CN113153821A - 一种基于液压传动的流量自适应导叶调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水泵技术领域，公开了一种基于液压传动的流量自适应导叶调节装置。主要包括文丘里管，液压缸，凸轮机构，液压管，配合泵及活动导叶调节机构使用。文丘里管安装在泵出口，在文丘里管进口段和喉部分别取压，通过液压管连接至液压缸的两侧。液压缸内部包括双杆活塞和弹簧，弹簧安装在活塞杆上。活塞杆外部与形封闭型移动凸轮机构连接，凸轮机构的从动件与活动导叶调节机构连接。由于流量的变化会引起活塞两侧的压力变化，从而引起弹簧的伸长变化，并带动凸轮机构移动，再通过从动件使活动导叶调节机构动作，实现导叶的角度随着泵流量自动调节，降低非设计工况的冲击损失，扩宽泵的高效区，达到增效节能的目的。

Description

一种基于液压传动的流量自适应导叶调节装置
技术领域
本发明属于水泵技术领域，特别涉及一种基于液压传动的流量自适应导叶调节装置。
背景技术
泵作为一种通用机械，广泛应用于国民经济的各个领域。据统计，泵的耗电量约占全国总发电量的20％。叶片泵包括离心泵、混流泵和轴流泵等，更是由于流量扬程范围广，流量均匀，结构简单、操作容易等诸多优点，是应用最广泛的泵。因此，提高叶片泵的效率，降低能耗，节能减排，具有重要意义。
在实际工程中，运行工况复杂多变，叶片泵偏离设计工况，叶轮和导叶的叶片进口安放角与来流液流角的不一致，增加了冲击损失，破坏了流动稳定性，降低了运行效率。
为提高非设计工况效率，拓宽泵的高效区，通常采用的方法是在叶轮进口前或叶轮出口后安装活动导叶，通过调节活动导叶的角度减小液流角与叶片安放角不一致引起的湍流损耗，降低水力损失来提高泵效率及稳定性。但活动导叶开度的调整有的依赖经验进行人工调节，调节工作量大，自动化程度低，难以根据运行工况变化实时调节。有的采用流量监测单元、单片机控制单元、步进电机及角度传感器等模块实现了根据流量实时调节使不同流量下导叶处于最优开度，提高泵的运行效率，但技术路线复杂，辅助设备繁多，成本高，可靠性低。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中不带活动导叶的泵非设计工况效率低，带活动导叶的泵自动调节装置复杂，可靠性低的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于液压传动的流量自适应导叶调节装置，包括：文丘里管，液压缸，液压管；
所述文丘里管包括：进口段，收缩段，喉部，扩散段；所述进口段和喉部分别设置有进口段接口和喉部接口；
所述液压缸包括：缸体，活塞，活塞杆，弹簧；所述活塞杆与活塞装配为一体；所述活塞安装在缸体内，所述活塞杆的两端穿过缸体两端，伸出到缸体外部，所述活塞及活塞杆可沿缸体轴线做直线往复运动；所述缸体两侧还设置有液压缸第一接口和液压缸第二接口，所述液压缸第一接口和液压缸第二接口内部分别与液压缸第一腔体和液压缸第二腔体连通，所述液压缸第一接口和液压缸第二接口外部通过所述液压管分别与所述进口段接口和喉部接口连通；所述弹簧安装在活塞杆上；流量变化会引起进口段接口和喉部接口之间的压差发生变化，所述压差传递到活塞两侧，引起所述活塞及活塞杆沿所述缸体轴线运动，改变弹簧的伸缩量，使所述活塞及活塞杆达到新的平衡位置。
进一步的，本发明所述的基于液压传动的流量自适应导叶调节装置还包括泵和活动导叶调节机构；所述泵包括叶轮，泵体，轴；所述文丘里管安装在泵的出口，所述液压缸相对于泵位置固定，所述活动导叶调节机构安装在泵上；所述活塞杆与活动导叶调节机构连接，所述活塞杆的运动可通过所述活动导叶调节机构传递到活动导叶，实现对活动导叶开度的调节。
进一步的，本发明所述的基于液压传动的流量自适应导叶调节装置还包括凸轮机构，所述凸轮机构包括凸轮，从动件，机架；所述凸轮与活塞杆连接；所述凸轮为形封闭型移动凸轮，上面设置有凹槽；所述从动件安置在机架内，所述机架限制从动件的运动，使从动件只能沿一个方向做直线往复运动，所述从动件端部安装有滚子，滚子安置在所述凸轮凹槽内；所述活塞杆运动会带动凸轮运动，并引起从动件沿机架限制的方向做直线往复运动。
进一步的，本发明所述的基于液压传动的流量自适应导叶调节装置还包括泵和活动导叶调节机构；所述泵包括叶轮，泵体，轴；所述文丘里管安装在泵的出口，所述液压缸相对于泵位置固定，所述活动导叶调节机构安装在泵上；所述凸轮机构从动件与活动导叶调节机构连接，从动件的运动可通过活动导叶调节机构传递到活动导叶，实现对活动导叶开度的调节。
所述活动导叶安装在泵的叶轮进口之前，和/或安装在泵的叶轮出口之后。
进一步的，所述进口段接口的取压口设置在进口段的壁面，所述取压口垂直于流动方向，以获得进口段的静压。
进一步的，所述进口段接口的取压口通过弯管伸入进口段中心，所述取压口正对来流方向，以获得所述进口段的总压。
进一步的，所述根据流量自动调节泵活动导叶的装置是一套或多套。
进一步的，所述泵为离心泵、混流泵或轴流泵。
本发明的工作原理：
流量变化时，文丘里管进口段和喉部压差发生变化，通过液压管将该压力分别传递至液压缸活塞两侧，使活塞所受液压力变化，通过弹簧来平衡活塞液压力，导致活塞位置发生变化。再通过活塞杆、凸轮机构与导叶调节机构使导叶转动，实现对导叶开度的自动调节，使导叶开度调节具有流量自适应特性。
本发明的有益效果是：
(1)本发明可以根据泵的流量，自动调节导叶的开度。当导叶位于叶轮进口之前时，通过调节导叶的角度可以改变来流预旋，减小不同工况叶轮进口冲击损失；当导叶位于叶轮出口之后，通过调节导叶的角度可以减小不同工况导叶进口冲角，降低水力损失。提高泵非设计工况的运行效率，拓宽泵的高效运行范围；
(2)不需要传感器和控制器等模块，结构简单，可靠性高；
(3)利用泵出口的液体压力能作为导叶调节机构的能量，无需额外的动力源，简单高效；
(4)采用液压传动，可将液体压力放大，以获得足够的动力；
(5)采用凸轮机构时，只要适当设计凸轮轮廓，就能使导叶开度调节满足预期的调节规律；
(6)应用广泛，可用于离心泵、混流泵、轴流泵活动导叶的自动调节。
附图说明
图1是本发明基于液压传动的流量自适应导叶调节装置实施例1的立体图；
图2是本发明基于液压传动的流量自适应导叶调节装置实施例1的俯视图；
图3是本发明基于液压传动的流量自适应导叶调节装置实施例1的A-A剖视图；
图4是本发明基于液压传动的流量自适应导叶调节装置实施例1的B-B剖视图；
图5是进口段接口的取压口正对来流方向的示意图；
图6是进口段接口的取压口垂直来流方向的示意图；
图7是形封闭型移动凸轮机构结构示意图；
图8是液压缸结构示意图；
图9是本发明基于液压传动的流量自适应导叶调节装置实施例2的示意图；
图10是本发明基于液压传动的流量自适应导叶调节装置实施例2的局部放大图；
图11是本发明基于液压传动的流量自适应导叶调节装置实施例3的示意图。
图中：1-文丘里管；11-进口段；12-收缩段；13-喉部；14-扩散段；15-进口段接口；16-喉部接口；17-进口段三通；18-喉部三通；2-液压缸；21-活塞杆；23-活塞；24-缸体；25-液压缸第一接口；26-液压缸第二接口；27-液压缸第一腔体；28-液压缸第二腔体；29-弹簧；3-凸轮；31-凸轮凹槽；32-滚子；33-从动件；34-机架；35-推拉杆；4-液压管；5-泵体；6-导叶室；61-导叶轴；62-从动锥齿轮；63-齿条；64-齿轮；65-锥齿轮盘；66-前置导叶；67-齿轮轴；68-主动锥齿轮；7-叶轮；8-轴；9-泵盖；101-控制环；102-连接臂；103-导叶套筒；104-导叶轴；105-导叶。
具体实施方式
以下结合说明书附图以及实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1：
如图1、2所示，本发明基于液压传动的流量自适应导叶调节装置为一套。包括：文丘里管1，液压缸2，液压管4；所述文丘里管1包括：进口段11，收缩段12，喉部13，扩散段14；所述进口段11和所述喉部13分别设置有进口段接口15和喉部接口16；
如图8所示，所述液压缸2包括：缸体24，活塞23，活塞杆21，弹簧29；所述活塞杆21与所述活塞23装配为一体；所述活塞23安装在所述缸体24内，将缸体24内的空间分为液压缸第一腔体27和液压缸第二腔体28；所述活塞杆21的两端穿过所述缸体24两端，伸出到所述缸体24外部，所述活塞23及活塞杆21可沿所述缸体24轴线做直线往复运动；所述缸体24两侧还设置有液压缸第一接口25和液压缸第二接口26，所述液压缸第一接口25和液压缸第二接口26内部分别与液压缸第一腔体27和液压缸第二腔体28连通，所述液压缸第一接口25和液压缸第二接口26外部通过所述液压管4分别与所述进口段接口15和喉部接口16连通；所述弹簧29安装在所述活塞杆21上；流量变化会引所述进口段接口15和喉部接口16之间的压差发生变化，通过液压管4传递到所述活塞23两侧，引起所述活塞23及活塞杆21沿所述缸体24轴线运动，改变所述弹簧29的伸缩量，使所述活塞23及活塞杆21达到新的平衡位置。
如图7所示，本发明还包括凸轮机构，所述凸轮机构包括凸轮3，从动件33，机架34；所述凸轮3与所述活塞杆21连接；所述凸轮3为形封闭型移动凸轮，上面设置有凹槽31；所述从动件33安置在所述机架34内，所述机架34限制所述从动件33的运动，使所述从动件33只能沿一个方向做直线往复运动，所述从动件33端部安装有滚子32，所述滚子32安置在所述凸轮凹槽31内；所述活塞杆21运动会带动所述凸轮3运动，并引起所述从动件33沿所述机架34限制的方向做直线往复运动。
本发明还包括泵和活动导叶调节机构；所述泵为离心泵，包括叶轮7，泵体5，轴8，泵盖9；所述文丘里管1安装在所述泵的出口，所述液压缸2相对于所述泵位置固定；所述活动导叶调节机构安装在所述叶轮7进口之前，主要由齿条63、齿轮64、齿轮轴67、主动锥齿轮68、锥齿轮盘65、从动锥齿轮62、导叶轴61、前置导叶66及导叶室6组成，前置导叶66数量为6片；凸轮机构从动件33与齿条63连接，齿条63与齿轮64啮合通过齿轮轴67带动主动锥齿轮68及前置导叶66转动，主动锥齿轮68与锥齿轮盘65啮合，带动锥齿轮盘65转动，锥齿轮盘65与从动锥齿轮62啮合，带动从动锥齿轮62转动，并通过导叶轴61带动其余前置导叶66同步转动，实现对所述前置导叶66开度的调节。
如图5所示，所述进口段接口15的取压口通过弯管伸入所述进口段11中心，正对来流方向，以获得所述进口段11的总压。
实施例2：
如图9所示，本发明基于液压传动的流量自适应导叶调节装置为两套同时使用。包括：文丘里管1，液压缸2，液压管4；所述文丘里管1包括：进口段11，收缩段12，喉部13，扩散段14；所述进口段11和所述喉部13分别设置有进口段接口15和喉部接口16；在所述进口段接口15和喉部接口16外部分别安装进口段三通17和喉部三通18；如图8所示，所述液压缸2包括：缸体24，活塞23，活塞杆21，弹簧29；所述活塞杆21与所述活塞23装配为一体；所述活塞23安装在所述缸体24内，将缸体24内的空间分为液压缸第一腔体27和液压缸第二腔体28；所述活塞杆21的两端穿过所述缸体24两端，伸出到所述缸体24外部，所述活塞23及活塞杆21可沿所述缸体24轴线做直线往复运动；所述缸体24两侧还设置有液压缸第一接口25和液压缸第二接口26，所述液压缸第一接口25和液压缸第二接口26内部分别与液压缸第一腔体27和液压缸第二腔体28连通，所述液压缸第一接口25和液压缸第二接口26外部通过所述液压管4分别与所述进口段三通17和喉部三通18连通；所述弹簧29安装在所述活塞杆21上；流量变化会引起所述进口段三通17和喉部三通18之间的压差发生变化，通过液压管4传递到所述活塞23两侧，引起所述活塞23及活塞杆21沿所述缸体24轴线运动，改变所述弹簧29的伸缩量，使所述活塞23及活塞杆21达到新的平衡位置。
如图7所示，本发明还包括凸轮机构，所述凸轮机构包括凸轮3，从动件33，机架34；所述凸轮3与所述活塞杆21连接；所述凸轮3为形封闭型移动凸轮，上面设置有凹槽31；所述从动件33安置在所述机架34内，所述机架34限制所述从动件33的运动，使所述从动件33只能沿一个方向做直线往复运动，所述从动件33端部安装有滚子32，所述滚子32安置在所述凸轮凹槽31内；所述活塞杆21运动会带动所述凸轮3运动，并引起所述从动件33沿所述机架34限制的方向做往复运动。
本发明还包括泵和活动导叶调节机构；所述泵为离心泵，包括叶轮7，泵体5，轴8，泵盖9；所述文丘里管1安装在所述泵的出口，所述液压缸2相对于所述泵位置固定；所述活动导叶调节机构安装在所述叶轮7出口之后，主要由推拉杆35、控制环101、连接臂102、导叶套筒103、导叶轴104及导叶105组成，导叶数量为15片；推拉杆35一端与凸轮机构从动件33铰接，另一端与控制环101铰接；连接臂102一端与控制环101铰接，另一端与导叶套筒103铰接；导叶套筒103与导叶轴104、导叶105固定连接，可绕导叶轴104转动；当凸轮机构从动件33运动时，会带动推拉杆35运动，引起控制环101转动，通过连接臂102带动导叶套筒103及导叶轴104转动，从而使所有导叶105绕导叶轴104同步转动，实现对所述导叶105开度的调节。
如图5所示，所述进口段接口15的取压口通过弯管伸入所述进口段11中心，正对来流方向，以获得所述进口段11的总压。
实施例3：
如图11所示，本发明基于液压传动的流量自适应导叶调节装置为一套。包括：文丘里管1，液压缸2，液压管4；所述文丘里管1包括：进口段11，收缩段12，喉部13，扩散段14；所述进口段11和所述喉部13分别设置有进口段接口15和喉部接口16；如图8所示，所述液压缸2包括：缸体24，活塞23，活塞杆21，弹簧29；所述活塞杆21与所述活塞23装配为一体；所述活塞23安装在所述缸体24内，将缸体24内的空间分为液压缸第一腔体27和液压缸第二腔体28；所述活塞杆21的两端穿过所述缸体24两端，伸出到所述缸体24外部，所述活塞23及活塞杆21可沿所述缸体24轴线做直线往复运动；所述缸体24两侧还设置有液压缸第一接口25和液压缸第二接口26，所述液压缸第一接口25和液压缸第二接口26内部分别与所述液压缸第一腔体27和液压缸第二腔体28连通，所述液压缸第一接口25和液压缸第二接口26外部通过所述液压管4分别与所述进口段接口15和喉部接口16连通；所述弹簧29安装在所述活塞杆21上；流量变化会引起所述进口段接口15和喉部接口16之间的压差发生变化，所述压差通过液压管4传递到所述活塞23两侧，引起所述活塞23及活塞杆21沿所述缸体24轴线运动，改变所述弹簧29的伸缩量，使所述活塞23及活塞杆21达到新的平衡位置。
本发明还包括泵和活动导叶调节机构；所述泵为离心泵，包括叶轮7，泵体5，轴8，泵盖9；所述文丘里管1安装在所述泵的出口，所述液压缸2相对于所述泵位置固定；所述活动导叶调节机构安装在所述叶轮7进口之前，主要由齿条63、齿轮64、齿轮轴67、主动锥齿轮68、锥齿轮盘65、从动锥齿轮62、导叶轴61、前置导叶66及导叶室6组成，前置导叶66数量为6片；活塞杆21与齿条63连接，齿条63与齿轮64啮合通过齿轮轴67带动主动锥齿轮68及前置导叶66转动，主动锥齿轮68与锥齿轮盘65啮合，带动锥齿轮盘65转动，锥齿轮盘65与从动锥齿轮62啮合，带动从动锥齿轮62转动，并通过导叶轴61带动其余前置导叶66同步转动，实现对所述前置导叶66开度的调节。
如图6所示，所述进口段接口15的取压口设置在所述进口段11的壁面，垂直于来流方向，以获得所述进口段11的静压。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于液压传动的流量自适应导叶调节装置，包括：文丘里管(1)，液压缸(2)，液压管(4)，其特征在于：
所述文丘里管(1)包括：进口段(11)，收缩段(12)，喉部(13)，扩散段(14)；所述进口段(11)和喉部(13)分别设置有进口段接口(15)和喉部接口(16)；
所述液压缸(2)包括：缸体(24)，活塞(23)，活塞杆(21)，弹簧(29)；所述活塞杆(21)与活塞(23)装配为一体；所述活塞(23)安装在缸体(24)内，所述活塞杆(21)的两端穿过缸体(24)两端，伸出到缸体(24)外部，所述活塞(23)及活塞杆(21)可沿缸体(24)轴线做直线往复运动；所述缸体(24)两侧还设置有液压缸第一接口(25)和液压缸第二接口(26)，所述液压缸第一接口(25)和液压缸第二接口(26)内部分别与液压缸第一腔体(27)和液压缸第二腔体(28)连通，所述液压缸第一接口(25)和液压缸第二接口(26)外部通过所述液压管(4)分别与所述进口段接口(15)和喉部接口(16)连通；所述弹簧(29)安装在活塞杆(21)上；流量变化会引起进口段接口(15)和喉部接口(16)之间的压差发生变化，所述压差传递到活塞(23)两侧，引起所述活塞(23)及活塞杆(21)沿所述缸体(24)轴线运动，改变弹簧(29)的伸缩量，使所述活塞(23)及活塞杆(21)到达新的平衡位置。
2.根据权利要求1所述的基于液压传动的流量自适应导叶调节装置，其特征在于：还包括泵和活动导叶调节机构；所述泵包括叶轮(7)，泵体(5)，轴(8)；所述文丘里管(1)安装在泵的出口，所述液压缸(2)相对于泵位置固定，所述活动导叶调节机构安装在泵上；所述活塞杆(21)与活动导叶调节机构连接，所述活塞杆(21)的运动可通过所述活动导叶调节机构传递到活动导叶，实现对活动导叶开度的调节。
3.根据权利要求1所述的基于液压传动的流量自适应导叶调节装置，其特征在于：还包括凸轮机构，所述凸轮机构包括凸轮(3)，从动件(33)，机架(34)；所述凸轮(3)与活塞杆(21)连接；所述凸轮(3)为形封闭型移动凸轮，上面设置有凹槽(31)；所述从动件(33)安置在机架(34)内，所述机架(34)限制从动件(33)的运动，使从动件(33)只能沿一个方向做直线往复运动，所述从动件(33)端部安装有滚子(32)，滚子(32)安置在所述凸轮凹槽(31)内；所述活塞杆(21)的运动会带动凸轮(3)运动，并引起从动件(33)沿机架(34)限制的方向做直线往复运动。
4.根据权利要求3所述的基于液压传动的流量自适应导叶调节装置，其特征在于：还包括泵和活动导叶调节机构；所述泵包括叶轮(7)，泵体(5)，轴(8)；所述文丘里管(1)安装在泵的出口，所述液压缸(2)相对于泵位置固定，所述活动导叶调节机构安装在泵上；所述凸轮机构从动件(33)与活动导叶调节机构连接，从动件(33)的运动可通过活动导叶调节机构传递到活动导叶，实现对活动导叶开度的调节。
5.根据权利要求2或4所述的基于液压传动的流量自适应导叶调节装置，其特征在于：所述活动导叶安装在泵的叶轮进口之前，和/或安装在泵的叶轮出口之后。
6.根据权利要求1所述的基于液压传动的流量自适应导叶调节装置，其特征在于：所述进口段接口(15)的取压口设置在进口段(11)的壁面，所述取压口垂直于流动方向，以获得进口段(11)的静压。
7.根据权利要求1所述的基于液压传动的流量自适应导叶调节装置，其特征在于：所述进口段接口(15)的取压口通过弯管伸入进口段(11)中心，所述取压口正对来流方向，以获得进口段(11)的总压。
8.根据权利要求1或3所述的基于液压传动的流量自适应导叶调节装置，其特征在于：所述基于液压传动的流量自适应导叶调节装置是一套或多套。
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