CN112855563B - 一种新型对转泵结构及其工作模式 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种新型对转泵结构,通过对对转泵结构进行设计,原理是混流式叶轮和轴流式叶轮进行匹配,两个叶轮可以通过电机控制,实现单叶轮旋转和双叶轮对转,以及叶轮转子的无级变速,从而使对转泵可以实现特殊的离心泵工况、混流泵工况、轴流泵工况和水轮机工况。该对转泵主要分三种工况:工况一,混流式叶轮和轴流式叶轮对转;工况二,混流式叶轮旋转做功,轴流式叶轮静止;工况三,轴流式叶轮旋转做功,混流式叶轮静止。其中工况三可实现两种运行模式:正流模式,和逆流模式。
Description
技术领域
本发明属于泵的设计领域,主要是用于对旋转子的泵结构设计。
背景技术
对转泵是配备了对旋转子的水泵。关于对旋转子的研究最早出现在空气动力学领域。目前大量学者针对对旋转子在空气动力学、空气声学等各个领域的应用进行了研究,并取得了丰硕的成果。在气动领域,对转式转子组合已被应用于涡喷、涡扇、桨扇发动机中。在水动力领域,对旋转子主要应用在螺旋桨、水轮机、轴流泵以及部分混流泵中,由于工作介质是不可压缩的水,其转速也相对较低,故其设计中考虑的因素、关注的重点与空气动力学中大有不同,更侧重于推进性能和空化性能。发明专利ZL01109653.5公开了一种双驱动对旋轴流泵,拓宽了轴流泵的范围,能部分替代混流泵,该结构使用两端双驱动设计,在安装使用上不够方便,同时进口容易造成较大的水力损失;发明专利201710190776.8公开了一种对旋混流泵结构,解决舰船喷水推进装置领域用泵体积大、高效区窄、运行不稳定、易空化等问题。但是这两种对转泵结构的运行工况比转速都在特定的范围。本发明提出一种新型的对转泵结构,将混流式叶轮和轴流式叶轮进行匹配。
经检索,采用混流式叶轮与轴流式叶轮的对旋结构没有相关报道。
发明内容
本发明的目的是为了提高叶轮转子的能量密度,扩宽泵的高效区,实现泵的多流量工况和水轮机工况等,提出一种新型的对转泵结构。本发明通过对对转泵结构进行设计,原理是混流式叶轮和轴流式叶轮进行匹配,两个叶轮可以通过电机控制,实现单叶轮旋转和双叶轮对转,以及叶轮转子的无级变速,从而使对转泵可以实现特殊的离心泵工况、混流泵工况、轴流泵工况和水轮机工况,扩宽泵的高效区和复杂工况适应性。
本发明是一种新型对转泵结构,包括混流式叶轮、轴流式叶轮、空间导叶、扬水管、空心外轴、实心内轴、推力轴承、进水管、锁紧螺母、轴承支架、滑动轴承、外轴锥齿轮、内轴锥齿轮、锥齿轮支架、上锥齿轮、联轴器、电机、出水管;
水力部分:混流式叶轮位于进水口处且安装于实心内轴的一端,轴流式叶轮位于空间导叶内部且安装于空心外轴上;实心内轴贯穿在空心外轴内部,轴流式叶轮与空间导叶的子午截面流道相通且平滑过渡,空间导叶内置导叶片;
传动部分:电机通过上锥齿轮带动外轴锥齿轮和内轴锥齿轮的旋转,其中外轴锥齿轮和内轴锥齿轮的旋转方向相反,外轴锥齿轮和内轴锥齿轮通过锥齿轮支架进行径向约束;实心内轴贯穿在空心外轴内部,实心内轴与内轴锥齿轮固定连接,在内轴锥齿轮带动实心内轴的同步旋转,空心外轴与外轴锥齿轮固定连接,外轴锥齿轮带动空心外轴的同步旋转。
进一步地,实心内轴与混流式叶轮通过锁紧螺母和销进行固定连接,实心内轴带动混流式叶轮的同步旋转,空心外轴与轴流式叶轮通过销进行固定连接,空心外轴带动轴流式叶轮的同步旋转。
所述对转泵结构,轴流式叶轮的叶片数少于空间导叶导叶片,轴流式叶轮的叶片与空间导叶的流道外壁之间有叶顶间隙。
所述对转泵结构,在进水管内设有轴承支架,滑动轴承装嵌在轴承支架内部,轴承支架和滑动轴承的组合实现承载实心内轴的径向力,并对实心内轴进行径向约束,锁紧螺母在轴承支架和混流式叶轮中间,安装在实心内轴上对混流式叶轮进行轴向约束,混流式叶轮和轴流式叶轮旋转方向相反,推力轴承安装在混流式叶轮和轴流式叶轮中间,对混流式叶轮和轴流式叶轮进行轴向约束,并减小对转叶轮的旋转摩擦阻力。
所述对转泵结构,电机为变频电机,可实现无级变速,实现对混流式叶轮和轴流式叶轮的转速调节和转向调节,混流式叶轮和轴流式叶轮的叶片旋向相反,轴流式叶轮与空间导叶的叶片旋向相反。
所述对转泵结构的工作模式,其工作主要分三种工况:
工况一,上锥齿轮与外轴锥齿轮闭合,上锥齿轮与内轴锥齿轮闭合,混流式叶轮和轴流式叶轮对转;
工况二,上锥齿轮与内轴锥齿轮闭合,上锥齿轮与外轴锥齿轮分离,混流式叶轮旋转做功,轴流式叶轮静止;
工况三,上锥齿轮与外轴锥齿轮闭合,上锥齿轮与内轴锥齿轮分离,轴流式叶轮旋转做功,混流式叶轮静止;外轴锥齿轮轴向移动实现与上锥齿轮的闭合和分离,内轴锥齿轮的轴向移动实现与上锥齿轮的闭合和分离。
其中,工况三可实现两种运行模式:
S1:正流模式,水流从进水管进,从出水管流出工况下,轴流式叶轮正转,混流式叶轮静止;
S2:逆流模式,水流从出水管进,从进水管流出工况下,轴流式叶轮反转,混流式叶轮静止。
本发明的有益效果如下:
通过对转泵结构的全新设计,混流式叶轮和轴流式叶轮进行匹配,对转泵可以实现特殊的离心泵工况、混流泵工况、轴流泵工况和水轮机工况。
附图说明
图1为本发明的对转泵结构的剖面示意图;
图2为本发明的对转泵结构传动机构的局部放大图;
图3为本发明的对转泵结构转子部件局部放大图;
附图标记说明:
1.混流式叶轮,2.轴流式叶轮,3.空间导叶,4.扬水管,5.空心外轴,6.实心内轴,7.推力轴承,8.进水管,9.锁紧螺母,10.轴承支架,11.滑动轴承,12.外轴锥齿轮,13.内轴锥齿轮,14.锥齿轮支架,15.上锥齿轮,16.联轴器,17.电机,8.出水管。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
图1为本发明对转泵结构的主要原理示意图。图2和图3为本发明的对转泵结构的局部放大原理示意图。
结合图1、图2、图3对转泵的结构连接方式进行说明。电机17通过上锥齿轮15带动外轴锥齿轮12和内轴锥齿轮13的旋转,其中外轴锥齿轮12和内轴锥齿轮13的旋转方向相反,外轴锥齿轮12和内轴锥齿轮13通过锥齿轮支架14进行径向约束;实心内轴6贯穿在空心外轴5内部,实心内轴6与内轴锥齿轮13固定连接,在内轴锥齿轮13带动实心内轴6的同步旋转,空心外轴5与外轴锥齿轮12固定连接,外轴锥齿轮12带动空心外轴)的同步旋转;实心内轴6与混流式叶轮1通过锁紧螺母和销进行固定连接,实心内轴6带动混流式叶轮1的同步旋转,空心外轴5与轴流式叶轮2通过销进行固定连接,空心外轴5带动轴流式叶轮2的同步旋转。在进水管8内设有轴承支架10,滑动轴承11装嵌在轴承支架10内部,轴承支架10和滑动轴承11的组合实现承载实心内轴6的径向力,并对实心内轴6进行径向约束,锁紧螺母9在轴承支架10和混流式叶轮1中间,安装在实心内轴6上对混流式叶轮(1)进行轴向约束,混流式叶轮1和轴流式叶轮2旋转方向相反,推力轴承7安装在混流式叶轮1和轴流式叶轮2中间,对混流式叶轮1和轴流式叶轮2进行轴向约束,并减小对转叶轮的旋转摩擦阻力。该对转泵其工作分三种工况:
工况一,上锥齿轮15与外轴锥齿轮1)闭合,上锥齿轮15与内轴锥齿轮13闭合,混流式叶轮1和轴流式叶轮2对转;
工况二,上锥齿轮15与内轴锥齿轮13闭合,上锥齿轮15与外轴锥齿轮12分离,混流式叶轮1旋转做功,轴流式叶轮2静止;
工况三,上锥齿轮15与外轴锥齿轮12闭合,上锥齿轮15与内轴锥齿轮13分离,轴流式叶轮2旋转做功,混流式叶轮1静止;外轴锥齿轮12轴向移动实现与上锥齿轮15的闭合和分离,内轴锥齿轮13的轴向移动实现与上锥齿轮15的闭合和分离。
其中,工况三可实现两种运行模式:正流模式,水流从进水管8进,从出水管18流出工况下,轴流式叶轮2正转,混流式叶轮1静止;逆流模式,水流从出水管18进,从进水管8流出工况下,轴流式叶轮2反转,混流式叶轮1静止。
Claims (4)
1.一种新型对转泵结构,其特征在于,所述的对转泵包括混流式叶轮(1)、轴流式叶轮(2)、空间导叶(3)、扬水管(4)、空心外轴(5)、实心内轴(6)、推力轴承(7)、进水管(8)、锁紧螺母(9)、轴承支架(10)、滑动轴承(11)、外轴锥齿轮(12)、内轴锥齿轮(13)、锥齿轮支架(14)、上锥齿轮(15)、联轴器(16)、电机(17)、出水管(18);
水力部分:混流式叶轮(1)位于进水口处且安装于实心内轴(6)的一端,轴流式叶轮(2)位于空间导叶(3)内部且安装于空心外轴(5)上;实心内轴(6)贯穿在空心外轴(5)内部,轴流式叶轮(2)与空间导叶(3)的子午截面流道相通且平滑过渡,空间导叶(3)内置导叶片;
传动部分:电机(17)通过上锥齿轮(15)带动外轴锥齿轮(12)和内轴锥齿轮(13)的旋转,其中外轴锥齿轮(12)和内轴锥齿轮(13)的旋转方向相反,外轴锥齿轮(12)和内轴锥齿轮(13)通过锥齿轮支架(14)进行径向约束;实心内轴(6)与内轴锥齿轮(13)固定连接,在内轴锥齿轮(13)带动实心内轴(6)的同步旋转,空心外轴(5)与外轴锥齿轮(12)固定连接,外轴锥齿轮(12)带动空心外轴(5)的同步旋转;
实心内轴(6)与混流式叶轮(1)通过锁紧螺母和销进行固定连接,实心内轴(6)带动混流式叶轮(1)的同步旋转;空心外轴(5)与轴流式叶轮(2)通过销进行固定连接,空心外轴(5)带动轴流式叶轮(2)的同步旋转;
轴流式叶轮(2)的叶片数少于空间导叶(3)导叶片,轴流式叶轮(2)的叶片与空间导叶(3)的流道外壁之间有叶顶间隙;
在进水管(8)内设有轴承支架(10),滑动轴承(11)装嵌在轴承支架(10)内部,轴承支架(10)和滑动轴承(11)的组合实现承载实心内轴(6)的径向力,并对实心内轴(6)进行径向约束,锁紧螺母(9)在轴承支架(10)和混流式叶轮(1)中间,安装在实心内轴(6)上对混流式叶轮(1)进行轴向约束,混流式叶轮(1)和轴流式叶轮(2)旋转方向相反,推力轴承(7)安装在混流式叶轮(1)和轴流式叶轮(2)中间,对混流式叶轮(1)和轴流式叶轮(2)进行轴向约束,并减小对转叶轮的旋转摩擦阻力。
2.如权利要求1所述的对转泵结构,其特征在于:电机(17)为变频电机,实现对混流式叶轮(1)和轴流式叶轮(2)的转速调节和转向调节,混流式叶轮(1)和轴流式叶轮(2)的叶片旋向相反,轴流式叶轮(2)与空间导叶(3)的叶片旋向相反。
3.如权利要求1~2任一项所述的对转泵结构的工作模式,其特征在于:其工作分三种工况:
工况一,上锥齿轮(15)与外轴锥齿轮(12)闭合,上锥齿轮(15)与内轴锥齿轮(13)闭合,混流式叶轮(1)和轴流式叶轮(2)对转;
工况二,上锥齿轮(15)与内轴锥齿轮(13)闭合,上锥齿轮(15)与外轴锥齿轮(12)分离,混流式叶轮(1)旋转做功,轴流式叶轮(2)静止;
工况三,上锥齿轮(15)与外轴锥齿轮(12)闭合,上锥齿轮(15)与内轴锥齿轮(13)分离,轴流式叶轮(2)旋转做功,混流式叶轮(1)静止;外轴锥齿轮(12)轴向移动实现与上锥齿轮(15)的闭合和分离,内轴锥齿轮(13)的轴向移动实现与上锥齿轮(15)的闭合和分离。
4.如权利要求3所述的对转泵结构的工作模式,其特征在于:工况三可实现两种运行模式:
S1:正流模式,水流从进水管(8)进,从出水管(18)流出工况下,轴流式叶轮(2)正转,混流式叶轮(1)静止;
S2:逆流模式,水流从出水管(18)进,从进水管(8)流出工况下,轴流式叶轮(2)反转,混流式叶轮(1)静止。
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