CN112081750B - 一种微型双级涡泵水力推流器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种微型双级涡泵水力推流器，包括导流段、做功段和支撑段，导流段包括蜗壳、首级导叶体、首级涡轮护罩、二级导叶体和二级涡轮密封环，做功段包括螺旋桨、二级涡轮、涡轮轮毂、首级涡轮和主轴，支撑段包括轴承基座、轴封盖；首级导叶体、首级涡轮、二级导叶体和二级涡轮依次设置，蜗壳的蜗壳出口流道、首级导叶体、首级涡轮、二级导叶体的、二级涡轮依次连通。本发明利用有压水流通过蜗壳依次进入首级导叶体内加速后推动首级涡轮旋转做功，首次做功后的水流再通过二级导叶体加速后推动二级涡轮体旋转做功，首级涡轮、二级涡轮与螺旋桨沿主轴旋转，旋转的螺旋桨推动污水池中污水，由此将两级涡轮所做的功转化为推动污水的运动能。

Description

一种微型双级涡泵水力推流器

技术领域

本发明涉及一种能量转换装置，具体地说是涉及一种将有压水流能量转化为旋转机械能，再将这个旋转机械能直接转化为水流流动动能的装置，是一种适用于污水处理厂的微型双级涡泵水力推流器。

背景技术

污水处理厂使用的推流器，是污水处理生产工艺流程中的一种推流装置，在污水处理厂中数量众多且不可或缺。目前污水处理厂广泛使用的推流器大多采用电力直接驱动的电动推流器，电动推流器是一种由推流螺旋桨转速匹配的电动机驱动安装于主轴上的推流螺旋桨的一种推流装置，电动推流器长期工作在繁杂多样的污水中，因而与之直联的电动机也常年浸泡在污水中。由于电动推流器的工作环境苛刻，有的适用场合还有防腐、防爆、防漏电等特殊要求，因而传统的电动推流器使用寿命较短，存在漏电、防爆、防腐性能较弱等弊端，其运行成本、维护成本较高。

因此，设计一种微型双级涡泵水力推流器，其利用外加水泵泵出的富含水头能量的水流驱动而取代电动机驱动，该推流器不但满足其恶劣的工作环境，还可延长使用年限，降低了企业的运行、维护成本，具有良好的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污水处理用、防腐、防爆、防漏电的微型双级涡泵水力推流器。

本装置利用流体机械、流体力学等理论制作的，将外加水泵泵出的蕴含能量的水流，通过导流段中的蜗壳、首级导叶体中的导叶栅转化为一定流速和一定方向的速度水流，进而切向冲入位于做功段的首级涡轮的桨叶栅，推动首级涡轮围绕主轴旋转做功；自首级涡轮的桨叶栅流出的有压水流再次通过导流段的二级导叶体的导叶栅加速并调节流向，然后切向冲入位于做功段中的二级涡轮的桨叶栅，推动二级涡轮围绕其主轴、以与首级涡轮相同的转速旋转做功。

综上，两级涡轮通过与其连接的共同的涡轮轮毂所做的功，直接拖动安装于二级涡轮的二级涡轮外环的螺旋桨旋转，推动污水池中污水运动，将两级涡轮所做的功转化为推动污水池中被推污水的运动能。因此，本装置利用涡轮泵推技术，主轴是两级涡轮的旋转定位轴，仅传递轴向水推力不传递扭矩。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的：

一种微型双级涡泵水力推流器，包括导流段、做功段和支撑段三部分；

导流段包括蜗壳1、首级导叶体2、首级涡轮护罩3、二级导叶体4和二级涡轮密封环5；

做功段包括螺旋桨6、二级涡轮7、涡轮轮毂8、首级涡轮9和主轴10；

支撑段包括轴承基座11和轴封盖12；

其中，主轴10通过位于主轴10的主轴前轴承座41与轴承基座11中的轴承基座前轴承室25中的轴承配合；主轴10伸出轴承基座11；

主轴10通过位于主轴10的主轴后轴承座40与轴承基座11中的轴承基座后轴承室24中的轴承配合；

轴承基座11的轴承基座前端连接螺孔26与轴封盖12的轴封盖连接孔39通过螺栓连接，轴承基座11的轴承基座后端连接螺孔27与安装支架连接；

涡轮轮毂8通过涡轮轮毂键槽31内的标准键与主轴10的主轴键槽42配合安装在主轴10上，并通过主轴10前端的主轴压紧螺孔43内的螺栓固定于主轴10；主轴键槽42位于主轴10伸出轴承基座11的一段；

首级导叶体2、首级涡轮9、二级导叶体4和二级涡轮7依次套设并固定在主轴10、轴承基座11及涡轮轮毂8三者组成的构件上；

蜗壳1右侧的蜗壳出口流道16、首级导叶体2的首级导叶体流道18、首级涡轮9的首级涡轮桨叶流道32、二级导叶体4的二级导叶体导叶流道29、二级涡轮7的二级涡轮桨叶流道35依次连通；

蜗壳1的蜗壳出口外环连接螺孔15通过螺栓与首级导叶体2的首级导叶体外环连接孔17连接；首级导叶体外环连接孔17通过螺栓与首级涡轮护罩3的首级涡轮护罩连接孔21连接；首级涡轮护罩连接孔21通过螺栓与二级导叶体4的二级导叶体连接孔28连接；二级导叶体连接孔28通过螺栓与二级涡轮密封环5的二级涡轮密封环连接孔38连接；

蜗壳1的蜗壳出口内环连接螺孔14通过螺栓与首级导叶体2的首级导叶体内环后连接孔19、轴承基座11的轴承基座后侧连接螺孔22分别连接；蜗壳1的蜗壳进口法兰13与提供水流能量的外部供水管法兰通过螺栓连接；

首级导叶体2的首级导叶体内环前连接端20通过过盈配合与轴承基座11的轴承基座前侧连接端23连接；

首级涡轮9的首级涡轮连接螺孔33、二级涡轮7的二级涡轮连接孔36分别通过螺栓与涡轮轮毂8的涡轮轮毂涡轮连接孔30连接；

螺旋桨6通过螺旋桨基座37套设在二级涡轮7的二级涡轮外环34上，并通过铆钉将螺旋桨基座37固定在二级涡轮外环34上。

优选地，蜗壳1右侧的蜗壳出口流道16为圆环形，其内圆半径与首级导叶体流道18、首级涡轮桨叶流道32、二级导叶体导叶流道29、二级涡轮桨叶流道35的内圆半径相同；

蜗壳出口流道16的内圆、首级导叶体流道18的内圆、首级涡轮桨叶流道32的内圆、二级导叶体导叶流道29的内圆、二级涡轮桨叶流道35的内圆均位于相同的圆柱面上；

所述蜗壳出口流道16的外圆半径与首级导叶体2的首级导叶体流道18、首级涡轮9的首级涡轮桨叶流道32、二级导叶体4的二级导叶体导叶流道29、二级涡轮7的二级涡轮桨叶流道35的外圆半径相同；

蜗壳出口流道16的外圆、首级导叶体流道18的外圆、首级涡轮桨叶流道32的外圆、二级导叶体导叶流道29的外圆、二级涡轮桨叶流道35的外圆均位于相同的圆柱面上；

蜗壳出口内环连接螺孔14与首级导叶体2的首级导叶体内环后连接孔19位于相同的圆柱面上；

蜗壳出口外环连接螺孔15与首级导叶体2的首级导叶体外环连接孔17、首级涡轮护罩3的首级涡轮护罩连接孔21、二级导叶体4的二级导叶体连接孔28、二级涡轮密封环5的二级涡轮密封环连接孔38位于相同的圆柱面上。

优选地，首级导叶体2的横截面为一圆盘形结构；首级导叶体2为一中空结构；

首级导叶体2包括同轴线设置的第一导叶圆柱体、第二导叶圆柱体和第三导叶圆柱体；第一导叶圆柱体、第二导叶圆柱体和第三导叶圆柱体由内向外依次连接；第一导叶圆柱体上开设首级导叶体内环前连接端20、首级导叶体内环后连接孔19；第二导叶圆柱体上开设首级导叶体流道18，第三导叶圆柱体上开设首级导叶体外环连接孔17；

首级导叶体流道18为一圆环形柱状流道，其内部为导叶栅。

优选地，导叶栅中的首级导叶为三维扭曲的翼型结构，翼外侧相对厚度8.38%，翼外侧相对弯度7.16%，翼外侧入口安装角45.6度，翼外侧出口安装角14.7度，翼外侧前缘采用直径为3.74毫米的圆形，翼外侧后缘为尖缘；翼内侧相对厚度3.87%，翼内侧相对弯度6.87%，翼内侧入口安装角43.20度，出口安放角13.56度，翼内侧前缘采用直径为3.74毫米的圆形，翼内侧后缘为尖缘。

优选地，首级涡轮护罩3为一圆环柱状体结构；首级涡轮护罩3与首级导叶体2、二级导叶体4三者围成首级涡轮9的涡轮室。

优选地，首级涡轮9为一中空结构，包括第一涡轮圆柱体和第二涡轮圆柱体；第一涡轮圆柱体和第二涡轮圆柱体的轴心线重合；第一涡轮圆柱体固定在第二涡轮圆柱体的外边缘；第一涡轮圆柱体上开设首级涡轮桨叶流道32，第二涡轮圆柱体上开设首级涡轮连接螺孔33；

首级涡轮桨叶流道32内的桨叶栅沿圆周均匀分布。

优选地，二级导叶体4为一中空结构，包括同轴设置的第四导叶圆柱体和第五导叶圆柱体；第五导叶圆柱体固定在第四导叶圆柱体的外边缘；第四导叶圆柱体上开设二级导叶体导叶流道29；第五导叶圆柱体上开设二级导叶体连接孔28；

二级导叶体导叶流道29内的导叶栅包括沿圆周均匀分布的多个导叶。

优选地，二级涡轮7为一中空结构，包括第三涡轮圆柱体和第四涡轮圆柱体；

第三涡轮圆柱体和第四涡轮圆柱体的轴心线重合；第四涡轮圆柱体固定在第三涡轮圆柱体的外边缘；第四涡轮圆柱体上的外边缘固定二级涡轮外环34；第四涡轮圆柱体上开设二级涡轮桨叶流道35；二级涡轮桨叶流道35内的桨叶栅沿圆周均匀分布；

第三涡轮圆柱体上开设二级涡轮连接孔36。

优选地，螺旋桨6包括一螺旋桨叶栅44，螺旋桨叶栅44焊接在螺旋桨基座37上；螺旋桨叶栅包括三个沿圆周均匀分布的三维扭曲的桨叶。

优选地，螺旋桨叶栅44中的桨叶为三维扭曲的翼型结构，翼外侧相对厚度8.69%，翼外侧相对弯度0.42%，翼外侧入口安装角10.00度，翼外侧出口安装角11.74度，翼外侧前缘采用长半轴10毫米、短半轴2.5毫米的椭圆形，翼外侧后缘为直径5毫米的圆形；翼内侧相对厚度4.25%，翼内侧相对弯度0.87%，翼内侧入口安装角18.20度，出口安放角21.85度，翼内侧前缘采用长半轴10毫米、短半轴2.5毫米的椭圆形，翼外侧后缘为直径5毫米的圆形。

本发明的微型双级涡泵水力推流器的工作原理：

（1）来自于外加水泵泵出的有压水流通过与供水管法兰连接的蜗壳1的蜗壳进口法兰13形成的流道进入蜗壳1，在等变截面的蜗壳1中按照等平均圆周运动；

（2）从蜗壳1的蜗壳出口流道16均匀进入首级导叶体2的首级导叶体流道18的导叶栅，在首级导叶体流道18中的导叶栅中加速并调节流向，切向进入旋转的首级涡轮9的首级涡轮桨叶流道32的桨叶栅，在首级涡轮桨叶流道32的桨叶栅中改变流速大小及方向，完成能量的第一次转换；

（3）从首级涡轮桨叶流道32的桨叶栅中流出的尾水，切向进入二级导叶体4的二级导叶体导叶流道29的导叶栅，并在其中再一次加速并改变流向，切向进入旋转的二级涡轮7的二级涡轮桨叶流道35的桨叶栅，在二级涡轮桨叶流道35的桨叶栅中改变流速大小及方向，完成能量的第二次转换；

（4）通过螺栓将首级涡轮9的首级涡轮连接螺孔33、二级涡轮7的二级涡轮连接孔36与涡轮轮毂8的涡轮轮毂涡轮连接孔30连接在一起，使首级涡轮9、二级涡轮7和涡轮轮毂8形成一个整体，并通过涡轮轮毂8的涡轮轮毂键槽31、主轴10的主轴键槽42中的键安装在主轴上，主轴10与首级涡轮9、二级涡轮7、涡轮轮毂8同速度旋转；螺旋桨6的螺旋桨基座37通过铆钉安装于二级涡轮7的二级涡轮外环34上，螺旋桨6的螺旋桨叶栅44跟随二级涡轮7一同旋转，推动污水池中的大容量污水运动，消耗掉两级涡轮所做的功，完成推流的目的。

与现有技术相比，本发明的优点为：

（1）用水动力驱动双级涡轮机做功，采用水动力驱动双级涡轮机做功，将外加水流能转化为旋转机械能驱动直接安装在涡轮外环的螺旋桨同步旋转，不通过主轴传动，完成推流功能的一种涡泵推流装置，由于没有强电入水，不存在漏电隐患。

（2）本发明的微型双级涡泵水力推流器采用外加蓄能水驱动、蜗壳侧向圆环出水方式，缩小了水力涡轮机蜗壳的轴向尺寸，并便于现场安装；采用小反作用度设计方法减小涡轮机的径向尺寸，满足微型化要求。

（3）本发明的微型双级涡泵水力推流器采用双级涡轮标准化设计，根据功率要求可增减涡轮机组数，在不改变驱动水流流量、仅改变驱动水流水头的前提下，完成不同驱动功率的梯度匹配，满足污水厂不同推流功率的要求。

（4）本发明的微型双级涡泵水力推流器采用水动力驱动，通过将之一对一、一对多并行接入外加供水泵，可以实现与之直联的微型双级涡泵水力推流器并行运行，替代原来驱动的电动机，满足防爆要求。

（5）本发明的微型双级涡泵水力推流器采用防腐材料制造，满足防腐要求；采用多年连续工作设计，保证若干年不检修，降低污水处理厂推流器的运行、检修、保养成本。

（6）本发明的微型双级涡泵水力推流器的微型化和高效率，可以根据污水处理厂的实际情况通过级联满足其不同功率推流的要求，便具有广阔的应用前景和推广价值。

附图说明

图1-双级微型涡泵推流器结构示意图

图2-蜗壳结构示意图，A-侧视图，B-剖视图

图3-首级导叶体结构示意图，A-剖视图，B-俯视图

图4-首级涡轮护罩结构示意图，A-剖视图，B-俯视图

图5-二级导叶体结构示意图，A-剖视图，B-俯视图

图6-二级涡轮密封环结构示意图，A-剖视图，B-俯视图

图7-螺旋桨结构示意图，A-剖视图，B-俯视图

图8-二级涡轮结构示意图，A-剖视图，B-俯视图

图9-涡轮轮毂结构示意图，A-剖视图，B-俯视图

图10-首级涡轮结构示意图，A-剖视图，B-俯视图

图11-主轴结构示意图

图12-轴承基座结构示意图，A-剖视图，B-俯视图

图13-轴封盖结构示意图，A-剖视图，B-俯视图

图14-首级导叶结构示意图

图15-二级导叶结构示意图

图16-涡轮机桨叶结构示意图

附图标记：

1-蜗壳

2-首级导叶体

3-首级涡轮护罩

4-二级导叶体

5-二级涡轮密封环

6-螺旋桨

7-二级涡轮

8-涡轮轮毂

9-首级涡轮

10-主轴

11-轴承基座

12-轴封盖

13-蜗壳进口法兰

14-蜗壳出口内环连接螺孔

15-蜗壳出口外环连接螺孔

16-蜗壳出口流道

17-首级导叶体外环连接孔

18-首级导叶体流道

19-首级导叶体内环后连接孔

20-首级导叶体内环前连接端

21-首级涡轮护罩连接孔

22-轴承基座后侧连接螺孔

23-轴承基座前侧连接端

24-轴承基座后轴承室

25-轴承基座前轴承室

26-轴承基座前端连接螺孔

27-轴承基座后端连接螺孔

28-二级导叶体连接孔

29-二级导叶体导叶流道

30-涡轮轮毂涡轮连接孔

31-涡轮轮毂键槽

32- 首级涡轮桨叶流道

33-首级涡轮连接螺孔

34-二级涡轮外环

35-二级涡轮桨叶流道

36-二级涡轮连接孔

37-螺旋桨基座

38-二级涡轮密封环连接孔

39-轴封盖连接孔

40-主轴后轴承座

41-主轴前轴承座

42-主轴键槽

43-主轴压紧螺孔

44-螺旋桨叶栅。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

针对某污水处理厂要求推流器输入轴功率2.5千瓦而研发的微型双级涡泵水力推流器，转速每分钟680转、采用双级涡轮机级联，水力涡轮机水头19.4米水柱高，容积流量为54.41立方米每小时。为尽可能减小流量，采用双级涡轮机级联所发明的微型双级涡泵水力推流器涡轮机，折算成单位比转速为27.80，水力涡轮机水头19.4米水柱高、容积流量为54.41立方米每小时，其效率为87.0%，涡轮机长度为386.3毫米，直径为272毫米的类圆柱形，推流螺旋桨外直径466毫米，直接安装在末级涡轮机上，满足推流器的设计要求。

如图1所示，该推流器包括导流段、做功段和支撑段三部分。

导流段包括蜗壳1、首级导叶体2、首级涡轮护罩3、二级导叶体4和二级涡轮密封环5。

做功段包括螺旋桨6、二级涡轮7、涡轮轮毂8、首级涡轮9和主轴10。

支撑段包括轴承基座11和轴封盖12。

首级导叶体2、首级涡轮9、二级导叶体4和二级涡轮7依次套设并固定在主轴10、轴承基座11及涡轮轮毂8三者组成的构件上。

蜗壳1右侧的蜗壳出口流道16、首级导叶体2的首级导叶体流道18、首级涡轮9的首级涡轮桨叶流道32、二级导叶体4的二级导叶体导叶流道29、二级涡轮7的二级涡轮桨叶流道35依次连通。

蜗壳1的蜗壳进口法兰13与提供水流能量的外部供水管法兰通过螺栓连接。

蜗壳1的蜗壳出口内环连接螺孔14通过螺栓与首级导叶体2的首级导叶体内环后连接孔19、轴承基座11的轴承基座后侧连接螺孔22分别连接；蜗壳1的蜗壳进口法兰13与提供水流能量的外部供水管法兰通过螺栓连接。

蜗壳1的蜗壳出口外环连接螺孔15通过螺栓与首级导叶体2的首级导叶体外环连接孔17连接；首级导叶体外环连接孔17通过螺栓与首级涡轮护罩3的首级涡轮护罩连接孔21连接；首级涡轮护罩连接孔21通过螺栓与二级导叶体4的二级导叶体连接孔28连接；二级导叶体连接孔28通过螺栓与二级涡轮密封环5的二级涡轮密封环连接孔38连接。

首级导叶体2的首级导叶体内环前连接端20通过过盈配合与轴承基座11的轴承基座前侧连接端23连接。

主轴10通过位于主轴10的主轴前轴承座41与轴承基座11中的轴承基座前轴承室25中的轴承配合；主轴10伸出轴承基座11；主轴10通过位于主轴10的主轴后轴承座40与轴承基座11中的轴承基座后轴承室24中的轴承配合，如图11所示。

轴承基座11的轴承基座前端连接螺孔26与轴封盖12的轴封盖连接孔39通过螺栓连接，轴承基座11的轴承基座后端连接螺孔27与安装支架连接。

涡轮轮毂8通过涡轮轮毂键槽31内的标准键与主轴10的主轴键槽42配合安装在主轴10上，并通过主轴10前端的主轴压紧螺孔43内的螺栓固定于主轴10；主轴键槽42位于主轴10伸出轴承基座11的一段；

首级涡轮9的首级涡轮连接螺孔33、二级涡轮7的二级涡轮连接孔36分别通过螺栓与涡轮轮毂8的涡轮轮毂涡轮连接孔30连接。

螺旋桨6通过螺旋桨基座37套设在二级涡轮7的二级涡轮外环34上，并通过铆钉将螺旋桨基座37固定在二级涡轮外环34上。

如图2所示，蜗壳1为采用6毫米厚的球墨铸铁铸造的蜗壳结构，蜗壳1在0~270度的包角内为圆断面、在270~360度包角内为椭圆断面按照面积等渐变变化、围绕微型双级涡泵水力推流器主轴旋转一周的蜗壳状结构，等渐变圆形、椭圆形断面中心轨迹位于距微型双级涡泵水力推流器主轴相同距离的圆柱面上。

蜗壳1右侧的蜗壳出口流道16为圆环形，其内圆、外圆分别与首级导叶体2的首级导叶体流道18、首级涡轮9的首级涡轮桨叶流道32、二级导叶体4的二级导叶体导叶流道29、二级涡轮7的二级涡轮桨叶流道35的内、外圆相同，并且位于相同的圆柱面上。

具体的，蜗壳的内圆半径与首级导叶体流道18、首级涡轮桨叶流道32、二级导叶体导叶流道29、二级涡轮桨叶流道35的内圆半径相同；蜗壳出口流道16的内圆、首级导叶体流道18的内圆、首级涡轮桨叶流道32的内圆、二级导叶体导叶流道29的内圆、二级涡轮桨叶流道35的内圆均位于相同的圆柱面上；蜗壳出口流道16的外圆半径与首级导叶体2的首级导叶体流道18、首级涡轮9的首级涡轮桨叶流道32、二级导叶体4的二级导叶体导叶流道29、二级涡轮7的二级涡轮桨叶流道35的外圆半径相同；蜗壳出口流道16的外圆、首级导叶体流道18的外圆、首级涡轮桨叶流道32的外圆、二级导叶体导叶流道29的外圆、二级涡轮桨叶流道35的外圆均位于相同的圆柱面上。

蜗壳1的蜗壳出口内环连接螺孔14与首级导叶体2的首级导叶体内环后连接孔19位于相同的圆柱面上；蜗壳1的蜗壳出口外环连接螺孔15与首级导叶体2的首级导叶体外环连接孔17、首级涡轮护罩3的首级涡轮护罩连接孔21、二级导叶体4的二级导叶体连接孔28、二级涡轮密封环5的二级涡轮密封环连接孔38位于相同的圆柱面上。

如图3所示，首级导叶体2是采用球墨铸铁铸造的类圆盘形结构，其首级导叶体流道18是一个圆环形柱状流道，内部为导叶栅，与蜗壳1的蜗壳出口流道16、首级涡轮9的首级涡轮桨叶流道32、二级导叶体4的二级导叶体导叶流道29、二级涡轮7的二级涡轮桨叶流道35位于相同的圆环面上，具有相同的内外直径。

具体的，首级导叶体2的横截面为一圆盘形结构；首级导叶体2为一中空结构；首级导叶体2包括同轴线设置的第一导叶圆柱体、第二导叶圆柱体和第三导叶圆柱体；第一导叶圆柱体、第二导叶圆柱体和第三导叶圆柱体由内向外依次连接；第一导叶圆柱体上开设首级导叶体内环前连接端20、首级导叶体内环后连接孔19；第二导叶圆柱体上开设首级导叶体流道18，第三导叶圆柱体上开设首级导叶体外环连接孔17；首级导叶体流道18为一圆环形柱状流道，其内部为导叶栅。

首级导叶体流道18内的导叶栅的首级导叶图14沿圆周均匀分布组成，是一种三维扭曲的翼型结构，翼外侧相对厚度8.38%，翼外侧相对弯度7.16%，翼外侧入口安装角45.6度，翼外侧出口安装角14.7度，翼外侧前缘采用直径为3.74毫米的圆形，翼外侧后缘为尖缘；翼内侧相对厚度3.87%，翼内侧相对弯度6.87%，翼内侧入口安装角43.20度，出口安放角13.56度，翼内侧前缘采用直径为3.74毫米的圆形，翼内侧后缘为尖缘。

如图4所示，首级涡轮护罩3采用球墨铸铁铸造的类圆环柱状体结构，为一圆环柱状体结构；首级涡轮护罩3与首级导叶体2、二级导叶体4三者围成首级涡轮9的涡轮室。

如图10所示，首级涡轮9为一中空结构，为一采用球墨铸铁铸造的类圆盘状转轮，其首级涡轮桨叶流道32是一个与首级导叶体2的首级导叶体流道18相同内外直径的圆环形柱状流道，其首级涡轮连接螺孔33通过螺栓与二级涡轮7的二级涡轮连接孔36、涡轮轮毂8的涡轮轮毂涡轮连接孔30连接。具体的，首级涡轮9包括第一涡轮圆柱体和第二涡轮圆柱体；第一涡轮圆柱体和第二涡轮圆柱体的轴心线重合；第一涡轮圆柱体固定在第二涡轮圆柱体的外边缘；第一涡轮圆柱体上开设首级涡轮桨叶流道32，第二涡轮圆柱体上开设首级涡轮连接螺孔33；

首级涡轮桨叶流道32内的桨叶栅沿圆周均匀分布，其桨叶栅沿圆周均匀分布组成，是一种三维扭曲的翼型结构，翼外侧相对厚度14.96%，翼外侧相对弯度29.93%，翼外侧入口安装角37.83度，翼外侧出口安装角21.55度，翼外侧前缘采用直径为1.99毫米的圆形，翼外侧后缘为尖缘；翼内侧相对厚度16.50%，翼内侧相对弯度32.04%，翼内侧入口安装角28.87度，出口安放角23.20度，翼内侧前缘采用直径为2.14毫米的圆形，翼内侧后缘为尖缘。

如图5所示，二级导叶体4为一中空结构，为一采用球墨铸铁铸造的类圆环柱状体结构，其二级导叶体导叶流道29是一个与首级涡轮9的首级涡轮桨叶流道32相同内外直径的圆环形柱状流道。二级导叶体4包括同轴设置的第四导叶圆柱体和第五导叶圆柱体；第五导叶圆柱体固定在第四导叶圆柱体的外边缘；第四导叶圆柱体上开设二级导叶体导叶流道29；第五导叶圆柱体上开设二级导叶体连接孔28；二级导叶体导叶流道29内的导叶栅包括沿圆周均匀分布的多个二级导叶图15。导叶是一种三维扭曲的翼型结构，翼外侧相对厚度13.51%，翼外侧相对弯度17.57%，翼外侧入口安装角90度，翼外侧出口安装角14.67度，翼外侧前缘采用直径为4.46毫米的圆形，翼外侧后缘为尖缘；翼内侧相对厚度10.94%，翼内侧相对弯度17.72%，翼内侧入口安装角90度，出口安放角13.56度，翼内侧前缘采用直径为3.09毫米的圆形，翼内侧后缘为尖缘。

如图8所示，二级涡轮7为一中空结构，为一采用球墨铸铁铸造的类圆环柱状体结构，其二级涡轮桨叶流道35与二级导叶体4的二级导叶体导叶流道29相同内外直径的圆环形柱状流道，其二级导叶体导叶流道29内的桨叶栅与首级涡轮9的首级涡轮桨叶流道32的桨叶栅具有相同的形状及个数；其二级涡轮外环34上安装螺旋桨6的螺旋桨基座37，并通过铆钉固定。

二级涡轮7包括第三涡轮圆柱体和第四涡轮圆柱体；第三涡轮圆柱体和第四涡轮圆柱体的轴心线重合；第四涡轮圆柱体固定在第三涡轮圆柱体的外边缘；第四涡轮圆柱体上的外边缘固定二级涡轮外环34；第四涡轮圆柱体上开设二级涡轮桨叶流道35；二级涡轮桨叶流道35内的桨叶栅沿圆周均匀分布；

第三涡轮圆柱体上开设二级涡轮连接孔36。

如图7所示，螺旋桨6用316L不锈钢切削、焊接的类似于轴流式风扇的结构，包括一螺旋桨叶栅44，螺旋桨叶栅44焊接在螺旋桨基座37上；螺旋桨叶栅包括三个沿圆周均匀分布的三维扭曲的桨叶。螺旋桨基座37安装在二级涡轮7的二级涡轮外环34上，并通过铆钉固定，其螺旋桨叶栅44的桨叶是三维扭曲的翼型结构。

螺旋桨叶栅44中的桨叶图16为三维扭曲的翼型结构，翼外侧相对厚度8.69%，翼外侧相对弯度0.42%，翼外侧入口安装角10.00度，翼外侧出口安装角11.74度，翼外侧前缘采用长半轴10毫米、短半轴2.5毫米的椭圆形，翼外侧后缘为直径5毫米的圆形；翼内侧相对厚度4.25%，翼内侧相对弯度0.87%，翼内侧入口安装角18.20度，出口安放角21.85度，翼内侧前缘采用长半轴10毫米、短半轴2.5毫米的椭圆形，翼外侧后缘为直径5毫米的圆形。

如图6所示，推流器的二级涡轮密封环5是采用球墨铸铁铸造的类圆环柱状体结构，其二级涡轮密封环连接孔38与与二级导叶体4的二级导叶体连接孔28具有相同的轴心半径和个数。

图12~13所示，本微型双级涡泵水力推流器的轴承基座11是采用球墨铸铁铸造的类圆柱状体结构，内部切削成腔体，在腔体的两端分别加工成轴承基座后轴承室24和轴承基座前轴承室25，用于安装与主轴10匹配的前、后轴承，其前、后端分别攻有轴承基座前端连接螺孔26和轴承基座后端连接螺孔27，螺孔轴直径与轴封盖12的轴封盖连接孔39同轴直径且个数相等，轴承基座前端连接螺孔26通过螺栓与轴封盖12的轴封盖连接孔39连接，轴承基座后端连接螺孔27用于微型双级涡泵水力推流器的安装，其轴承基座前侧连接端23，通过紧配合与首级导叶体2的首级导叶体内环前连接端20连接，其轴承基座后侧连接螺孔22通过螺栓与蜗壳1的蜗壳出口内环连接螺孔14、首级导叶体2的首级导叶体内环后连接孔19连接。内环前连接端20为一个连接圆环面，面中有孔。

如图9所示，本微型双级涡泵水力推流器的涡轮轮毂8是采用球墨铸铁铸造的类球柱状体结构，其涡轮轮毂涡轮连接孔30通过螺栓分别与首级涡轮9的首级涡轮连接螺孔33、二级涡轮7的二级涡轮连接孔连接，其涡轮轮毂键槽31通过标准键与主轴10的主轴键槽42安装在一起，通过主轴10的主轴压紧螺孔43的螺栓压紧。

综上，本发明利用外加水泵将微型双级涡泵水力推流器所在污水池水、或者污水处理厂处理过的合格水泵出，形成一定水头、一定流量的高能水流，将之一对一、一对多地接入所发明的微型双级涡泵水力推流器，替代原来的电动推流器，在技术上是可行的，优点如下：（1）由于这种微型双级涡泵水力推流器采用有能水流驱动，满足防爆要求；（2）采用防腐材料制造，满足防腐要求；（3）采用螺旋桨直接安装在涡轮机转轮上，旋转主轴不传送能量的泵推技术，因而运行平稳、震动小、使用年限长，可以保证若干年（比如十年）不检修。（4）采用这种微型双级涡泵水力推流器改造后，由于外加水泵等多消耗的电能成本在若干年使用期内小于企业改造的电动推流器的维护、检修、替换成本，其改造在经济上也是可行的，况且所发明的微型双级涡泵水力推流器涡轮机高效、高水头、低流量、安装方便，通过级联还可以以梯度方式改变涡轮机功率，以满足企业不同推流功率要求。（5）微型双级涡泵水力推流器的经济性，施工、运行、维护的便利性，尤其防爆和电不入水的安全性能使之具有广大的市场应用前景和推广价值。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微型双级涡泵水力推流器，包括导流段、做功段和支撑段三部分；其特征在于：

导流段包括蜗壳（1）、首级导叶体（2）、首级涡轮护罩（3）、二级导叶体（4）和二级涡轮密封环（5）；

做功段包括螺旋桨（6）、二级涡轮（7）、涡轮轮毂（8）、首级涡轮（9）和主轴（10）；

支撑段包括轴承基座（11）和轴封盖（12）；

其中，主轴（10）通过位于主轴（10）的主轴前轴承座（41）与轴承基座（11）中的轴承基座前轴承室（25）中的轴承配合；主轴（10）伸出轴承基座（11）；

主轴（10）通过位于主轴（10）的主轴后轴承座（40）与轴承基座（11）中的轴承基座后轴承室（24）中的轴承配合；

轴承基座（11）的轴承基座前端连接螺孔（26）与轴封盖（12）的轴封盖连接孔（39）通过螺栓连接，轴承基座（11）的轴承基座后端连接螺孔（27）与安装支架连接；

涡轮轮毂（8）通过涡轮轮毂键槽（31）内的标准键与主轴（10）的主轴键槽（42）配合安装在主轴（10）上，并通过主轴（10）前端的主轴压紧螺孔（43）内的螺栓固定于主轴（10）；主轴键槽（42）位于主轴（10）伸出轴承基座（11）的一段；

首级导叶体（2）、首级涡轮（9）、二级导叶体（4）和二级涡轮（7）依次套设并固定在主轴（10）、轴承基座（11）及涡轮轮毂（8）三者组成的构件上；

蜗壳（1）右侧的蜗壳出口流道（16）、首级导叶体（2）的首级导叶体流道（18）、首级涡轮（9）的首级涡轮桨叶流道（32）、二级导叶体（4）的二级导叶体导叶流道（29）、二级涡轮（7）的二级涡轮桨叶流道（35）依次连通；

蜗壳（1）的蜗壳出口外环连接螺孔（15）通过螺栓与首级导叶体（2）的首级导叶体外环连接孔（17）连接；首级导叶体外环连接孔（17）通过螺栓与首级涡轮护罩（3）的首级涡轮护罩连接孔（21）连接；首级涡轮护罩连接孔（21）通过螺栓与二级导叶体（4）的二级导叶体连接孔（28）连接；二级导叶体连接孔（28）通过螺栓与二级涡轮密封环（5）的二级涡轮密封环连接孔（38）连接；

蜗壳（1）的蜗壳出口内环连接螺孔（14）通过螺栓与首级导叶体（2）的首级导叶体内环后连接孔（19）、轴承基座（11）的轴承基座后侧连接螺孔（22）分别连接；蜗壳（1）的蜗壳进口法兰（13）与提供水流能量的外部供水管法兰通过螺栓连接；

首级导叶体（2）的首级导叶体内环前连接端（20）通过过盈配合与轴承基座（11）的轴承基座前侧连接端（23）连接；

首级涡轮（9）的首级涡轮连接螺孔（33）、二级涡轮（7）的二级涡轮连接孔（36）分别通过螺栓与涡轮轮毂（8）的涡轮轮毂涡轮连接孔（30）连接；

螺旋桨（6）通过螺旋桨基座（37）套设在二级涡轮（7）的二级涡轮外环（34）上，并通过铆钉将螺旋桨基座（37）固定在二级涡轮外环（34）上。

2.根据权利要求1所述的微型双级涡泵水力推流器，其特征在于：

蜗壳（1）右侧的蜗壳出口流道（16）为圆环形，其内圆半径与首级导叶体流道（18）、首级涡轮桨叶流道（32）、二级导叶体导叶流道（29）、二级涡轮桨叶流道（35）的内圆半径相同；

蜗壳出口流道（16）的内圆、首级导叶体流道（18）的内圆、首级涡轮桨叶流道（32）的内圆、二级导叶体导叶流道（29）的内圆、二级涡轮桨叶流道（35）的内圆均位于相同的圆柱面上；

所述蜗壳出口流道（16）的外圆半径与首级导叶体（2）的首级导叶体流道（18）、首级涡轮（9）的首级涡轮桨叶流道（32）、二级导叶体（4）的二级导叶体导叶流道（29）、二级涡轮（7）的二级涡轮桨叶流道（35）的外圆半径相同；

蜗壳出口流道（16）的外圆、首级导叶体流道（18）的外圆、首级涡轮桨叶流道（32）的外圆、二级导叶体导叶流道（29）的外圆、二级涡轮桨叶流道（35）的外圆均位于相同的圆柱面上；

蜗壳出口内环连接螺孔（14）与首级导叶体（2）的首级导叶体内环后连接孔（19）位于相同的圆柱面上；

蜗壳出口外环连接螺孔（15）与首级导叶体（2）的首级导叶体外环连接孔（17）、首级涡轮护罩（3）的首级涡轮护罩连接孔（21）、二级导叶体（4）的二级导叶体连接孔（28）、二级涡轮密封环（5）的二级涡轮密封环连接孔（38）位于相同的圆柱面上。

3.根据权利要求1所述的微型双级涡泵水力推流器，其特征在于：

首级导叶体（2）的横截面为一圆盘形结构；首级导叶体（2）为一中空结构；

首级导叶体（2）包括同轴线设置的第一导叶圆柱体、第二导叶圆柱体和第三导叶圆柱体；第一导叶圆柱体、第二导叶圆柱体和第三导叶圆柱体由内向外依次连接；第一导叶圆柱体上开设首级导叶体内环前连接端（20）、首级导叶体内环后连接孔（19）；第二导叶圆柱体上开设首级导叶体流道（18），第三导叶圆柱体上开设首级导叶体外环连接孔（17）；

首级导叶体流道（18）为一圆环形柱状流道，其内部为导叶栅。

4.根据权利要求1所述的微型双级涡泵水力推流器，其特征在于：首级涡轮护罩（3）为一圆环柱状体结构；首级涡轮护罩（3）与首级导叶体（2）、二级导叶体（4）三者围成首级涡轮（9）的涡轮室。

5.根据权利要求1所述的微型双级涡泵水力推流器，其特征在于：首级涡轮（9）为一中空结构，包括第一涡轮圆柱体和第二涡轮圆柱体；第一涡轮圆柱体和第二涡轮圆柱体的轴心线重合；第一涡轮圆柱体固定在第二涡轮圆柱体的外边缘；第一涡轮圆柱体上开设首级涡轮桨叶流道（32），第二涡轮圆柱体上开设首级涡轮连接螺孔（33）；

首级涡轮桨叶流道（32）内的桨叶栅沿圆周均匀分布。

6.根据权利要求1所述的微型双级涡泵水力推流器，其特征在于：二级导叶体（4）为一中空结构，包括同轴设置的第四导叶圆柱体和第五导叶圆柱体；第五导叶圆柱体固定在第四导叶圆柱体的外边缘；第四导叶圆柱体上开设二级导叶体导叶流道（29）；第五导叶圆柱体上开设二级导叶体连接孔（28）；

二级导叶体导叶流道（29）内的导叶栅包括沿圆周均匀分布的多个导叶。

7.根据权利要求1所述的微型双级涡泵水力推流器，其特征在于：二级涡轮（7）为一中空结构，包括第三涡轮圆柱体和第四涡轮圆柱体；

第三涡轮圆柱体和第四涡轮圆柱体的轴心线重合；第四涡轮圆柱体固定在第三涡轮圆柱体的外边缘；第四涡轮圆柱体上的外边缘固定二级涡轮外环（34）；第四涡轮圆柱体上开设二级涡轮桨叶流道（35）；二级涡轮桨叶流道（35）内的桨叶栅沿圆周均匀分布；

第三涡轮圆柱体上开设二级涡轮连接孔（36）。

8.根据权利要求1所述的微型双级涡泵水力推流器，其特征在于：螺旋桨（6）包括一螺旋桨叶栅（44），螺旋桨叶栅（44）焊接在螺旋桨基座（37）上；螺旋桨叶栅包括三个沿圆周均匀分布的三维扭曲的桨叶。

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