CN113586511A - 三元流高效节能水泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了三元流高效节能水泵，包含水泵本体，水泵本体的内部转动连接有叶轮本体，所述叶轮本体的外表面固定安装有若干个主叶片，若干个所述主叶片之间固定安装有副叶片，所述叶轮本体的外表面设置有若干个槽道，水泵本体包含数据采集模块、数据统计模块、数据分析模块和数据验证模块，数据采集模块包含泵体采集单元和液体采集单元，泵体采集单元用于采集水泵本体的运行信息，液体采集单元用于采集水泵本体输送的水样信息；本发明用于解决现有方案中在泵壳及其它部件都已经定型的情况下，单独的三元流叶轮不能改变整个水泵内部所有的过流部件的水阻力和水损失，使得三元流水泵的运行效果不佳的技术问题。

Description

三元流高效节能水泵

技术领域

本发明涉及水泵技术领域，具体涉及三元流高效节能水泵。

背景技术

三元流技术就是把叶轮内部的三元立体空间无限地分割，通过对叶轮流道内各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮内流动的数学模型。通过这一方法，对叶轮流道的分析可以做得最准确以及反映流体的流场、压力分布也最接近实际。叶轮出口为射流和尾迹（漩涡）的流动特征，在设计计算中得以体现。因此，设计的叶轮也就能更好地满足工况要求，效率显着提高。

但是，现有的方案中将普通水泵的叶轮更换为三元流叶轮，其节能效果不能达到预期，在泵壳及其它部件都已经定型的情况下，单独的三元流叶轮不能改变整个水泵内部所有的过流部件的水阻力和水损失，使得三元流水泵的运行效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供三元流高效节能水泵，解决以下技术问题：如何解决现有方案中在泵壳及其它部件都已经定型的情况下，通过计算和分析来选取最佳的三元流叶轮，使得三元流水泵的运行效果达到最佳。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

三元流高效节能水泵，包含水泵本体，水泵本体的内部转动连接有叶轮本体，所述叶轮本体的外表面固定安装有若干个主叶片，若干个所述主叶片之间固定安装有副叶片，所述叶轮本体的外表面设置有若干个槽道，水泵本体包含数据采集模块、数据统计模块、数据分析模块和数据验证模块，数据采集模块包含泵体采集单元和液体采集单元，泵体采集单元用于采集水泵本体的运行信息，液体采集单元用于采集水泵本体输送的水样信息；数据统计单元用于对水泵本体的运行信息和输送的水样信息分别进行处理统计，得到第一统计集和第二统计集；数据分析模块根据第一统计集和第二统计集进行分析计算，得到分析组合集；数据验证模块根据分析组合集对叶轮本体的运行进行验证。

进一步地，数据统计单元用于对水泵本体的运行信息和输送的水样信息分别进行处理统计的具体步骤包括：

获取水泵本体的运行信息，提取运行信息中的泵体类型数据、压力数据、功率数据和叶轮本体数据并进行处理和统计，将泵体类型数据中的泵体类型标记为BL；设定不同的泵体类型均对应一个不同的泵类关联值，将泵体类型数据中的泵体类型与所有的泵体类型进行匹配获取对应的泵类关联值并标记为BGL；对压力数据中的进水压力和出水压力分别进行取值，将进水压力标记为JY；将出水压力标记为CY；对功率数据中的运行功率进行取值并标记为YG；获取叶轮本体数据中的叶轮直径、槽道宽度、主叶片长度、主叶片宽度和主叶片厚度，对叶轮直径进行取值并标记为YZ；对槽道宽度进行取值并标记为CK；对主叶片长度进行取值并标记为YC；对主叶片宽度进行取值并标记为YK；对主叶片厚度进行取值并标记为YH；将标记的各项数据进行分类组合，得到第一统计集；

获取输送的水样信息，提取水样信息中的水体类型数据、进水数据和出水数据并进行处理和统计；获取水体类型数据中的水体类型并标记为SL；设定不同的水体类型均关联一个不同的水类预设值，将水体类型数据中的水体类型与所有的水体类型进行匹配获取对应的水类预设值并标记为SLY；获取进水数据中的进水量和进水口直径并分别标记为JS和JSZ；获取出水数据中的出水量和出水口直径并分别标记为CS和CSZ；将标记的各项数据进行分类组合，得到第二统计集。

进一步地，数据分析模块根据第一统计集和第二统计集进行分析计算的具体步骤包括：

接收第一统计集和第二统计集并获取标记的各项数据进行归一化处理和取值，利用公式

计算水泵本体运行的限定值，其中，

表示为预设的修正因子，取值为0.493682，a1和a2表示为不同的比例系数且均大于零；

根据水泵本体和叶轮本体利用公式

计算得到叶轮本体的吻合值，其中，

表示为预设的匹配因子，取值为0.7658241，b1、b2、b3表示为不同的比例系数且均大于零；

运行水泵本体并利用公式

计算获取叶轮本体的运迁值；其中，

表示为预设的运行修正因子，取值为0.8568742，g1和g2表示为不同的比例系数且均大于零；

将水泵本体运行时的吻合值WH和运迁值YQ分别与预设的吻合范围和运迁范围进行匹配，若吻合值属于吻合范围且运迁值不属于运迁范围，则生成第一匹配信号；若吻合值不属于吻合范围且运迁值属于运迁范围，则生成第二匹配信号；若吻合值不属于吻合范围且运迁值不属于运迁范围，则生成第三匹配信号；若吻合值属于吻合范围且运迁值属于运迁范围，则生成第四匹配信号；将第一匹配信号、第二匹配信号、第三匹配信号和第一匹配信号组合，得到分析组合集。

进一步地，数据验证模块根据分析组合集进行验证的具体步骤包括：

接收分析组合集并进行分析验证，若分析组合集中包含第一匹配信号，则判定叶轮本体与运行的水泵本体匹配且叶轮本体的运行效率中等，并将该叶轮本体标记为第一测试叶轮；若分析组合集中包含第二匹配信号，则判定叶轮本体与运行的水泵本体不匹配且叶轮本体的运行效率高，并将该叶轮本体标记为第二测试叶轮；若分析组合集中包含第三匹配信号，则判定叶轮本体与运行的水泵本体不匹配且叶轮本体的运行效率低，并将该叶轮本体标记为第三测试叶轮；若分析组合集中包含第四匹配信号，则判定叶轮本体与运行的水泵本体匹配且叶轮本体的运行效率高，并将该叶轮本体标记为第四测试叶轮。

本发明的有益效果：

本发明通过数据采集模块、数据统计模块、数据分析模块和数据验证模块之间的配合使用，通过数据采集模块从泵体和水流液体两方面进行数据采集，为叶轮本体的测试和筛选提供有效的数据支持，通过数据统计单元对采集的各项数据进行处理和统计，使得各项数据标准化，从水泵本体自身的因素和外部因素进行综合分析，可以提高叶轮本体测试的准确性，通过数据分析模块将处理后的各项数据进行联立计算，使得各项数据之间建立联系便于局部和整体分析，通过数据验证模块根据分析组合集对叶轮本体的运行效率进行验证，可以解决现有方案中在泵壳及其它部件都已经定型的情况下，通过获取不同三元流叶轮在三元流水泵的运行效率，通过计算和分析来选取最佳的三元流叶轮，使得三元流水泵的运行效果达到最佳；

设置的若干个所述主叶片之间固定安装有副叶片，副叶片为扭曲状，相邻的主叶片和副叶片相互交错的结构，大大降低了水流脉冲，提高了输送水流的效率。

附图说明

下面为本发明三元流高效节能水泵的立体示意图。

图1为本发明三元流高效节能水泵的模块框图。

图2为本发明中叶轮本体的立体示意图。

图中：1、叶轮本体；2、主叶片；3、副叶片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2所示，本发明为三元流高效节能水泵，包含水泵本体，水泵本体的内部转动连接有叶轮本体1，所述叶轮本体1的外表面固定安装有若干个主叶片2，若干个所述主叶片2之间固定安装有副叶片3，副叶片3为扭曲状，相邻的主叶片2和副叶片3相互交错的结构，大大降低了水流脉冲，使水流更加平稳、效率更高、汽蚀余量更低，所述叶轮本体1的外表面设置有若干个槽道，三元流叶轮槽道的宽度影响槽道内水流的速度，因此水流速度减小可以避免汽蚀或减缓汽蚀现象发生，水泵本体包含数据采集模块、数据统计模块、数据分析模块和数据验证模块，数据采集模块包含泵体采集单元和液体采集单元，泵体采集单元用于采集水泵本体的运行信息，液体采集单元用于采集水泵本体输送的水样信息；

本发明实施例中，设计的叶轮本体1为三元流叶轮，基于现有的不同类型的水泵来适配叶轮本体1，通过测试叶轮本体1来提高不同水泵的运行效率，通过数据采集模块从泵体和水流液体两方面进行数据采集，为叶轮本体1的测试和筛选提供有效的数据支持。

数据统计单元用于对水泵本体的运行信息和输送的水样信息分别进行处理统计，得到第一统计集和第二统计集；具体的步骤包括：

获取水泵本体的运行信息，提取运行信息中的泵体类型数据、压力数据、功率数据和叶轮本体1数据并进行处理和统计，将泵体类型数据中的泵体类型标记为BL；设定不同的泵体类型均对应一个不同的泵类关联值，将泵体类型数据中的泵体类型与所有的泵体类型进行匹配获取对应的泵类关联值并标记为BGL；对压力数据中的进水压力和出水压力分别进行取值，将进水压力标记为JY；将出水压力标记为CY；对功率数据中的运行功率进行取值并标记为YG；获取叶轮本体1数据中的叶轮直径、槽道宽度、主叶片2长度、主叶片2宽度和主叶片2厚度，对叶轮直径进行取值并标记为YZ；三元流叶轮直径减少，而出口宽度增大，可以提高水流输出的效率；对槽道宽度进行取值并标记为CK；对主叶片2长度进行取值并标记为YC；对主叶片2宽度进行取值并标记为YK；对主叶片2厚度进行取值并标记为YH；将标记的各项数据进行分类组合，得到第一统计集；

获取输送的水样信息，提取水样信息中的水体类型数据、进水数据和出水数据并进行处理和统计；获取水体类型数据中的水体类型并标记为SL；设定不同的水体类型均关联一个不同的水类预设值，将水体类型数据中的水体类型与所有的水体类型进行匹配获取对应的水类预设值并标记为SLY；获取进水数据中的进水量和进水口直径并分别标记为JS和JSZ；获取出水数据中的出水量和出水口直径并分别标记为CS和CSZ；将标记的各项数据进行分类组合，得到第二统计集；其中，水体类型用于测试不同的水质对水泵本体运行的影响，水体类型包括但不限于井水、河水和池水，不同水体类型的水体包含不同的杂质。

本发明实施例中，通过数据统计单元对采集的各项数据进行处理和统计，使得各项数据标准化，影响水泵本体运行效率的各项数据之间规范化便于整体分析，从水泵本体自身的因素和外部因素进行综合分析，可以提高叶轮本体1测试的准确性。

数据分析模块根据第一统计集和第二统计集进行分析计算，得到分析组合集；具体的步骤包括：

接收第一统计集和第二统计集并获取标记的各项数据进行归一化处理和取值，利用公式

计算水泵本体运行的限定值，其中，

表示为预设的修正因子，取值为0.493682，a1和a2表示为不同的比例系数且均大于零；

根据水泵本体和叶轮本体1利用公式

计算得到叶轮本体1的吻合值，其中，

表示为预设的匹配因子，取值为0.7658241，b1、b2、b3表示为不同的比例系数且均大于零；

运行水泵本体并利用公式

计算获取叶轮本体1的运迁值；其中，

表示为预设的运行修正因子，取值为0.8568742，g1和g2表示为不同的比例系数且均大于零；

将水泵本体运行时的吻合值WH和运迁值YQ分别与预设的吻合范围和运迁范围进行匹配，若吻合值属于吻合范围且运迁值不属于运迁范围，则生成第一匹配信号；若吻合值不属于吻合范围且运迁值属于运迁范围，则生成第二匹配信号；若吻合值不属于吻合范围且运迁值不属于运迁范围，则生成第三匹配信号；若吻合值属于吻合范围且运迁值属于运迁范围，则生成第四匹配信号；将第一匹配信号、第二匹配信号、第三匹配信号和第一匹配信号组合，得到分析组合集。

本发明实施例中，通过数据分析模块将处理后的各项数据进行联立计算，使得各项数据之间建立联系便于局部和整体分析，其中，通过计算得到水泵本体运行的限定值，可以使得现有的水泵中不能调节的因素进行数字化处理，便于将不同的叶轮本体1与水泵本体进行匹配分析；通过计算得到叶轮本体1的吻合值，该吻合值用于分析叶轮本体1与不同类型的水泵本体是否匹配，基于吻合值来分析匹配度对叶轮本体1运行效率的影响；通过计算得到叶轮本体1的运迁值，基于运迁值来分析叶轮本体1运行效率是否优异，吻合范围和运迁范围基于不同类型的水泵进行预设，并且为叶轮本体1运行效率的分析验证提供数据支持。

数据验证模块根据分析组合集对叶轮本体1的运行进行验证，具体的步骤包括：

接收分析组合集并进行分析验证，若分析组合集中包含第一匹配信号，则判定叶轮本体1与运行的水泵本体匹配且叶轮本体1的运行效率中等，并将该叶轮本体1标记为第一测试叶轮；

若分析组合集中包含第二匹配信号，则判定叶轮本体1与运行的水泵本体不匹配且叶轮本体1的运行效率高，并将该叶轮本体1标记为第二测试叶轮；

若分析组合集中包含第三匹配信号，则判定叶轮本体1与运行的水泵本体不匹配且叶轮本体1的运行效率低，并将该叶轮本体1标记为第三测试叶轮；

若分析组合集中包含第四匹配信号，则判定叶轮本体1与运行的水泵本体匹配且叶轮本体1的运行效率高，并将该叶轮本体1标记为第四测试叶轮；其中，叶轮本体1与运行的水泵本体是否匹配基于空间结构方面分析，叶轮本体1的运行效率高低基于水流输送方面分析。

将第一测试叶轮、第二测试叶轮和第四测试叶轮对应的吻合值和运迁值进行标记，利用公式

计算得到测试叶轮的筛选值SX；d1和d2表示为不同的比例系数，WHk0表示为标记的吻合值，YQk0表示为标记的运迁值，k取值为1,2,3；将筛选值进行降序排列，将排首位的筛选值对应的叶轮设定为选中叶轮。

本发明实施例中，通过数据验证模块根据分析组合集对叶轮本体1的运行效率进行验证，其中，不同的匹配信号对应不同的运行效率，可以使得叶轮本体1在不同类型的水泵中匹配出效率最佳的水泵，从而使得三元流水泵的运行效果达到最佳。

本发明中的公式均是去除量纲取其数值计算，通过采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设比例系数和阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获取。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.三元流高效节能水泵，包含水泵本体，水泵本体的内部转动连接有叶轮本体（1），其特征在于，所述叶轮本体（1）的外表面固定安装有若干个主叶片（2），若干个所述主叶片（2）之间固定安装有副叶片（3），所述叶轮本体（1）的外表面设置有若干个槽道；

水泵本体包含数据采集模块、数据统计模块、数据分析模块和数据验证模块，数据采集模块包含泵体采集单元和液体采集单元，泵体采集单元用于采集水泵本体的运行信息，液体采集单元用于采集水泵本体输送的水样信息；数据统计单元用于对水泵本体的运行信息和输送的水样信息分别进行处理统计，得到第一统计集和第二统计集；数据分析模块根据第一统计集和第二统计集进行分析计算，得到分析组合集；数据验证模块根据分析组合集对叶轮本体（1）的运行进行验证。

2.根据权利要求1所述的三元流高效节能水泵，其特征在于，数据统计单元用于对水泵本体的运行信息和输送的水样信息分别进行处理统计的具体步骤包括：

获取水泵本体的运行信息，提取运行信息中的泵体类型数据、压力数据、功率数据和叶轮本体（1）数据并进行取值和标记，得到第一统计集；

获取输送的水样信息，提取水样信息中的水体类型数据、进水数据和出水数据并进行取值和标记，得到第二统计集。

3.根据权利要求2所述的三元流高效节能水泵，其特征在于，数据分析模块根据第一统计集和第二统计集进行分析计算的具体步骤包括：

接收第一统计集和第二统计集并获取标记的各项数据进行归一化处理和取值，利用公式计算水泵本体运行的限定值；

根据水泵本体和叶轮本体（1），利用公式计算得到叶轮本体（1）的吻合值；

运行水泵本体，利用公式计算获取叶轮本体（1）的运迁值；

将水泵本体运行时的吻合值和运迁值分别与预设的吻合范围和运迁范围进行匹配，得到分析组合集。

4.根据权利要求3所述的三元流高效节能水泵，其特征在于，数据验证模块根据分析组合集进行验证的具体步骤包括：

接收分析组合集并进行分析验证，若分析组合集中包含第一匹配信号，则将第一匹配信号对应的叶轮本体（1）标记为第一测试叶轮；若分析组合集中包含第二匹配信号，则将第二匹配信号对应的叶轮本体（1）标记为第二测试叶轮；若分析组合集中包含第三匹配信号，则将第三匹配信号对应的叶轮本体（1）标记为第三测试叶轮；若分析组合集中包含第四匹配信号，则将第四匹配信号对应的叶轮本体（1）标记为第四测试叶轮。

5.根据权利要求4所述的三元流高效节能水泵，其特征在于，利用公式计算水泵本体运行的限定值，该公式为：

；其中，

表示为预设的修正因子，取值为0.493682，a1和a2表示为不同的比例系数且均大于零，BGL表示为泵体类型对应的泵类关联值，JSZ表示为进水口直径，CSZ表示为出水口直径，YG表示为运行功率。

6.根据权利要求5所述的三元流高效节能水泵，其特征在于，利用公式计算得到叶轮本体（1）的吻合值，该公式为：

；其中，

表示为预设的匹配因子，取值为0.7658241，b1、b2、b3表示为不同的比例系数且均大于零，YZ表示为叶轮本体（1）直径，YC表示为主叶片（2）长度，YK表示为主叶片（2）宽度，YH表示为主叶片（2）厚度，CK表示为槽道宽度。

7.根据权利要求6所述的三元流高效节能水泵，其特征在于，利用公式计算获取叶轮本体（1）的运迁值，该公式为：

；其中，

表示为预设的运行修正因子，取值为0.8568742，g1和g2表示为不同的比例系数且均大于零，JY表示为进水压力，JS表示为进水量，CY表示为出水量，CS表示为出水量。

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