改善混流泵“马鞍区”的不稳定流动状态，而且能扩大混流泵的工作区间。

附图说明

图1为本发明所述一种入流安放角自调节的混流泵叶轮结构的示意图；

图2为本发明所述一种入流安放角自调节的混流泵叶轮结构的叶轮组件、导叶组件和部分混流泵外壳体示意图；

图3为本发明所述一种入流安放角自调节的混流泵叶轮结构的叶轮组件和空心泵轴连接部分放大图；

图4为本发明所述一种入流安放角自调节的混流泵叶轮结构的叶片主体和转向调节杆示意图；

图5为本发明所述一种入流安放角自调节的混流泵叶轮结构的叶片主体和叶片调节段安装示意图；

图中，1、出口流量计，2、管路，3、混流泵外壳体，4、空心泵轴，5、电源线，6、导叶组件，7、平键，8、叶片，9、转向调节杆，10、推力轴承，11、导水锥，12、内六角外螺纹堵头，13、密封结构，14、转向伺服电机，15、轮毂，16、空心滑环，17、信号接收处理装置，18、计算机，19、内凸起，20、进口调节段，21、螺钉。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明所设计的一种入流安放角自调节的混流泵，包括混流泵外壳体3，在包括混流泵外壳体3的出口端连接管路2，在出口管路2装有出口流量计1，出口流量计1安装在距混流泵出口距离大于15倍出口管径处，且出口流量计1通过信号线连接信号接收处理装置17。

如图2和3，在混流泵外壳体3的进口端内部设有叶轮组件和导叶组件6，泵轴4穿过导叶组件6和叶轮组件相连接。

叶轮组件包括轮毂15、导水锥11、叶片8和进口调节段20，轮毂15与泵轴4之间通过平键7传递扭矩，在轮毂15的外部固定安装有叶片8，导水锥11装在轮毂15的进水端，在泵轴4的末端与导水锥11之间设有转向伺服电机14，转向伺服电机14外侧有密封结构13，所述转向伺服电机14外侧有密封结构13均通过内六角外螺纹堵头12固定，转向伺服电机14和所述导水锥11通过螺纹连接，且该螺纹的旋向和叶轮的转向相反。导水锥11和轮毂15之间有推力轴承10便于旋转滑动，导水锥11的材质为高硬度轻质复合材料。

如图4所示，在导水锥11的表面固定安装有转向调节杆9，转向调节杆9的数量与叶片8个数一致，转向调节杆9上套装有进口调节片为进口调节段20，进口调节片沿轴线的长度为叶片8沿轴线长度的1/4～1/5，且采用可逆形变材料制成，例如高弹性橡胶或高分子聚合物材料，在本发明中，为了增强进口调节片抵抗外部压力的能力，可以在进口调节片内部加入金属丝，金属丝顺着进口调节片布置，如图5，金属丝沿着进口调节片的长边布置。进口调节段20作为述叶片8的进口边，叶片8的进口端的内凸起19相连接，内凸起19边缘有用于螺纹连接的螺纹孔，通过螺钉21将叶片8的进口端与进口调节段20的出口端固定连接。

为了实现根据混流泵的实际工作工况来调整流体进入叶轮的入流安放角，本发明所设计的混流泵还需要连接入流安放角调节控制系统，如图1，入流安放角调节控制系统包括信号接收处理装置17、出口流量计1、进口压力变送器、出口压力变送器和计算机18，出口流量计1安装在混流泵出口后方，距混流泵出口距离大于15倍的出口管径处；进口压力变送器安装在距离混流泵进口2倍的进口管径处；出口压力变送器安装在距离混流泵出口5倍的出口管径处；出口流量计1、进口压力变送器和出口压力变送器分别采集工况，进出口压力变送器采集压力后计算为扬程参数、流量计采集流量参数，并将工况输入到信号接收处理装置17，信号接收处理装置17将处理后的信息输入到计算机18，计算机18输出控制指令，控制转向伺服电机14的转动。转向伺服电机14的电源线5通过泵轴4的中空部分、泵轴4的通孔和空心滑环16连接信号接收处理装置17。为了保证所述空心泵轴4旋转过程中的动平衡，所述通孔沿轴线对称分布且数量为2个。

入流安放角调节控制系统在正式运行前需要对各个工况下的入流安防角度进行标定，首先，让混流泵在各个工况参数下稳定运行一段时间，通过入流安放角调节控制系统对入流安放角的调节使得混流泵在该工况下有最大扬程，并记录该工况点处的各个参数值和对应的入流安放角。之后，在混流泵正式运行时，一旦遇到该工况时，入流安放角调节控制系统便自动将叶片的入流安放角调整到之前记录的角度。在正式运行过程中，若混流泵运行的工况点稳定，则入流安放角调节控制系统再一次进行入流安防角标定，调整混流泵扬程到该工况最大值，以便应对下一次混流泵的偏工况运行。

在本发明所设计的混流泵工作时，入流安放角调节控制系统根据工况控制转向伺服电机14转动，从而带动进口调节段20转动，有效地调节叶轮的入流安放角，能够减少叶轮内的失速涡团，避免失速涡团在混流泵叶轮各个流道内旋转运动，实现混流泵在“马鞍区”的平稳运行，提高混流泵在失速工况点附近的运行效率。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种入流安放角自调节的混流泵，其特征在于，包括混流泵外壳体(3)，在混流泵外壳体(3)内设有叶轮组件和导叶组件(6)，所述叶轮组件连接泵轴(4)，所述叶轮组件包括轮毂(15)、导水锥(11)、叶片(8)和进口调节段(20)；所述进口调节段(20)与导水锥(11)表面连接，且进口调节段(20)的出口端与叶片(8)进口端平滑连接，所述导水锥(11)配有转向伺服电机(14)，所述转向伺服电机(14)连接入流安放角调节控制系统，入流安放角调节控制系统控制转向伺服电机(14)的转动调节导水锥(11)的角度，从而改变进口调节段(20)角度，实现入流安放角自调节；所述入流安放角调节控制系统包括信号接收处理装置(17)、出口流量计(1)、进口压力变送器、出口压力变送器和计算机(18)，所述出口流量计(1)、进口压力变送器和出口压力变送器分别采集工况，并将工况输入到信号接收处理装置(17)，信号接收处理装置(17)将处理后的信息输入到计算机(18)，计算机(18)输出控制指令，控制转向伺服电机(14)的转动。

2.根据权利要求1所述的一种入流安放角自调节的混流泵，其特征在于，所述进口调节段(20)包括转向调节杆(9)和进口调节片，所述转向调节杆(9)固定安装在导水锥(11)上，所述进口调节片套装在转向调节杆(9)上。

3.根据权利要求1或2所述的一种入流安放角自调节的混流泵，其特征在于，所述进口调节段(20)沿轴线的长度为叶片(8)沿轴线长度的1/4～1/5。

4.根据权利要求1所述的一种入流安放角自调节的混流泵，其特征在于，所述入流安放角的变化的范围为-15°～+15°。

5.根据权利要求2所述的一种入流安放角自调节的混流泵，其特征在于，所述进口调节片由可逆形变的材料制成。

6.根据权利要求5所述的一种入流安放角自调节的混流泵，其特征在于，所述进口调节片内设有金属丝，所述金属丝的放置方向与进口调节片长边方向一致。

7.根据权利要求1所述的一种入流安放角自调节的混流泵，其特征在于，所述转向伺服电机(14)安装在导水锥(11)内，转向伺服电机(14)与导水锥(11)通过螺纹连接，且螺纹的旋向和叶轮转向相反。

8.根据权利要求1所述的一种入流安放角自调节的混流泵，其特征在于，所述泵轴(4)为空心结构，转向伺服电机(14)的电源线(5)从泵轴(4)中引出与入流安放角调节控制系统连接。

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