CN209115344U - 一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置 - Google Patents

Abstract

一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，属于水利机械设备技术领域，结构上由补水阀、补水管、进水溢流室、进水溢流板、进水槽、轮毂、叶片、轮缘、出水槽、出水溢流板、出水溢流室、出水收集管和电磁流量计连接组成，可有效对用于低扬程工况中的微扬程回转刮片泵的性能进行测试，并验证设计理论和计算方法的准确性，最终得到在0～2 m扬程下安全、稳定、高效运行的新泵型，解决了传统低扬程工况中低扬程的轴流泵运行效率低、机组不稳定、能源浪费、流道水力损失大等缺陷，对提高极低扬程工况运行时的泵性能具有重要的意义。

Description

一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置

技术领域

本实用新型属于水利机械设备技术领域，涉及一种泵性能试验装置，具体的说是涉及一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置。

背景技术

在我国，提水机械自古就有之，我们的祖先早在公元之初就创造了用来提水的工具，其中应用最广泛、历史最长的当属水车。东汉年间人类就开始使用水车提水，距今已有一千八百多年的历史。水车由风力、水力、蓄力或人力来驱动，20世纪60年代，我国河网地区曾有大量的风车运转。风车即是以风力驱动的水车，还有牛力拉动的水车、水力驱动的水车以及人力驱动的水车等，这些水车为农业灌溉的发展做出了历史性贡献。随着工业技术的发展，水车逐渐被水泵所取代。

水泵是一种转换、传送能量的机械。动力机驱动水泵运转，动力机的机械能通过水泵转换为水的动能和势能，也就是把动力机的能量传递给水，达到提水和增大水压力的目的。因而，水泵也是一种提水机械。我国改革开放以来，水泵的制造生产迅速发展。水泵被广泛应用于农业灌溉和排水，为农业生产和减灾防灾服务；也被广泛用于工业企业和城镇建设，为工业生产、城镇建设和防洪减灾以及水环境工程服务。一方面，水泵及水泵站为保障人民群众的生命财产安全和国家经济的稳定发展做出了重要贡献，另一方面，随着经济技术的发展和人民生活水平的提高，又对水泵及水泵站又有了新的和更高的要求。

近几年来，随着城市排涝任务的加重以及群众普遍对水环境问题的关心，对极低扬程泵站的需求变得越来越高。比如：江苏省镇江市拟建的新孟河—界牌水利枢纽泵站，排水工况最低净扬程为0 m；湖北省潜江市老新二泵站的运行工况最低扬程为0.36 m。如果仅针对这两种运行工况来看，现有的泵型都难以满足要求。为了满足实际工程的应用，现阶段普遍采取两种方式：第一，选用较低扬程的轴流泵(泵的设计扬程在2～3米)，将叶片调节至较小安放角；第二，同样选用较低扬程的轴流泵，增大叶轮直径并降低泵转速。这两种方式虽然可以勉强运行，但都会产生一系列问题：采用第一种方式会使单位时间的流量减少，为满足流量要求就不得不增加泵运行时间，而且此时的泵运行工况严重偏离设计工况，效率低、机组不稳定，造成了严重的能源浪费；采用第二种方法则需要增加叶轮直径，相应的也必须增加进出水槽尺寸，这样就造成了土建投资的急剧增加，并且此时槽水力损失所占比重大，运行效率同样很低，另外，为了调节转速，还必须要安装昂贵的变频设备。这两种方法显然都不符合泵站安全、稳定、高效的运行要求，造成了极大的能源浪费，不能满足节能减排的要求。此外，传统泵站由于转速高，泵内压力低，对鱼类造成了极大的伤害。因此，越来越多的国内外学者开始扩大对泵扬程的研究范围，设计出扬程范围在0～2米的新泵型，减少泵站对生态环境的破坏，提高极低运行扬程下的泵装置性能具有十分重要的意义，但目前缺乏一种对微扬程泵性能试验用装置，不利于微扬程泵的研究和开发。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了针对目前低扬程工况中选用较低扬程的轴流泵，出现运行效率低、机组不稳定、能源浪费、槽水力损失比重大等缺陷，需要研发微扬程回转刮片泵，但目前仍缺乏一种对微扬程回转刮片泵性能测试的装置，提出一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，可解决上述现有技术的不足，对新型微扬程回转刮片泵的研究和开发，提高极低扬程工况运行时的泵性能，具有重要的意义。

本实用新型的技术方案是：一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，包括机架；其特征在于：所述机架上设有电机，所述电机的输出轴上连接设有扭矩仪，所述扭矩仪通过联轴器与滚动轴承中的轴相连接，所述轴的轴端处设有由轮毂、叶片和轮缘构成的叶轮，所述叶轮的左侧连接设有进水槽，所述进水槽的左端设有进水溢流室，所述进水溢流室与所述进水槽的连接处设有进水溢流板，所述进水槽的上方设有补水管，所述补水管上设有补水阀，所述叶轮的右侧连接设有出水槽，所述出水槽的右端设有出水溢流室，所述出水溢流室与出水槽的连接处设有出水溢流板，所述出水溢流室的下方连接设有出水收集管，所述出水收集管上设有电磁流量计。

所述叶轮为滚筒结构，叶轮由轮毂、叶片和轮缘组成，叶轮逆时针旋转为正向，水与空气可以直接接触，存在自由液面，运行时不会产生负压，也不会发生汽蚀。

所述叶片为倾斜的直面板形式，在进水侧叶片为凹陷形式，易于自流进水；当叶轮旋转至出水侧时，则变为凸出形，易于出水并且可以防止水倒流。

所述进水槽和出水槽均为水平设置，进水槽低于出水槽。

所述进水溢流板与出水溢流板高度相同，以保证进、出水槽的水流流速相等，从而忽略流速对测试装置的干扰影响。

所述轮毂、进水溢流板、出水溢流板决定了进水槽和出水槽的水位差的高低，即扬程H；轮毂越大，进水槽和出水槽的水位差也随之变大，溢流板位置设有闸门槽，溢流板安放在闸门槽内，溢流板高度可变，通过溢流板高低的调节，实现泵扬程的调节。

所述叶轮陷入设置在进水槽和出水槽的中心，以增加叶轮与水流的接触面积，使其提水量更大，效率更高，进水槽、出水槽的宽度比叶轮轴向宽度长1mm左右。

所述联轴器为弹性材料制成，电机与扭矩仪之间、扭矩仪与叶轮之间均通过弹性材料的联轴器连接。

所述补水管提供的水量大于叶轮运行时的提水量，多余的水经过溢流板溢出测试系统，以此来模拟实际泵站运行时的稳定的进水水位。

所述进水槽、出水槽的长度均大于五倍叶轮的直径，以稳定水流，并且进水槽和出水槽的水流为同一方向，避免了水流因转向造成的水力损失。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，结构上由补水阀、补水管、进水溢流室、进水溢流板、进水槽、轮毂、叶片、轮缘、出水槽、出水溢流板、出水溢流室、出水收集管和电磁流量计连接组成，可有效对用于低扬程工况中的微扬程回转刮片泵的性能进行测试，并验证设计理论和计算方法的准确性，最终得到在0～2 m扬程下安全、稳定、高效运行的新泵型，解决了传统低扬程工况中低扬程的轴流泵运行效率低、机组不稳定、能源浪费、流道水力损失大等缺陷，对提高极低扬程工况运行时的泵性能具有重要的意义。

附图说明

图1 为本实用新型装置的整体结构示意图。

图2 为本实用新型中叶轮驱动装置结构示意图。

图中：补水阀1、补水管2、进水溢流室3、进水溢流板4、进水槽5、轮毂6、叶片7、轮缘8、出水槽9、出水溢流板10、出水溢流室11、出水收集管12、电磁流量计13、叶轮14、密封圈15、滚动轴承16、联轴器17、扭矩仪18、电机19。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1-2所示，一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，机架上设有电机19，电机19的输出轴上连接设有扭矩仪18，扭矩仪18通过联轴器17与滚动轴承16中的轴相连接，轴的轴端处设有由轮毂6、叶片7和轮缘8构成的叶轮14，叶轮14的左侧连接设有进水槽5，进水槽5的左端设有进水溢流室3，进水溢流室3与进水槽5的连接处设有进水溢流板4，进水槽5的上方设有补水管2，补水管2上设有补水阀1，叶轮14的右侧连接设有出水槽9，出水槽9的右端设有出水溢流室11，出水溢流室11与出水槽9的连接处设有出水溢流板10，出水溢流室11的下方连接设有出水收集管12，出水收集管12上设有电磁流量计13。

如图1-2所示，一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，叶轮14为滚筒结构，叶轮14由轮毂6、叶片7和轮缘8组成，叶轮14逆时针旋转为正向，水与空气可以直接接触，存在自由液面，运行时不会产生负压，也不会发生汽蚀；叶片7为倾斜的直面板形式，在进水侧叶片为凹陷形式，易于自流进水；当叶轮旋转至出水侧时，则变为凸出形，易于出水并且可以防止水倒流；进水槽5和出水槽9均为水平设置，进水槽5低于出水槽9；进水溢流板4与出水溢流板10高度相同，以保证进、出水槽的水流流速相等，从而忽略流速对测试装置的干扰影响；轮毂6、进水溢流板4、出水溢流板10决定了进水槽5和出水槽9的水位差的高低，即扬程H；轮毂6越大，进水槽5和出水槽9的水位差也随之变大，溢流板位置设有闸门槽，溢流板安放在闸门槽内，溢流板高度可变，通过溢流板高低的调节，实现泵扬程的调节；叶轮6陷入设置在进水槽5和出水槽9的中心，以增加叶轮6与水流的接触面积，使其提水量更大，效率更高，进水槽5、出水槽9的宽度比叶轮6轴向宽度长1mm左右；联轴器17为弹性材料制成，电机19与扭矩仪18之间、扭矩仪18与叶轮6之间均通过弹性材料的联轴器连接；补水管2提供的水量大于叶轮运行时的提水量，多余的水经过溢流板溢出测试系统，以此来模拟实际泵站运行时的稳定的进水水位；进水槽5、出水槽9的长度均大于五倍叶轮6的直径，以稳定水流，并且进水槽5和出水槽9的水流为同一方向，避免了水流因转向造成的水力损失。

如图1-2所示，一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置的安装要求如下：

(1)叶轮尺寸根据需水量和扬程确定，选择合适的轮毂比，轮缘直径应比叶片的外缘直径大0.5mm左右，以减小摩擦阻力并且使泄露损失在合理范围内；

(2)将叶片焊接在轮毂上；

(3)将叶轮陷入槽，陷入深度合理，即能避免过度开挖，又能保证足够的淹没深度；

(4)在叶轮轴的位置做好密封；

(5)参照弗洛德数准则进行换算叶轮的尺寸参数；

(6)根据设计要求调整叶轮的转速和叶片数，本方案中以8张叶片为例；

(7)测试系统的进水管提供比叶轮提水量更大的流量，以满足进水槽的稳定状态，进口溢流板保持溢流状态；

(8)测试系统进口溢流板与出口溢流板高度保持一致，以消除水流动能对测试的影响；

(9)通过联轴器弹性连接叶轮和扭矩仪以及扭矩仪和电机；

(10)制定出水管直径，既能满足溢流完全流出又不能混入空气，以保证电磁流量计测量准确；

(11)根据具体流量要求确定叶轮的轴向宽度，槽宽度比叶轮轴向宽度长1mm左右，叶轮安装在槽中心。

如图1-2所示，一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置的工作原理如下：叶轮是本实用新型专利的核心部件，主要由轮毂、叶片和轮缘组成。叶轮为滚筒形式，逆时针旋转为正向。与传统泵形式不同的是，“新型微扬程回转刮片泵”只有部分轮缘，因此，水与空气可以直接接触，存在自由液面，运行时不会产生负压，也不会发生汽蚀。轮缘进水侧相对于出水侧要低，进水槽和出水槽均水平布置。进、出水槽处设置同样高度的溢流板，以保证进、出水槽的水流流速相等，从而忽略流速对测试装置的干扰影响。叶轮外形尺寸和叶轮的轮毂比决定了“新型微扬程回转刮片泵”的提水量，即流量，当外形尺寸相同时，轮毂比越小，泵的提水量越大。轮毂和溢流板决定了进水槽和出水槽的水位差的高低，即扬程H，轮毂越大，进水槽和出水槽的水位差也可以变大，配合调整进、出水槽上的溢流板高低，可以调节泵的扬程。叶轮旋转时，轮毂位置不变，可以防止水倒流。叶轮旋转时，将两叶片之间的水推送至出水槽，使出水侧水溢流进入出水溢流室；进水侧水位降低，由于重力作用，进水侧水位会补至与进水溢流板同样的高度。叶片可选择多种形式。以倾斜形式为例作说明。将叶片放置为倾斜的直面板形式，在进水侧叶片为凹陷形式，易于自流进水；当叶轮旋转至出水侧时，则变为凸出形，易于出水并且可以防止水倒流。叶轮位置陷入槽内，可以增加叶轮与水流的接触面积，使其提水量更大，效率更高。叶轮由电机提供持续、稳定的动力，在电机和叶轮中间装有扭矩仪，以测出电机对叶轮的输入功率P。电机和扭矩仪以及扭矩仪和叶轮均通过弹性材料的联轴器连接。测试装置的补水管可以提供源源不断的水流，水量大于叶轮运行时的提水量，多余的水经过溢流板溢出测试系统，以此来模拟实际泵站运行时的稳定的进水水位。溢流板位置设置闸门槽，溢流板高度可变，溢流板安放在闸门槽内，以此来调节水位。出水槽内的水流经溢流板溢出后进入出水溢流室，并进入出水收集管，在出水管中装有电磁流量计来测量出水流量，测得的流量即为水车式泵的实际提水量Q。进、出水槽长度均应大于五倍叶轮直径，以稳定水流，并且进水槽和出水槽的水流为同一方向，避免了水流因转向造成的水力损失。由于叶轮为滚筒式旋转，水由于重力原因自流进入叶轮，并且只有很少一部分轮缘，这样可以避免对鱼类的损伤。

Claims (10)

1.一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，包括机架；其特征在于：所述机架上设有电机(19)，所述电机(19)的输出轴上连接设有扭矩仪(18)，所述扭矩仪(18)通过联轴器(17)与滚动轴承(16)中的轴相连接，所述轴的轴端处设有由轮毂(6)、叶片(7)和轮缘(8)构成的叶轮(14)，所述叶轮(14)的左侧连接设有进水槽(5)，所述进水槽(5)的左端设有进水溢流室(3)，所述进水溢流室(3)与所述进水槽(5)的连接处设有进水溢流板(4)，所述进水槽(5)的上方设有补水管(2)，所述补水管(2)上设有补水阀(1)，所述叶轮(14)的右侧连接设有出水槽(9)，所述出水槽(9)的右端设有出水溢流室(11)，所述出水溢流室(11)与出水槽(9)的连接处设有出水溢流板(10)，所述出水溢流室(11)的下方连接设有出水收集管(12)，所述出水收集管(12)上设有电磁流量计(13)。

2.根据权利要求1所述的一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，其特征在于：所述叶轮(14)为滚筒结构，叶轮(14)由轮毂(6)、叶片(7)和轮缘(8)组成，叶轮(14)逆时针旋转为正向，水与空气可以直接接触，存在自由液面，运行时不会产生负压，也不会发生汽蚀。

3.根据权利要求1所述的一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，其特征在于：所述叶片(7)为倾斜的直面板形式，在进水侧叶片为凹陷形式，易于自流进水；当叶轮旋转至出水侧时，则变为凸出形，易于出水并且可以防止水倒流。

4.根据权利要求1所述的一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，其特征在于：所述进水槽(5)和出水槽(9)均为水平设置，进水槽(5)低于出水槽(9)。

5.根据权利要求1所述的一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，其特征在于：所述进水溢流板(4)与出水溢流板(10)高度相同，以保证进、出水流道的水流流速相等，从而忽略流速对测试装置的干扰影响。

6.根据权利要求1所述的一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，其特征在于：所述轮毂(6)、进水溢流板(4)、出水溢流板(10)决定了进水槽(5)和出水槽(9)的水位差的高低，即扬程H；轮毂(6)越大，进水槽(5)和出水槽(9)的水位差也随之变大，溢流板位置设有闸门槽，溢流板安放在闸门槽内，溢流板高度可变，通过溢流板高低的调节，实现泵扬程的调节。

7.根据权利要求1所述的一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，其特征在于：所述轮毂(6)陷入设置在进水槽(5)和出水槽(9)的中心，以增加轮毂(6)与水流的接触面积，使其提水量更大，效率更高，进水槽(5)、出水槽(9)的宽度比轮毂(6)轴向宽度长1mm左右。

8.根据权利要求1所述的一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，其特征在于：所述联轴器(17)为弹性材料制成，电机(19)与扭矩仪(18)之间、扭矩仪(18)与叶轮(14)之间均通过弹性材料的联轴器连接。

9.根据权利要求1所述的一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，其特征在于：所述补水管(2)提供的水量大于叶轮运行时的提水量，多余的水经过溢流板溢出测试系统，以此来模拟实际泵站运行时的稳定的进水水位。

10.根据权利要求1所述的一种新型微扬程回转刮片泵性能试验装置，其特征在于：所述进水槽(5)、出水槽(9)的长度均大于五倍轮毂(6)的直径，以稳定水流，并且进水槽(5)和出水槽(9)的水流为同一方向，避免了水流因转向造成的水力损失。