CN115898956B - 一种基于仿生学优化的灯泡体结构及其优化灯泡体处流态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于仿生学优化的新型灯泡体结构及其优化灯泡体处流态的方法，包括灯泡体主体，灯泡体主体包括中部圆柱体以及尾部圆台体；所述中部圆柱体四周安装有若干中部鲨鱼鳍状导流装置，每个中部鲨鱼鳍状导流装置上开有2个第一贯穿圆孔；尾部圆台体四周安装有若干尾部鲨鱼鳍状导流装置，每个尾部鲨鱼鳍状导流装置上开有2个第二贯穿圆孔。通过本发明，不仅不会阻碍水流的正常流动，同时还能够起到导流整流作用，对灯泡体前部处的水流也会起到进一步的约束作用，降低水流对灯泡体和流道壁面的冲击作用。

Description

一种基于仿生学优化的灯泡体结构及其优化灯泡体处流态的 方法

技术领域

本发明涉及一种基于仿生学优化的灯泡体结构及其优化灯泡体处流态的方法，属于水利工程、市政工程技术领域。

背景技术

发明专利CN202210835566.0提出了一种新型进水结构。该进水结构包括喇叭口和贴合于喇叭口内壁的波状翼型，波状翼型靠近喇叭口进水端的前缘部分呈波纹状。虽然该专利中将波状翼型应用到进水池的进水喇叭口中，能够有效的改善水泵进口流态，消除附底涡，提高水泵运行的稳定性。但是并不能解决水流通过灯泡体时候的流态紊乱问题。

目前已有论文研究多是对支撑采用流线型优化，灯泡体尾部形状采用椭圆形优化等方法消除灯泡体内部分区域水流紊乱的现象。但是，这些方法对存在一定的局限性，对灯泡体主体结构部分的流线紊乱问题不能很好的解决。基于上述问题，本发明针对后置式灯泡贯流泵装置提出了一种可以优化灯泡体处流态的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有的不足，针对目前灯泡贯流泵内水流流经叶轮和导叶之后，由于导叶不能完全回收水流的旋转环量以及受灯泡体影响过水断面面积突然收缩，会使灯泡体周围水流流态变得紊乱，水力损失增大。同时紊乱的水流会撞击灯泡体和流道壁面，导致灯泡贯流泵装置内振动噪声增大，严重影响泵装置高效稳定运行。从而，提供一种基于仿生学优化的灯泡体结构及其优化灯泡体处流态的方法。

本发明的目的是这样实现的：一种基于仿生学优化的灯泡体结构，包括灯泡体主体，其特征是，所述灯泡体主体包括中部圆柱体以及尾部圆台体；

所述中部圆柱体四周安装有若干中部鲨鱼鳍状导流装置，每个中部鲨鱼鳍状导流装置上开有2个沿中部鲨鱼鳍状导流装置长度方向布置的第一贯穿圆孔，且2个第一贯穿圆孔呈上下布置；叶轮直径为d，中部鲨鱼鳍状导流装置的最高处高度为0.4d，中部鲨鱼鳍状导流装置底宽度为0.05d；中部鲨鱼鳍状导流装置上的下部第一贯穿圆孔半径为0.02d，上部第一贯穿圆孔半径为0.01d；

所述尾部圆台体四周安装有若干尾部鲨鱼鳍状导流装置，每个尾部鲨鱼鳍状导流装置上开有2个沿尾部鲨鱼鳍状导流装置长度方向布置的第二贯穿圆孔，且2个第二贯穿圆孔呈上下布置；尾部鲨鱼鳍状导流装置的最高处高度为0.3d，尾部鲨鱼鳍状导流装置底宽度为0.05d；尾部鲨鱼鳍状导流装置上的下部第二贯穿圆孔半径为0.02d，上部第二贯穿圆孔半径为0.015d。

所述中部圆柱体四周安装有3个中部鲨鱼鳍状导流装置；尾部圆台体四周安装有4个尾部鲨鱼鳍状导流装置。

所述中部鲨鱼鳍状导流装置、尾部鲨鱼鳍状导流装置均采用流线型外观。

利用一种基于仿生学优化的灯泡体结构优化灯泡体处流态的方法，包括以下方法：

步骤S1、安装灯泡贯流泵；将灯泡体主体安装固定于灯泡贯流泵内，灯泡贯流泵的两端分别设有进水口、出水口，灯泡贯流泵的进水口处安装有叶轮，灯泡贯流泵的内壁安装有前置固定导叶和后置固定导叶；

后置固定导叶面向灯泡贯流泵进水口处的叶轮，且叶轮位于前置固定导叶、后置固定导叶之间，后置固定导叶面向灯泡体主体的中部圆柱体，尾部圆台体面向灯泡贯流泵的出水口；得到灯泡贯流泵；

步骤S2、将灯泡贯流泵安装于水流管道内，灯泡贯流泵的进水口面向水流管道的进水流道，灯泡贯流泵的出水口面向水流管道的出水流道；

步骤S3、启动灯泡贯流泵，叶轮转动，水流从进水流道流入经过前置固定导叶、叶轮和后置固定导叶之后，水流依次经过中部鲨鱼鳍状导流装置、尾部鲨鱼鳍状导流装置后从出水流道排出；

由于中部鲨鱼鳍状导流装置、尾部鲨鱼鳍状导流装置均采用流线型外观，同时，每个中部鲨鱼鳍状导流装置上开有2个第一贯穿圆孔，每个尾部鲨鱼鳍状导流装置上开有2个第二贯穿圆孔，减少中部鲨鱼鳍状导流装置、尾部鲨鱼鳍状导流装置对水流过流的阻碍，并且经过第一贯穿圆孔、第二贯穿圆孔的水流进一步改善流态，实现了灯泡体处流态的优化。

步骤S2中，灯泡贯流泵通过支墩固定于水流管道内。

本发明结构合理、方法先进科学，通过本发明，提供的一种基于仿生学优化的灯泡体结构及其优化灯泡体处流态的方法，在灯泡贯流泵装置灯泡体主体部分通过增加鲨鱼鳍状导流装置（中部鲨鱼鳍状导流装置、尾部鲨鱼鳍状导流装置）以调整水流流态。首先，按结构形状将灯泡体主体部分分为中部圆柱体以及尾部圆台体两部分。其中，中部圆柱体四周可加上三个中部鲨鱼鳍状导流装置，尾部的圆台体上可加装四个尾部鲨鱼鳍状导流装置，用以切割水流达到改善流态的目的。中部鲨鱼鳍状导流装置、尾部鲨鱼鳍状导流装置均采用流线型外观，并且在鲨鱼鳍状导流装置上开贯穿圆孔（第一贯穿圆孔、第二贯穿圆孔），以减少该导流装置对水流过流的阻碍，并且经过圆孔的水流可进一步改善流态。在每个中部鲨鱼鳍状导流装置上开设两个第一贯穿圆孔，每个尾部鲨鱼鳍状导流装置上开设两个第二贯穿圆孔。

技术原理：

根据对灯泡贯流泵内流态的分析，当水流流经叶轮和导叶之后，由于导叶不能完全收集水流以及过水断面面积突然收缩，会使水流对管道内壁及水泵产生冲击作用。水泵的流态将变得不稳定，特别是在小流量或者大流量工况下，水流的紊乱更加明显，即使是在最优工况之中也无法避免。

通过加装带有小圆孔（包括第一贯穿圆孔、第二贯穿圆孔）的鲨鱼鳍状导流装置（包括中部鲨鱼鳍状导流装置、尾部鲨鱼鳍状导流装置），不仅不会阻碍水流的正常流动，同时还能够起到导流整流作用，对灯泡体前部处的水流也会起到进一步的约束作用，降低水流对灯泡体和流道壁面的冲击作用。灯泡体中部紊乱的水流会被鲨鱼鳍切割，从而达到优化流态的作用。

随着南水北调东线工程的建设和国家大中型泵站技术改造的实施，共计有上百座泵站的管道流态需要改善，因此本发明可应用和实施，可取得较大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是普通灯泡贯流泵内灯泡体俯视图；

图2是本发明灯泡贯流泵内安装灯泡体俯视图；

图3是本发明优化后灯泡贯流泵内灯泡体正视图；

图4是图3中截面A-A的左视图；

图5是图3中截面B-B的左视图；

图中：1进水流道、2叶轮、3-1前置导叶、3-2后置导叶、4灯泡体主体、4-1中部圆柱体、4-2尾部圆台体、5出水流道、6-1中部鲨鱼鳍状导流装置、6-2尾部鲨鱼鳍状导流装置、7-1第一贯穿圆孔、7-2第二贯穿圆孔、8支墩。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种基于仿生学优化的灯泡体结构，包括灯泡体主体4，灯泡体主体4包括中部圆柱体4-1以及尾部圆台体4-2。

在中部圆柱体4-1四周安装有若干中部鲨鱼鳍状导流装置6-1，每个中部鲨鱼鳍状导流装置6-1上开有2个沿中部鲨鱼鳍状导流装置6-1长度方向布置的第一贯穿圆孔7-1，且2个第一贯穿圆孔7-1呈上下布置；设叶轮直径为d，中部鲨鱼鳍状导流装置6-1的最高处高度为0.4d，中部鲨鱼鳍状导流装置6-1底宽度为0.05d；中部鲨鱼鳍状导流装置6-1上的下部第一贯穿圆孔7-1半径为0.02d，上部第一贯穿圆孔7-1半径为0.01d。

在尾部圆台体4-2四周安装有若干尾部鲨鱼鳍状导流装置6-2，每个尾部鲨鱼鳍状导流装置6-2上开有2个沿尾部鲨鱼鳍状导流装置6-2长度方向布置的第二贯穿圆孔7-2，且2个第二贯穿圆孔7-2呈上下布置；尾部鲨鱼鳍状导流装置6-2的最高处高度为0.3d，尾部鲨鱼鳍状导流装置6-2底宽度为0.05d；尾部鲨鱼鳍状导流装置6-2上的下部第二贯穿圆孔7-2半径为0.02d，上部第二贯穿圆孔7-2半径为0.015d。

作为优先，中部圆柱体4-1四周安装有3个中部鲨鱼鳍状导流装置6-1；尾部圆台体4-2四周安装有4个尾部鲨鱼鳍状导流装置6-2。

此外，中部鲨鱼鳍状导流装置6-1、尾部鲨鱼鳍状导流装置6-2均采用流线型外观。

使用时，包括以下方法：

安装灯泡贯流泵；将灯泡体主体4安装固定于灯泡贯流泵内，灯泡贯流泵的两端分别设有进水口、出水口，灯泡贯流泵的进水口处安装有叶轮2，灯泡贯流泵的内壁安装有前置固定导叶和后置固定导叶；

后置固定导叶面向灯泡贯流泵进水口处的叶轮2，且叶轮2位于前置固定导叶3-1、后置固定导叶3-2之间，后置固定导叶3-2面向灯泡体主体4的中部圆柱体4-1，灯泡体尾部圆台体4-2面向灯泡贯流泵的出水口；得到灯泡贯流泵；

步骤S2、将灯泡贯流泵安装于水流管道内，灯泡贯流泵的进水口面向水流管道的进水流道1，灯泡贯流泵的出水口面向水流管道的出水流道5；

步骤S3、启动灯泡贯流泵，叶轮2转动，水流从进水流道1流入经过前置固定导叶、叶轮和后置固定导叶之后，水流依次经过中部鲨鱼鳍状导流装置6-1、尾部鲨鱼鳍状导流装置6-2后从出水流道5排出。

由于中部鲨鱼鳍状导流装置6-1、尾部鲨鱼鳍状导流装置6-2均采用流线型外观，同时，每个中部鲨鱼鳍状导流装置6-1上开有2个第一贯穿圆孔7-1，每个尾部鲨鱼鳍状导流装置6-2上开有2个第二贯穿圆孔7-2，减少中部鲨鱼鳍状导流装置6-1、尾部鲨鱼鳍状导流装置6-2对水流过流的阻碍，并且经过第一贯穿圆孔7-1、第二贯穿圆孔7-2的水流进一步改善流态，实现了灯泡体处流态的优化。

进一步的，可以将灯泡贯流泵通过支墩8固定于水流管道内。

Claims (4)

1.一种基于仿生学优化的灯泡体结构，包括灯泡体主体（4），其特征是，所述灯泡体主体（4）包括中部圆柱体（4-1）以及尾部圆台体（4-2）；

所述中部圆柱体（4-1）四周安装有若干中部鲨鱼鳍状导流装置（6-1），每个中部鲨鱼鳍状导流装置（6-1）上开有2个沿中部鲨鱼鳍状导流装置（6-1）长度方向布置的第一贯穿圆孔（7-1），且2个第一贯穿圆孔（7-1）呈上下布置；叶轮直径为d，中部鲨鱼鳍状导流装置（6-1）的最高处高度为0.4d，中部鲨鱼鳍状导流装置（6-1）底宽度为0.05d；中部鲨鱼鳍状导流装置（6-1）上的下部第一贯穿圆孔（7-1）半径为0.02d，上部第一贯穿圆孔（7-1）半径为0.01d；

所述尾部圆台体（4-2）四周安装有若干尾部鲨鱼鳍状导流装置（6-2），每个尾部鲨鱼鳍状导流装置（6-2）上开有2个沿尾部鲨鱼鳍状导流装置（6-2）长度方向布置的第二贯穿圆孔（7-2），且2个第二贯穿圆孔（7-2）呈上下布置；尾部鲨鱼鳍状导流装置（6-2）的最高处高度为0.3d，尾部鲨鱼鳍状导流装置（6-2）底宽度为0.05d；尾部鲨鱼鳍状导流装置（6-2）上的下部第二贯穿圆孔（7-2）半径为0.02d，上部第二贯穿圆孔（7-2）半径为0.015d。

2.根据权利要求1所述的一种基于仿生学优化的灯泡体结构，其特征是，中部圆柱体（4-1）四周安装有3个中部鲨鱼鳍状导流装置（6-1）；尾部圆台体（4-2）四周安装有4个尾部鲨鱼鳍状导流装置（6-2）。

3.根据权利要求1所述的一种基于仿生学优化的灯泡体结构，其特征是，所述中部鲨鱼鳍状导流装置（6-1）、尾部鲨鱼鳍状导流装置（6-2）均采用流线型外观。

4.利用权利要求1-3任意一项权利要求所述的一种基于仿生学优化的灯泡体结构优化灯泡体处流态的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1、安装灯泡贯流泵；将灯泡体主体（4）安装固定于灯泡贯流泵内，灯泡贯流泵的两端分别设有进水口、出水口，灯泡贯流泵的进水口处安装有叶轮（2），灯泡贯流泵的内壁安装有前置固定导叶（3-1）和后置固定导叶（3-2）；

后置固定导叶（3-2）面向灯泡贯流泵进水口处的叶轮（2），且叶轮（2）位于前置固定导叶（3-1）、后置固定导叶（3-2）之间，后置固定导叶（3-2）面向灯泡体主体（4）的中部圆柱体（4-1），灯泡体主体（4）的尾部圆台体（4-2）面向灯泡贯流泵的出水口；得到灯泡贯流泵；

步骤S2、将灯泡贯流泵安装于水流管道内，灯泡贯流泵的进水口面向水流管道的进水流道（1），灯泡贯流泵的出水口面向水流管道的出水流道（5）；

步骤S3、启动灯泡贯流泵，叶轮（2）转动，水流从进水流道（1）流入经过前置固定导叶（3-1）、叶轮（2）和后置固定导叶（3-2）之后，水流依次经过中部鲨鱼鳍状导流装置（6-1）、尾部鲨鱼鳍状导流装置（6-2）后从出水流道（5）排出。

Images