CN111664114B - 一种轴流泵叶轮和轴流泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴流泵叶轮和轴流泵，轴流泵叶轮包括导流帽1、叶轮叶片2和叶轮轮毂3；导流帽1为球体局部结构，叶轮轮毂3为圆台结构，导流帽1与叶轮轮毂3的底部相连，叶轮轮毂3的母线与球体局部结构的轮廓线相切；叶轮叶片2固定在叶轮轮毂3上，叶轮叶片2包括叶片前缘4、叶片后缘5和叶片轮缘5；叶片轮缘6的半径沿液流方向逐渐增大，且叶片轮缘6所在面为圆台侧面，叶片轮缘6所在圆台侧面的母线与叶轮轮毂3的母线相互平行。本发明采用外径渐变的叶轮，在叶轮进口处外径较小，增加液流和过泵生物的轴向速度，从而可以降低生物与叶片前缘4的撞击概率。此外，叶轮出口直径保持较大值，可保证泵扬程和效率满足泵站使用要求。

Description

一种轴流泵叶轮和轴流泵

技术领域

本发明涉及流体机械技术领域，特别涉及一种轴流泵叶轮和轴流泵。

背景技术

轴流泵具有流量大、扬程低、效率高的特点，由于其体积小，建造成本低，在我国调水工程、防洪排涝和农业灌溉等泵站建设工程中广泛使用。

然而，当河、湖中的生物资源(如鱼、虾等)被动的随液流通过轴流泵时，往往产生大量的生物损伤和死亡。一方面，鱼类的迁徙和洄游受到阻碍，其种群数量甚至是鱼种多样性受到影响，例如欧洲鳗鱼和三刺鱼，必须在海洋咸水和湖泊淡水中迁移以完成生命周期并产卵繁殖；另一方面，受伤和死亡的河、湖生物漂浮在水面，对局部水域造成污染。

此外，轴流泵作为高比转速泵，相比于混流泵和离心泵来说，会对通过的生物造成更高的致死率，其高速旋转的叶轮叶片如“刀”一般具有“切割”效果。自2005年以来，荷兰对20多个泵站的鱼类损伤及死亡情况进行了监测，发现超过60％的鱼类在通过轴流泵站后死亡，且该比例远大于混流泵和离心泵。因此，提高过泵生物的通过安全性，是大流量轴流泵站急需解决的问题。

发明专利ZL201610586021.5提出一种鱼友好轴空轴流泵，该装置去掉传统轴流泵的轴结构，原来轴、叶轮和导叶结构被轴空轴流叶轮机构、轴空导叶机构取代，整个轴空轴流叶轮机构通过外置皮带轮带动其旋转，在轴空轴流叶轮机构前安装仿锥面形漏网，当轴流泵工作时，鱼类在液体的带动下，锥面形漏网起到了保护作用，使其从叶轮和导叶的轮毅轴空部分通过，以此保护鱼等河海类生物的生命安全。然而，与传统轴流泵相比，该装置结构复杂，建造成本高，且传动效率影响泵系统的整体运行效率和稳定性，漏网增加了过流阻力，降低了水力性能，漏网的网格尺度也决定了无法保护尺寸较小的鱼类。

发明内容

针对现有技术中存在不足,本发明提供了一种轴流泵叶轮和轴流泵,该叶轮进口直径小于出口直径，使液流和过泵生物在通过叶轮进口时具有较大的轴向速度，从而可以降低生物撞击概率，可以提高生物过泵安全性。

一方面，本发明提供了一种轴流泵叶轮，包括导流帽、叶轮叶片和叶轮轮毂；

导流帽为球体局部结构，叶轮轮毂为圆台结构，导流帽与叶轮轮毂的底部相连，叶轮轮毂的母线与球体局部结构的轮廓线相切；

叶轮叶片固定在叶轮轮毂上，叶轮叶片包括叶片前缘、叶片后缘和叶片轮缘；叶片轮缘的半径沿液流方向逐渐增大，且叶片轮缘所在面为圆台侧面，叶片轮缘所在圆台侧面的母线与叶轮轮毂的母线相互平行。

进一步地，叶片轮缘所在圆台侧面的母线与轴向之间形成的夹角大于度且小于90度。

进一步地，叶片前缘上第一端点处的水平面切线与叶轮轮毂的半径方向形成的夹角大于60度且小于90度；叶片前缘上第二端点处的水平面切线与叶轮轮毂的半径方向形成的夹角为0度；叶片前缘上多个点处的水平面切线分别与叶轮轮毂的半径方向形成的多个夹角呈线性变化；其中，多个点沿第一端点至第二端点的方向分布。

进一步地，叶片前缘上第一端点处的轴面切线与叶轮轮毂的半径方向形成的夹角大于60度且小于90度；叶片前缘上第二端点处的轴面切线与叶轮轮毂的半径方向形成的夹角为0度；叶片前缘上多个点处的轴面切线分别与叶轮轮毂的半径方向形成的多个夹角呈线性变化；其中，多个点沿第一端点至第二端点的方向分布。

进一步地，叶片后缘沿叶轮轮毂半径方向分布。

进一步地，叶轮叶片的数量为两个。

另一方面，本申请实施例提供了一种轴流泵，包括轴流泵导叶和上述的轴流泵叶轮；轴流泵导叶与轴流泵叶轮相连。

进一步地，还包括旋转轴；叶轮轮毂与旋转轴相连。

进一步地，还包括转轮室；导流帽、叶轮叶片和叶轮轮毂均位于转轮室内；叶片轮缘与转轮室之间设有间隙。

进一步地，间隙的大小为轴流泵叶轮的出口外径的0.001倍。

本发明提供的一种轴流泵叶轮和轴流泵具有以下有益效果：

本发明提供的轴流泵叶轮和轴流泵，轴流泵叶轮包括导流帽、叶轮叶片和叶轮轮毂；导流帽为球体局部结构，叶轮轮毂为圆台结构，导流帽与叶轮轮毂的底部相连，叶轮轮毂的母线与球体局部结构的轮廓线相切；叶轮叶片固定在叶轮轮毂上，叶轮叶片包括叶片前缘、叶片后缘和叶片轮缘；叶片轮缘的半径沿液流方向逐渐增大，且叶片轮缘所在面为圆台侧面，叶片轮缘所在圆台侧面的母线与叶轮轮毂的母线相互平行。本发明采用外径渐变的叶轮，在叶轮进口处外径较小，增加液流和过泵生物的轴向速度，从而可以降低生物与叶片前缘的撞击概率。此外，叶轮出口直径保持较大值，可保证泵扬程和效率满足泵站使用要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明实施例提供的一种轴流泵叶轮的轴面视图；

图2为本发明实施例提供的一种轴流泵叶轮的水平面面视图；

图3为本发明实施例提供的一种轴流泵叶轮的三维示意图；

图4为本发明实施例提供的一种轴流泵的轴面视图；

其中，图中附图标记对应为：1-导流帽，2-叶轮叶片，3-叶轮轮毂，4-叶片前缘，5-叶片后缘，6-叶片轮缘，7-轴流泵导叶，8-旋转轴，9-转轮室。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种轴流泵叶轮的轴面视图，轴流泵叶轮多运用于大型泵站，其ND值一般在350以内，其中，N为转速(rpm)，D为叶轮外径(m)。如图1所示，该轴流泵叶轮主要包括导流帽1、叶轮叶片2和叶轮轮毂3；

导流帽1为球体局部结构，叶轮轮毂3为圆台结构，导流帽1与叶轮轮毂3的底部相连，叶轮轮毂3的母线与球体局部结构的轮廓线相切；

叶轮叶片2固定在叶轮轮毂3上，叶轮叶片2包括叶片前缘4、叶片后缘5和叶片轮缘6；叶片轮缘6的半径沿液流方向逐渐增大，且叶片轮缘6所在面为圆台侧面，叶片轮缘6所在圆台侧面的母线与叶轮轮毂3的母线相互平行。

相较于传统轴流泵叶轮外径为定值，叶轮进口流速等于叶轮出口流速，本申请实施例中，叶轮叶片2的叶片轮缘6的半径沿液流方向逐渐增大，通过在叶轮进口处设置较小的外径，可以增加液流和过泵生物的轴向速度，从而可以降低生物与叶片前缘的撞击概率。此外，叶轮出口直径保持较大值，可保证泵扬程和效率满足泵站使用要求。

如图1所示，轴流泵叶片轮缘6的半径沿液流方向逐渐增大，叶片轮缘6所在面为圆台侧面，该面的斜度应大于15°，即叶片轮缘6所在圆台侧面的母线与轴向之间形成的锐角λ>15°。

如图1所示，在轴面视图中于叶片前缘4的任意点处作切线，该切线与叶轮轮毂3半径方向形成的锐角为α；这里，定义前缘轮缘点A为第一端点，前缘轮毂点B为第二端点，满足90°>αA>60°，αB＝0°；且叶片前缘4上多个点处的轴面切线分别与叶轮轮毂3的半径方向形成的多个夹角，多个点沿第一端点至第二端点的方向分布，即A至B之间多个点对应的多个夹角呈线性变化。

如图2所示，图2是本发明实施例提供的一种轴流泵叶轮的水平面视图，在水平面视图中，于叶片前缘4的任意点处作切线，该切线与叶轮轮毂3半径方向形成的锐角为β；同理，定义前缘轮缘点A为第一端点，前缘轮毂点B为第二端点，满足90°>βA>60°，βB＝0°；且叶片前缘4上多个点处的水平面切线分别与叶轮轮毂3的半径方向形成的多个夹角，多个点沿第一端点至第二端点的方向分布，即A至B之间多个点对应的多个夹角呈线性变化。

如图3所示，图3时本发明实施例提供的一种轴流泵叶轮的三维示意图，上述前缘轮缘点A为叶片前缘4与叶片轮缘6的交点，上述前缘轮毂点B为叶片前缘4与叶轮轮毂3的交点。

如图1和图2所示，轴流泵叶片后缘5沿叶轮轮毂3半径方向分布，即无论在轴面视图还是在水平面视图中，可以看出叶片后缘5与叶轮轮毂3半径之间的角度均为0°。

可选的，叶轮叶片2的数量为两个，且对称焊接在叶轮轮毂3上。

本申请实施例还提供了一种轴流泵，如图4所示，图4是本申请实施例提供的一种轴流泵的轴面视图，包括轴流泵导叶7和轴流泵叶轮；

轴流泵导叶7与轴流泵叶轮相连。

可选的，轴流泵叶轮还包括旋转轴8；叶轮轮毂3与旋转轴8相连。叶轮轮毂3与旋转轴8固定，且穿过轴流泵导叶7；旋转轴8用于旋转时带动叶轮轮毂3旋转，同时轴流泵导叶7静止不动。

可选的，轴流泵还包括转轮室9；导流帽1、叶轮叶片2和叶轮轮毂3均位于转轮室9内；且叶片轮缘6与所述转轮室9之间设有间隙。

可选的，叶片轮缘6与转轮室9之间的间隙的大小为轴流泵叶轮出口外径的0.001倍。

以上所揭露的仅为本发明的几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种轴流泵叶轮，其特征在于，包括导流帽(1)、叶轮叶片(2)和叶轮轮毂(3)；

所述导流帽(1)为球体局部结构，所述叶轮轮毂(3)为圆台结构，所述导流帽(1)与所述叶轮轮毂(3)的底部相连，所述叶轮轮毂(3)的母线与所述球体局部结构的轮廓线相切；

所述叶轮叶片(2)固定在所述叶轮轮毂(3)上，所述叶轮叶片(2)包括叶片前缘(4)、叶片后缘(5)和叶片轮缘(6)；所述叶片轮缘(6)的半径沿液流方向逐渐增大，且所述叶片轮缘(6)所在面为圆台侧面，所述叶片轮缘(6)所在圆台侧面的母线与所述叶轮轮毂(3)的母线相互平行；

所述叶片前缘(4)上第一端点处的水平面切线与所述叶轮轮毂(3)的半径方向形成的夹角大于60度且小于90度；

所述叶片前缘(4)上第二端点处的水平面切线与所述叶轮轮毂(3)的半径方向形成的夹角为0度；

所述叶片前缘(4)上多个点处的水平面切线分别与所述叶轮轮毂(3)的半径方向形成的多个夹角呈线性变化；其中，所述多个点沿所述第一端点至所述第二端点的方向分布。

2.根据权利要求1所述的轴流泵叶轮，其特征在于，所述叶片轮缘(6)所在圆台侧面的母线与轴向之间形成的夹角大于15度且小于90度。

3.根据权利要求1所述的轴流泵叶轮，其特征在于，所述叶片前缘(4)上第一端点处的轴面切线与所述叶轮轮毂(3)的半径方向形成的夹角大于60度且小于90度；

所述叶片前缘(4)上第二端点处的轴面切线与所述叶轮轮毂(3)的半径方向形成的夹角为0度；

所述叶片前缘(4)上多个点处的轴面切线分别与所述叶轮轮毂(3)的半径方向形成的多个夹角呈线性变化；其中，所述多个点沿所述第一端点至所述第二端点的方向分布。

4.根据权利要求1所述的轴流泵叶轮，其特征在于，所述叶片后缘(5)沿所述叶轮轮毂(3)半径方向分布。

5.根据权利要求1所述的轴流泵叶轮，其特征在于，所述叶轮叶片(2)的数量为两个。

6.一种轴流泵，其特征在于，包括轴流泵导叶(7)和权利要求1-5任意一项所述的轴流泵叶轮；

所述轴流泵导叶(7)与所述轴流泵叶轮相连。

7.根据权利要求6所述的轴流泵，其特征在于，还包括旋转轴(8)；

所述叶轮轮毂(3)与所述旋转轴(8)相连。

8.根据权利要求7所述的轴流泵，其特征在于，还包括转轮室(9)；所述导流帽(1)、所述叶轮叶片(2)和所述叶轮轮毂(3)均位于所述转轮室(9)内；

所述叶片轮缘(6)与所述转轮室(9)之间设有间隙。

9.根据权利要求8所述的轴流泵，其特征在于，所述间隙的大小为所述轴流泵叶轮的出口外径的0.001倍。

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