CN114893408A - 一种微水头流速型水轮泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水轮泵技术领域，具体为一种微水头流速型水轮泵，包括渐缩渐扩喉管、增压单元、变速传动件以及泵体单元，渐缩渐扩喉管与增压单元的一侧相连接，变速传动件与增压单元的另一侧相连接，变速传动件与增压单元之间形成有排水通道，且增压单元内的旋转轴经由变速传动件与泵体单元的输出轴相连接，通过渐缩渐扩喉管输送流体至增压单元内并从排水通道输出，供于增压单元内的旋转轴绕自身轴线转动以驱动泵体单元吸水。解决了现有技术中传统地水轮泵在平原地区利用难度较大的问题。

Description

一种微水头流速型水轮泵

技术领域

本发明涉及水轮泵技术领域，具体为一种微水头流速型水轮泵。

背景技术

绝大多数城市都将滨江、滨水地段开发成景观休闲公园。目前滨江公园植被均采用自来水灌溉，探索微水头水流能驱动的绿色汲水灌溉意义重大。

目前水流能的利用大多采用水轮机，但驱动它需较高的流速和较大的落差，而微水头难以启动。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种微水头流速型水轮泵，用以解决现有技术中传统地水轮泵在平原地区利用难度较大的问题。

本发明提供一种微水头流速型水轮泵，包括渐缩渐扩喉管、增压单元、变速传动件以及泵体单元，所述渐缩渐扩喉管与增压单元的一侧相连接，所述变速传动件与增压单元的另一侧相连接，所述变速传动件与增压单元之间形成有排水通道，且所述增压单元内的旋转轴经由变速传动件与泵体单元的输出轴相连接，通过所述渐缩渐扩喉管输送流体至增压单元内并从排水通道输出，供于所述增压单元内的旋转轴绕自身轴线转动以驱动泵体单元吸水。

作为优选，所述渐缩渐扩喉管包括增压流管、与增压流管一端相连接的采集管以及与增压流管另一端相连接的扩口管，所述增压流管的截面呈M状，且所述扩口管和采集管朝增压流管方向的内径呈减缩设置，所述扩口管与增压单元的一侧相连通。

作为优选，所述增压单元包括与扩口管相连通的导流罩、一端与导流罩相连通的增压外壳、与增压外壳另一端相连通的排水管、支撑板、旋转轴、第一增压件以及第二增压件，所述支撑板与排水管固定连接，所述旋转轴的一端与支撑板转动连接，且另一端依次穿过排水管、增压外壳延伸至导流罩内，所述第一增压件设置于导流罩内与旋转轴的另一端相连接，至少两所述第二增压件设置于增压外壳内与旋转轴的中部相连接，所述排水通道形成于支撑板与增压外壳之间且与排水管相连通。

作为优选，所述第一增压件包括收集叶轮和旋涡叶轮，所述收集叶轮与旋转轴的另一端固定连接，所述旋涡叶轮位于收集叶轮的后侧与旋转轴转动连接。

作为优选，所述增压外壳包括前固定板、后固定板、环形外罩以及连接件，所述连接件用于将至少一环形外罩固设于前固定板和后固定板之间，且一所述环形外罩与前固定板和后固定板之间分别形成有加压空腔，两所述第二增压件位于两加压空腔内与旋转轴的中部相连接。

作为优选，所述第二增压件包括叶轮和导叶，所述叶轮通过平键与旋转轴相固定，所述导叶固定套设于叶轮上。

作为优选，所述变速传动件经由连接座与支撑板固定连接，所述变速传动件包括与连接座固定连接的齿圈、行星架、连接轴以及传动轴，所述行星架设置于齿圈内，所述行星架内转动设置有与齿圈相啮合的三个行星齿轮，所述行星架内还设置有与三个行星齿轮相啮合的太阳齿轮，所述连接轴的一端与行星架固定连接，另一端与所述旋转轴固定连接，所述传动轴的一端延伸至行星架内与太阳齿轮固定连接，另一端与泵体单元的输出轴相连接。

作为优选，所述泵体单元包括与齿圈固定连接的底板、一端与底板固定连接的前导叶罩、与前导叶罩另一端固定连接的后导叶罩、输出轴、前导叶、后导叶以及泵叶轮，所述输出轴经由轴承与底板转动连接，且一端与传动轴的另一端固定连接，另一端依次穿设于前导叶罩和后导叶罩内，所述后导叶设置于后导叶罩内与输出轴的另一端转动连接，所述泵叶轮和前导叶设置于前导叶罩与输出轴固定连接，所述前导叶罩侧壁的周向上设置有若干进水孔，所述后导叶罩的一端设置出水孔。

作为优选，所述前导叶罩内设置突出部，所述前导叶罩两端朝向突出部方向的内径呈减缩设置，所述泵叶轮和前导叶分别位于突出部的两侧与输出轴固定连接。

作为优选，所述后导叶罩的截面呈锥台形，且所述后导叶罩朝向出水孔端的内径呈减缩设置。

本发明的有益效果是：本发明提供一种微水头流速型水轮泵，通过将渐缩渐扩喉管与增压单元的一侧相连接，渐缩渐扩喉管可使与增压单元的连接处出现低压区，形成压差使更多的水流进入增压单元，流体的动能与压力能在增压单元内可进行转化，从而驱动增压单元内旋转轴转动，增压单元内的旋转轴经由变速传动件与泵体单元的输出轴相连接，变速传动件便可驱动的泵体单元低流速启动，泵体单元对流体进行增压实现抽水，从而实现绿色水流能就地直接利用，避免了能源消耗和水资源的浪费。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一种微水头流速型水轮泵的结构示意图；

图2是本发明变速传动件的爆炸示意图；

图3是本发明第一增压件和第二增压件与旋转轴的连接示意图；

图4是本发明泵体单元的爆炸示意图；

图5是本发明一种微水头流速型水轮泵的的剖视图；

图6是图5中A的放大示意图；

图7是图5中B的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种新型微水头水轮泵，包括渐缩渐扩喉管1、增压单元2、变速传动件3以及泵体单元4，渐缩渐扩喉管1与增压单元2的一侧相连接，变速传动件3与增压单元2的另一侧相连接，变速传动件3与增压单元2之间形成有排水通道，且增压单元2内的旋转轴经由变速传动件3与泵体单元4的输出轴相连接，通过渐缩渐扩喉管1输送流体至增压单元2内并从排水通道输出，供于增压单元2内的旋转轴绕自身轴线转动以驱动泵体单元4吸水。

更具体地，渐缩渐扩喉管1包括增压流管11、与增压流管11一端相连接的采集管12以及与增压流管11另一端相连接的扩口管13，增压流管11的截面呈 M状，且扩口管13和采集管12朝增压流管11方向的内径呈减缩设置。其中，采集管12和扩口管13与增压流管11均采用焊接相连，增压流管11具有较高速度比和较大轴向力系数，扩口管13段进行长度加长设计，使流出增压流管11 段的水流可以快速分散，使得扩口管13的出水口处形成压差，进一步增大增压流管11段的水流流速。

在本具体实施例中，采集管12入水口的速度在0.5m/s-1.5m/s范围内，扩口管13出水口速度在扩张门角度为35°时达到峰值，速度提升百分率最高，达到306％左右；出水口水流压力也在扩张门角度为35°时达到峰值，增压流管11 入口截面积为0.1385m，当入水水流速度为1.5m/s时，入水流量可得到 0.2078m³/s。

具体地，当渐缩渐扩喉管1入水流量Q为0.188m³，设计提高扬程H为3m，泵体单元4的转速要求1500r/min，则增压单元2带动旋转轴转速需达到 230.77r/min，得比转速：

其中，增压单元2包括与扩口管13相连通的导流罩21、一端与导流罩21 相连通的增压外壳22、与增压外壳22另一端相连通的排水管23、支撑板24、旋转轴25、第一增压件26以及第二增压件27，支撑板24与排水管23固定连接，旋转轴25的一端与支撑板24转动连接，且另一端依次穿过排水管23、增压外壳22延伸至导流罩21内，第一增压件26设置于导流罩21内与旋转轴25 的另一端相连接，至少两第二增压件27设置于增压外壳22内与旋转轴25的中部相连接，排水通道形成于支撑板24与增压外壳22之间且与排水管23相连通。

可以理解的是，对于第一增压件26和第二增压件27来说，其只需要能够在流体流速的作用下，能够驱动旋转轴25绕自身轴线方向转动即可，因此，并不限于某一种特定的结构。

例如，在一种实施例中，第一增压件26包括收集叶轮261和旋涡叶轮262，收集叶轮261与旋转轴25的另一端固定连接，旋涡叶轮262位于收集叶轮261 的后侧与旋转轴25转动连接。增大增压流管11段直径可使导流罩21进水口段出现低压区，形成压差，使更多的水流进入到导流罩21内，提高收集叶轮261 处的水流速度，同时，对导流罩21入水口流速梯度而形成的流量差进行补充。

在一种实施例中，第二增压件27包括叶轮271和导叶272，叶轮271通过平键与旋转轴25相固定，导叶272固定套设于叶轮271上。

需要说明地时，叶轮271为流道式叶轮，导叶272可起引流和稳流作用，流体的动能与压力能在导叶272的出口处进行转换，提高液体压力，增大液体对下一级导叶272的作用力，实现水轮泵低流速启动。因而，导叶272的水力性能是保证下一级叶轮271内部不产生明显的漩涡、二次流或流动分离现象，保证液体在导叶272出口动、压力能之间能够充分的相互转换、能耗损失小，水力效率高，增压单元主要是利用流体速度的大小与压强成反比的原理，利用部件将流体的动能、压力能进行转化。

其中，增压外壳22包括前固定板221、后固定板222、环形外罩223以及连接件224，连接件224用于将至少一环形外罩223固设于前固定板221和后固定板222之间，且一环形外罩223与前固定板221和后固定板222之间分别形成有加压空腔，两第二增压件27位于两加压空腔内与旋转轴25的中部相连接。

在本具体实施例中，环形外罩223的个数为两个时，两环形外罩223之间也形成有一第二增压件27。需要指出的是，对于连接件224来说，其只需要能够将若干环形外罩223固定在前固定板221和后固定板222之间即可，因此，并不限于某一种特定的结构。例如，连接件224可为双头螺纹杆，双头螺纹杆的两端分别穿过前固定板221和后固定板222，再与螺母相螺合固定。

在本具体实施例中，变速传动件3经由连接座28与支撑板24固定连接，变速传动件3为星齿轮结构，其包括与连接座28固定连接的齿圈31、行星架 32、连接轴33以及传动轴34，行星架32设置于齿圈31内，行星架32内转动设置有与齿圈31相啮合的三个行星齿轮35，行星架32内还设置有与三个行星齿轮35相啮合的太阳齿轮36，连接轴33的一端与行星架32固定连接，另一端与旋转轴25固定连接，传动轴34的一端延伸至行星架32内与太阳齿轮36固定连接，另一端与泵体单元4的输出轴44相连接。其中，行星架32包括两安装板以及固设于两安装板之间的三个固定杆，三个行星齿轮35分别与三个固定杆转动连接，且三个行星齿轮35圆形所在点的连线围合形成正三角形。

在本具体实施例中，变速传动件3通过改变传动比以改变转速比，其中，太阳齿轮36的齿数为12，行星齿轮35的齿数为27，齿圈31的齿数为66，模数均为6，压力角均为20，采用转速比为1:6.5的比例提高泵体单元的转速。

其中，泵体单元4包括与齿圈31固定连接的底板41、一端与底板41固定连接的前导叶罩42、与前导叶罩42另一端固定连接的后导叶罩43、输出轴44、前导叶45、后导叶46以及泵叶轮47，输出轴44经由轴承与底板41转动连接，且一端与传动轴34的另一端固定连接，另一端依次穿设于前导叶罩42和后导叶罩43内，后导叶46设置于后导叶罩43内与输出轴44的另一端转动连接，泵叶轮47和前导叶45设置于前导叶罩42与输出轴44固定连接，前导叶罩42 侧壁的周向上设置有若干进水孔421，后导叶罩43的一端设置出水孔431。

在本具体实施例中，前导叶罩42上的进水孔421为圆周等距排列的24个小孔，圆周半径为68mm，小口高20mm，向圆心深度为5.5mm，后导叶罩43上出水孔431的半径15mm，截面积706.86mm²。

在上述方案的基础上，前导叶罩42内设置突出部422，前导叶罩42两端朝向突出部422方向的内径呈减缩设置，泵叶轮47和前导叶45分别位于突出部 422的两侧与输出轴44固定连接。后导叶罩43的截面呈锥台形，且后导叶罩 43朝向出水孔431端的内径呈减缩设置。

需要说明地是，流体从若干进水孔421进入到前导叶罩42内，液体沿着前导叶45的径向流入、轴向流出，液体的动能得到提高，接着液体流入泵叶轮47 从轴向流入、周向流出，水流高速旋转流经后导叶46，顺着后导叶46轴向流出，旋转半径不断减小，向心力不断增大，以实现液体压力能的提高。

在使用过程中，低流速的流体经采集管12流入增压流管11，使得流体压力提高，流体在收集叶轮261和旋涡叶轮262的作用下，流速进一步提高，随后流体冲击导叶272并分散，流体沿着环形外罩223内壁汇集，进而冲击下一个导叶272并重复上述过程至从排水管23流出，导叶272转动带动旋转轴25转动，旋转轴25转动带动连接轴33转动，从而使三个行星齿轮35绕齿圈31转动，带动三个行星齿轮35中间的太阳齿轮36转动，行星齿轮35绕轴线公转，行星架32带动传动轴34转动；最后，传动轴34带动输出轴44旋转，将流体从江水中抽到岸上蓄水箱。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种微水头流速型水轮泵，通过将渐缩渐扩喉管与增压单元的一侧相连接，渐缩渐扩喉管可使与增压单元的连接处出现低压区，形成压差使更多的水流进入增压单元，流体的动能与压力能在增压单元内可进行转化，从而驱动增压单元内旋转轴转动，增压单元内的旋转轴经由变速传动件与泵体单元的输出轴相连接，变速传动件便可驱动的泵体单元低流速启动，泵体单元对流体进行增压实现抽水，从而实现绿色水流能就地直接利用，避免了能源消耗和水资源的浪费。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微水头流速型水轮泵，其特征在于，包括渐缩渐扩喉管、增压单元、变速传动件以及泵体单元，所述渐缩渐扩喉管与增压单元的一侧相连接，所述变速传动件与增压单元的另一侧相连接，所述变速传动件与增压单元之间形成有排水通道，且所述增压单元内的旋转轴经由变速传动件与泵体单元的输出轴相连接，通过所述渐缩渐扩喉管输送流体至增压单元内并从排水通道输出，供于所述增压单元内的旋转轴绕自身轴线转动以驱动泵体单元吸水。

2.根据权利要求1所述的一种微水头流速型水轮泵，其特征在于，所述渐缩渐扩喉管包括增压流管、与增压流管一端相连接的采集管以及与增压流管另一端相连接的扩口管，所述增压流管的截面呈M状，且所述扩口管和采集管朝增压流管方向的内径呈减缩设置，所述扩口管与增压单元的一侧相连通。

3.根据权利要求2所述的一种微水头流速型水轮泵，其特征在于，所述增压单元包括与扩口管相连通的导流罩、一端与导流罩相连通的增压外壳、与增压外壳另一端相连通的排水管、支撑板、旋转轴、第一增压件以及第二增压件，所述支撑板与排水管固定连接，所述旋转轴的一端与支撑板转动连接，且另一端依次穿过排水管、增压外壳延伸至导流罩内，所述第一增压件设置于导流罩内与旋转轴的另一端相连接，至少两所述第二增压件设置于增压外壳内与旋转轴的中部相连接，所述排水通道形成于支撑板与增压外壳之间且与排水管相连通。

4.根据权利要求3所述的一种微水头流速型水轮泵，其特征在于，所述第一增压件包括收集叶轮和旋涡叶轮，所述收集叶轮与旋转轴的另一端固定连接，所述旋涡叶轮位于收集叶轮的后侧与旋转轴转动连接。

5.根据权利要求3所述的一种微水头流速型水轮泵，其特征在于，所述增压外壳包括前固定板、后固定板、环形外罩以及连接件，所述连接件用于将至少一环形外罩固设于前固定板和后固定板之间，且一所述环形外罩与前固定板和后固定板之间分别形成有加压空腔，两所述第二增压件位于两加压空腔内与旋转轴的中部相连接。

6.根据权利要求5所述的一种微水头流速型水轮泵，其特征在于，所述第二增压件包括叶轮和导叶，所述叶轮通过平键与旋转轴相固定，所述导叶固定套设于叶轮上。

7.根据权利要求3所述的一种微水头流速型水轮泵，其特征在于，所述变速传动件经由连接座与支撑板固定连接，所述变速传动件包括与连接座固定连接的齿圈、行星架、连接轴以及传动轴，所述行星架设置于齿圈内，所述行星架内转动设置有与齿圈相啮合的三个行星齿轮，所述行星架内还设置有与三个行星齿轮相啮合的太阳齿轮，所述连接轴的一端与行星架固定连接，另一端与所述旋转轴固定连接，所述传动轴的一端延伸至行星架内与太阳齿轮固定连接，另一端与泵体单元的输出轴相连接。

8.根据权利要求7所述的一种微水头流速型水轮泵，其特征在于，所述泵体单元包括与齿圈固定连接的底板、一端与底板固定连接的前导叶罩、与前导叶罩另一端固定连接的后导叶罩、输出轴、前导叶、后导叶以及泵叶轮，所述输出轴经由轴承与底板转动连接，且一端与传动轴的另一端固定连接，另一端依次穿设于前导叶罩和后导叶罩内，所述后导叶设置于后导叶罩内与输出轴的另一端转动连接，所述泵叶轮和前导叶设置于前导叶罩与输出轴固定连接，所述前导叶罩侧壁的周向上设置有若干进水孔，所述后导叶罩的一端设置出水孔。

9.根据权利要求8所述的一种微水头流速型水轮泵，其特征在于，所述前导叶罩内设置突出部，所述前导叶罩两端朝向突出部方向的内径呈减缩设置，所述泵叶轮和前导叶分别位于突出部的两侧与输出轴固定连接。

10.根据权利要求9所述的一种微水头流速型水轮泵，其特征在于，所述后导叶罩的截面呈锥台形，且所述后导叶罩朝向出水孔端的内径呈减缩设置。

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