CN204473111U - 一种泵喷水推进器用整流部件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种泵喷水推进器用整流部件，该整流部件安装在泵喷水推进器叶轮的下游、喷嘴的上游或者与喷嘴以及泵喷水推进器叶轮外的壳体一体铸造而成，该整流部件由内壳、外壳、分隔套和筋板通过铸造或焊接为一体构成，所述分隔套为一断面为翼型的环形壳体，分隔套位于内壳与外壳之间。本实用新型通过在内壳与外壳体之间增加一个断面为翼型的环形壳体，该壳体将叶轮下游的流道分为两个环形流道，出口设计要求两个环形流道的出口流速相同，能够调整泵喷水推进器叶轮下游的流速差别，以减小泵喷水推进器的内部流动损失，提高相同输入功率下泵喷水推进器的推力。本实用新型可以使整个泵喷水推进器的核心部件加工简单、效率和功率密度更高。

Description

一种泵喷水推进器用整流部件

技术领域

本实用新型涉及一种用于船用泵喷水推进装置的过流部件，具体涉及一种泵喷水推进器用整流部件。

背景技术

泵喷水推进器是一种适用于高性能船舶的新型推进装置，高比转速轴流式叶轮是其叶轮的主要形式。作为泵喷水推进器的一个重要水力部件，整流部件的设计是与叶轮设计相联系的。目前轴流式叶轮的设计理论主要有三种：基于翼型理论的圆弧法、基于叶栅理论的升力法和基于一元设计理论的流线法。其中流线法是近年来采用比较多的一种方法，在具体设计中，这种方法又分为自由旋涡法和强制旋涡法，两种方法得到的扬程和流速分布如图1所示。通常情况下，轴流泵的设计目标要求在所有的半径位置上，随轴向位置的变化总压增长(或者降低)的变化速度相同，因此总压在半径方向上没有变化，也就是自由旋涡设计法。

具体到泵喷水推进器的叶轮而言，通常要求是高比转速(低扬程)叶轮，因此出口绝对速度的圆周分量很小，所以用于一般排灌用轴流泵中的叶栅式整流部件(导流壳)事实上不再具有能量转换的作用，而且由于泵喷水推进器的整流区域是收缩的，一般导流壳还会由于排挤作用而进一步增加其收缩损失，因此传统的叶栅式整流部件不适合泵喷水推进器的要求。

另一方面，前述根据自由旋涡法得到的轴流式叶轮虽然其出口扬程和轴面流速在半径方向上均匀，但是同强制旋涡方法相比，自由旋涡设计得到叶片在轮毂侧的叶片安放角更大，轮缘侧的叶片安放角更小，整个叶片的扭曲很大。不仅如此，根据自由旋涡法得到的扬程在轮缘处同轮毂处相同，完全没能利用轮缘做功能力强的优势。也就是说与强制旋涡方法相比，其功率密度偏小。反过来说，强制旋涡方法得到的轴流式叶轮扭曲小、功率密度高，更符合高效设计要求。但是其不足是出口轴面流速在半径方向上不均匀，因此需要开发一种针对强制旋涡法设计得到的轴流式叶轮的整流部件。

实用新型内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种泵喷水推进器用整流部件，用于调整泵喷水推进器叶轮下游的流速差别，以减小泵喷水推进器的内部流动损失，提高相同输入功率下泵喷水推进器的推力。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的泵喷水推进器用整流部件，该整流部件安装在泵喷水推进器叶轮的下游、喷嘴的上游，或者与喷嘴以及泵喷水推进器叶轮外的壳体一体铸造而成，该整流部件包括内壳、外壳、分隔套和筋板，所述分隔套为一断面为翼型的环形壳体，分隔套位于内壳与外壳之间，所述筋板在轴面内，与内壳、外壳以及分隔套垂直。

本实用新型的泵喷水推进器用整流部件，不含叶片叶栅，由内壳、外壳、分隔套和筋板通过铸造或焊接为一体构成。

所述分隔套的轴面截面为符合流体动力学特性的翼型断面，环形分隔套分别与内壳和外壳形成两个环形过流流道，两个环形过流流道的下游出口流速相同。

所述分隔套的进口直径dm1的取值要求(dm1-dh)/(dt-dh)接近0.618并向大值圆整，符合黄金分割原理，其中dh是内壳的外圆直径，dt是外壳的内圆直径。

所述分隔套的出口直径dm2的取值要求环形分隔套与内壳和外壳所形成的两个环形过流流道的出水速度相等。满足整流器的整流要求，降低整流损失，提高效率。

作为优选，所述分隔套的进口直径dm1为1515mm，所述分隔套的出口直径dm2为1451.5mm；或者所述分隔套的进口直径dm1为1215mm，所述分隔套的出口直径dm2为1164.3mm；或者所述分隔套的进口直径dm1为2180mm，所述分隔套的出口直径dm2为2056mm。

有益效果：本实用新型的泵喷水推进器用整流部件，通过在内壳与外壳体之间增加一个断面为翼型的环形壳体，该壳体将叶轮下游的流道分为两个环形流道，出口设计要求两个环形部分的出口流速相同，能够调整泵喷水推进器叶轮下游的流速差别，以减小泵喷水推进器的内部流动损失，提高相同输入功率下泵喷水推进器的推力。本实用新型针对强制旋涡法设计得到的轴流式叶轮的优点和缺点，使其优点得到充分发挥，缺点则在本实用新型部件的调整方式中受到抑制。因此本实用新型可以使整个泵喷水推进器的核心部件加工简单、效率和功率密度更高。

附图说明

图1为现有技术中流线法设计轴流式叶轮的扬程和流速分布示意图；

图2为泵喷水推进器组装示意图；

图3为本实用新型的泵喷水推进器用整流部件示意图；

图4为图3左视图；

图中：1壳体、2叶轮、3整流部件、4内壳、5外壳、6分隔套、7筋板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图2至图4所示，本实用新型的泵喷水推进器用整流部件3是一种安装在泵喷水推进器下游、喷嘴上游的整流装置，具体是安装在壳体1和叶轮2的下游。该整流部件3由内壳4、外壳5、分隔套6和筋板7通过铸造或焊接为一体构成，所述分隔套6为一断面为翼型的环形壳体，分隔套6位于内壳4与外壳5之间，轴向筋板7在轴面内，与内壳4、外壳5以及分隔套6垂直。分隔套6的轴面截面为符合流体动力学特性的翼型断面，分隔套6包括进口和出口，该环形壳体将叶轮2下游的流道分为两个环形流道，出口设计要求两个环形流道的出口流速相同。

下面结合具体实施例和具体数值对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一：推力T＝23516N，流量Q＝10m³/s，如图3所示结构参数，外壳5的内圆直径dt＝2000mm，内壳4的外圆直径dh＝735mm，扬程H＝1.5m。

计算得到分隔套6的进口直径dm1＝1515mm。

对于强制旋涡设计得到的轴流式叶轮2出口也就是整流部件3进口的能量和速度分布为

$\frac{c_u}{r}=C_1$

$c_m=\sqrt{C_2{r}^2+C_3}$

$H=\frac{u{c}_u}{g}=\frac{\mathrm{\ω}{c}_{u}r}{g}=\frac{C_1\mathrm{\ω}{r}^2}{g}$

上述各式中c_u、c_m分别为图1所示的绝对速度的圆周方向分量以及轴面流速，ω为角速度，u＝ωr为半径处的圆周速度，C₁、C₂、C₃为积分常数。

强制旋涡设计得到的轴流叶轮2扬程沿半径方向为2次曲线形式，使其几何平均值与扬程相等，也就是使

$\mathrm{\π}(r_t^2-r_h^2)H={\∫}_{r_h}^{r_t}\frac{C_1\mathrm{\ω}{r}^2}{g}2\mathrm{\πrdr}$

式中下标t和h分别表示叶轮2的轮缘(tip)和轮毂(hub)位置，由此得到系数

$C_1=\frac{2\mathrm{gH}}{(r_t^2+r_h^2)\mathrm{\ω}}=1.8564$

因此轮毂和轮缘处的扬程分别为

H_h＝0.357m，H_t＝2.643m

再根据常数C₁和C₂的关系式

2C₁(ω-C₁)＝C₂

得到

C₂＝44.94803

由于实际设计结果与一元理论分析有较大差别，在轴面流速公式

$c_m=\sqrt{C_2{r}^2+C_3}$

中添加一个参数κ来修正

$c_m=\mathrm{\κ}\sqrt{C_2{r}^2+C_3}$

那么

$Q={\∫}_{r_h}^{r_t}{c}_m\·2\mathrm{\πrdr}=2\mathrm{\κ\π}{\∫}_{r_h}^{r_t}\sqrt{C_2{r}^2+C_3}\mathrm{dr}=\mathrm{\κ\π}{\∫}_{r_h}^{r_t}\sqrt{C_2{r}^2+C_3}d{r}^2$

令χ＝r²，则上式变为

$Q=\mathrm{\κ\π}{\∫}_{r_h}^{r_t}\sqrt{C_2\mathrm{\χ}+C_3}\mathrm{d\χ}$

$Q=\mathrm{\κ\π}{\∫}_{r_h}^{r_t}\sqrt{C_2\mathrm{\χ}+C_3}\mathrm{d\χ}$

κ是一个非常重要的修正参数，这里取κ＝0.55(当κ＝1.0时则无解)，数值求解上式得到

C₃＝19.9769

由此，积分两部分的流量分别为

$Q_1=\frac{2\mathrm{\κ\π}}{3C_2}\sqrt{{(C_2\mathrm{\χ}+C_3)}^3}{|}_{r_h^2}^{r_{m1}^2}=4.528m^2/s$

要求分隔套6的设计使两部分的出口轴面流速相同，由此得到

分隔套6的出口直径dm2＝1451.5mm

实施例二：推力T＝37012N，流量Q＝10m³/s，外壳5的内圆直径dt＝1600mm，内壳4的外圆直径dh＝585mm，扬程H＝3.7m

中间步骤(基本省略)同实施例一

计算得到dm1＝1215mm

$C_1=\frac{2\mathrm{gH}}{(r_t^2+r_h^2)\mathrm{\ω}}=3.8206$

因此轮毂和轮缘处的扬程分别为

H_h＝0.8726m，H_t＝6.5274m

得到

C₂＝170.85218

取κ＝0.55，数值求解得到

C₃＝48.7209

由此，积分两部分的流量分别为

$Q_1=\frac{2\mathrm{\κ\π}}{3C_2}\sqrt{{(C_2\mathrm{\χ}+C_3)}^3}{|}_{r_h^2}^{r_{m1}^2}=4.5688m^2/s$

要求分隔套6的设计使两部分的出口轴面流速相同，由此得到

分隔套6的出口直径dm2＝1164.3mm

实施例三：推力T＝134656N，流量Q＝25m³/s，外壳5的内圆直径dt＝2760mm，内壳4的外圆直径dh＝1235mm，扬程H＝6.0m

中间步骤(基本省略)同实施例一

计算得到dm1＝2180mm

$C_1=\frac{2\mathrm{gH}}{(r_t^2+r_h^2)\mathrm{\ω}}=3.27776$

因此轮毂和轮缘处的扬程分别为

H_h＝2.0m，H_t＝10.0m

得到

C₂＝81.48645

取κ＝0.55，数值求解得到

C₃＝0.829943

由此，积分两部分的流量分别为

$Q_1=\frac{2\mathrm{\κ\π}}{3C_2}\sqrt{{(C_2\mathrm{\χ}+C_3)}^3}{|}_{r_h^2}^{r_{m1}^2}=11.0925m^2/s$

要求分隔套6的设计使两部分的出口轴面流速相同，由此得到

分隔套6的出口直径dm2＝2056mm

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种泵喷水推进器用整流部件，其特征在于：该整流部件安装在泵喷水推进器叶轮的下游、喷嘴的上游，或者与喷嘴以及泵喷水推进器叶轮外的壳体一体铸造而成；该整流部件包括内壳、外壳、分隔套和筋板，所述分隔套为一断面为翼型的环形壳体，分隔套位于内壳与外壳之间，所述筋板在轴面内，与内壳、外壳以及分隔套垂直。

2.根据权利要求1所述的泵喷水推进器用整流部件，其特征在于：所述分隔套的轴面截面为符合流体动力学特性的翼型断面，环形分隔套分别与内壳和外壳形成两个环形过流流道，两个环形过流流道的下游出口流速相同。

3.根据权利要求2所述的泵喷水推进器用整流部件，其特征在于：所述分隔套的进口直径dm1的取值要求(dm1-dh)/(dt-dh)接近0.618并向大值圆整，符合黄金分割原理，其中dh是内壳的外圆直径，dt是外壳的内圆直径。

4.根据权利要求2所述的泵喷水推进器用整流部件，其特征在于：所述分隔套的出口直径dm2的取值要求两个环形过流流道的出水速度相等。

5.根据权利要求2所述的泵喷水推进器用整流部件，其特征在于：所述分隔套的进口直径dm1为1515mm，所述分隔套的出口直径dm2为1451.5mm。

6.根据权利要求2所述的泵喷水推进器用整流部件，其特征在于：所述分隔套的进口直径dm1为1215mm，所述分隔套的出口直径dm2为1164.3mm。

7.根据权利要求2所述的泵喷水推进器用整流部件，其特征在于：所述分隔套的进口直径dm1为2180mm，所述分隔套的出口直径dm2为2056mm。