CN116591993A - 一种导叶、导叶轮以及轴流泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导叶、导叶轮以及轴流泵，属于轴流泵技术领域；所述导叶包括鱼头部以及导向部，所述鱼头部包括从下往上依次连接的前体、过渡体以及后体，所述过渡体的两端分别相对所述前体和后体渐缩设置，所述前体的端部圆滑设置，以供分开液流；所述后体与所述导向部连接。本发明能够增大液流的轴面速度(vm3)，提高导叶的调节效率。
Description
技术领域
本发明涉及轴流泵技术领域，尤其涉及一种导叶、导叶轮以及轴流泵。
背景技术
轴流泵的特点是流量大、扬程低，主要用于农田排灌、防洪排涝、城市给排水和跨流域调水工程。
公开号为CN112901502B的发明创造公开了一种轴流泵空间导叶入口安放角设置方法，其说明书和附图中公开了一种月牙形的导叶，导叶用以消除液体的旋转运动，使之变为轴向运动，并把旋转运动的动能转变为压力能。
安装有现有导叶的轴流泵的泵水效率较低，能耗较高。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种导叶、导叶轮以及轴流泵，用以解决现有的轴流泵的泵水效率较低，能耗较高问题。
一方面，一种导叶，所述导叶包括鱼头部以及导向部，所述鱼头部包括从下往上依次连接的前体、过渡体以及后体，所述过渡体的两端分别相对所述前体和后体渐缩设置，所述前体的端部圆滑设置，以供分开液流；所述后体与所述导向部连接。
在一些实施例中，所述前体、过渡体以及后体与水平面的夹角分别为λ1、λ2和λ3，其中λ3>λ2>λ1。
在一些实施例中，所述导向部的横截面沿所述导叶自下而上渐缩设置。
在一些实施例中，所述导叶与所述鱼头部相邻的一侧设有连接端。
一方面，一种导叶轮，包括所述的一种导叶以及泵轴，多个所述导叶的连接端与所述泵轴连接，多个所述导叶环绕所述泵轴设置。
在一些实施例中，所述导叶的鱼头部与液体的流向相对设置。
一方面，一种轴流泵，包括所述的一种导叶轮、驱动轮以及壳体，所述驱动轮设置于所述导叶轮的下方，所述驱动轮包括多个与所述泵轴连接的叶片，所述叶片与所述导叶间隔设置，所述泵轴与所述壳体转动密封连接。
在一些实施例中，所述叶片与导叶之间交错设置。
在一些实施例中，所述泵轴相对所述导叶轮的一端设有上导液锥，所述泵轴靠近所述叶轮的一端设有下导液锥。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明的一种导叶、导叶轮以及轴流泵，导叶包括鱼头部以及导向部，鱼头部包括从下往上依次连接的前体、过渡体以及后体。其中，过渡体的两端分别相对前体和后体渐缩设置，形成从中间向两端收缩的“鱼头”状，前体的端部圆滑设置，前体可以分开液流，液流先后经过前体、过渡体以及后体。液流相对导叶的液流进口角逐渐增大，从而增大液流的轴面速度(vm3)，提高导叶的调节效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明中导叶的截面结构示意图；
图2是本发明中鱼头部的结构示意图；
图3是常规导叶翼型的绕流状态分析图；
图4是“鱼头”导叶翼型的绕流状态分析图；
图5是本发明中导叶轮的结构示意图；
图6是本发明中轴流泵的结构示意图；
图7是本发明中不同弯曲程度的导叶的坐标标记图一；
图8是本发明中不同弯曲程度的导叶的坐标标记图二；
图9是本发明中不同弯曲程度的导叶的坐标分割图；
图10是本发明中叶轮和导叶内部流速矢量分布图；
图中，导叶100、鱼头部110、前体111、过渡体112、后体113、导向部120、连接端130、导叶轮200、泵轴210、轴流泵300、驱动轮310、叶片311、上导液锥320、下导液锥330。
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。
本实施例中的一种导叶、导叶轮以及轴流泵，跳出通过改进驱动轮310和叶片311的部分来提高轴流泵300效率的热点，对轴流泵300的导叶100进行改造，通过改变导叶100相对液体端部的形状来消除液体的环量，提高叶轮出口圆周速度能转换为压力能的效率，最终实现对轴流泵300效率的提高。
请参阅图1至图10，本实施例中的一种导叶，导叶100包括鱼头部110以及导向部120，鱼头部110包括从下往上依次连接的前体111、过渡体112以及后体113。其中，过渡体112的两端分别相对前体111和后体113渐缩设置，形成从中间向两端收缩的“鱼头”状，前体111的端部圆滑设置，前体111可以分开液流，液流先后经过前体111、过渡体112以及后体113。液流相对导叶100的液流进口角逐渐增大，从而增大液流的轴面速度(vm3)，提高导叶100的调节效率。
请参阅图3和图4，通过对不同结构的导叶100进行建模和分析，在导叶100相对液流的一侧设置成鱼头部110，对导叶100的头部翼型加厚形成鱼头形。相比于常规导叶100翼型，设置有鱼头部110的导叶100翼型可以在叶轮不同方向的出口圆周分速度的条件下，得到更高的输出速度。
请参阅图1，前体111、过渡体112以及后体113与水平面的夹角分别为λ1、λ2和λ3，在通常情况下，轴流泵300一般竖直设置，导叶100环绕轴设置，前体111、过渡体112以及后体113与水平面的夹角即为液流进口角，λ3>λ2>λ1，液流进口角逐渐增大，可以避免液体流速的剧烈变化，使得轴面速度被缓慢加速，降低水流对导叶100的冲击，减弱振动，减少紊流的产生。
在一些实施例中，导向部120的横截面沿导叶100自下而上渐缩设置，导向部120的厚度减薄提高了流场流动均匀度，改善了叶片311表面压力分布情况，使空化性能得以改善，还可以促使泵的扬程和功率增加，最高效率点向大流量工况偏移，最高效率得到提升。
请参阅图5，在一些实施例中，导叶100与鱼头部110相邻的一侧设有连接端130，连接端130可以与轴连接，从而带动导叶100整体转动。
请参阅图5和图6，一种导叶轮，包括一种导叶100以及泵轴210，多个导叶100的连接端130与泵轴210连接，多个导叶100环绕泵轴210等距设置，形成导叶轮200，泵轴210带动导叶轮200转动，即可改变旋转的液流的方向，驱使液流沿轴向移动。
作为其中的一种实施方式，导叶100的连接端130与泵轴210焊接，导叶100和泵轴210形成一体化的整体，导叶100相对水平面的液流进口角保持恒定不变。
作为其中的一种实施方式，泵轴210和导叶100之间通过半调节式组件连接，可以在泵轴210停止转动后，拆下叶片311，并调节叶片311的安放角(如0°、±2°、±4°、±6°、±8°)，其调节范围是梯度变化的。该结构作为半调节叶片311轴流泵300的一部分，被广泛使用。
作为其中的一种实施方式，泵轴210和导叶100之间通过全调节式组件连接，全调节式组件内部设有液压式或机械调节机构，液压式或机械调节机构可以与导叶100联动，从而自动调节导叶100与水平面的角度。
在导叶100可以转动的情况下，在偏离设计工况后，难以保证所有规定工况条件下叶轮与导叶100的最佳匹配关系，采用了“鱼头部110”设计的导叶100，将导叶100的头部翼型加厚，即所谓的“鱼头形”的头部，这样可以在叶轮不同方向的出口圆周分速度的条件下，导叶100入口仍可以保持一个较好的流动状态。
在一些实施例中，导叶100的鱼头部110与液体的流向相对设置，鱼头部110可以分隔水流，并以较大的液流进入角来将旋转的液流转换到轴向移动。
请参阅图6，一种轴流泵，包括一种导叶轮200以及壳体，导叶轮200的下方设有驱动轮310，驱动轮310包括多个与泵轴210连接的叶片311，叶片311在泵轴210的带动下，可以带动叶片311转动，从而驱动液流旋转，并产生对应的吸力，将位于管道末端的液体可以被抽吸进入泵体中。
在一些实施方式中，叶片311与导叶100间隔设置，被旋转加速的液流在叶片311与导叶100之间的间隙中，得到汇聚和交融，被单片叶片311加速的液流与其他被加速的液流混合到一起，使得位于叶片311与导叶100之间的液体被均匀加速。
作为进一步的实施方式，叶片311与导叶100之间交错设置，经过叶片311加速的液流在穿过间隙后，直接与位于两叶片311之间的导叶100撞击，从而受导叶100的驱动，将旋转的液流牵引成轴向，增大液流的轴面速度。
在一些实施例中，泵轴210相对导叶轮200的一端设有上导液锥320，上导液锥320可以将进入轴流泵300中的液流从中央向四周分散，被分散的液流依次通过驱动轮310和导液轮，液流被驱动和加速。
在泵轴210靠近叶轮的一端设有下导液锥330，下导液锥330可以将从导液轮中输出的液流从四周向中央扩散，从而确保从轴流泵300中输出的液流的中央和四周的流速保持一致。
试验验证：
请参阅图7至图10，在保持鱼头部110不变的前提下，通过调整导叶100的弯曲程度，逐渐增大叶片311进口角度，减小中间截面及shroud面上的包角，得到不同的导叶100。请具体参阅图9，对导叶100的表面进行横纵坐标建模，横坐标为导叶100各个区域到泵轴210中心的距离，用字母a-g来标注，纵坐标为各个区域与导叶100的鱼头部110之间的距离，用数字1-14来标注，字母标注和数字标注围合形成多个可量化分析的微型区域，借助计算流体动力学仿真软件(CFD)来分析轴流泵300的运行情况，可以实时监控导叶100的各个部位的实时速度，得到如图10所描述的速度矢量图。
采用上述验证方法，可以知道，相比于传统的叶形的导叶100，设置有鱼头部110的导叶100在叶轮叶片311壁面流速较高，但导叶100出流流速平缓且流态均匀，泵段整体流态较为平稳。相比于传统导叶100，本申请中导叶100能耗低，将圆周速度能转换为压力能的效率高。
另外，还可以知道，针对不同的工况调节，特别是不同标准转速的条件下，导叶100保持何种弯曲程度，得到最好的运行效率，从而选取不同的导叶100。
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，都应涵盖在本发明之内。
Claims (9)
1.一种导叶，其特征在于，所述导叶包括鱼头部以及导向部，所述鱼头部包括从下往上依次连接的前体、过渡体以及后体，所述过渡体的两端分别相对所述前体和后体渐缩设置，所述前体的端部圆滑设置，以供分开液流；所述后体与所述导向部连接。
2.根据权利要求1所述的一种导叶，其特征在于，所述前体、过渡体以及后体与水平面的夹角分别为λ1、λ2和λ3，其中λ3>λ2>λ1。
3.根据权利要求2所述的一种导叶，其特征在于，所述导向部的横截面沿所述导叶自下而上渐缩设置。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种导叶，其特征在于，所述导叶与所述鱼头部相邻的一侧设有连接端。
5.一种导叶轮，其特征在于，包括如权利要求1-4任意一项所述的一种导叶以及泵轴，多个所述导叶的连接端与所述泵轴连接，多个所述导叶环绕所述泵轴设置。
6.根据权利要求5所述的一种导叶轮，其特征在于，所述导叶的鱼头部与液体的流向相对设置。
7.一种轴流泵，其特征在于，包括如权利要求5-6任意一项所述的一种导叶轮、驱动轮以及壳体，所述驱动轮设置于所述导叶轮的下方，所述驱动轮包括多个与所述泵轴连接的叶片，所述叶片与所述导叶间隔设置，所述泵轴与所述壳体转动密封连接。
8.根据权利要求7所述的一种轴流泵，其特征在于，所述叶片与导叶之间交错设置。
9.根据权利要求8所述的一种轴流泵，其特征在于，所述泵轴相对所述导叶轮的一端设有上导液锥，所述泵轴靠近所述叶轮的一端设有下导液锥。
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