CN216199263U - 一种带可调式波状前置导叶的轴流泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带可调式波状前置导叶的轴流泵，包括前置导叶，所述前置导叶为可调式波状前置导叶，所述可调式波状前置导叶布置在泵壳和导流帽之间的吸入室内，一端通过轴与导流帽上的轴承活动连接，另一端通过轴和泵壳上的轴承活动连接，且与泵壳连接的轴穿出泵壳与外设调角装置相连接。本发明的带可调式波状前置导叶的轴流泵，在不恶化轴流泵的空化性能的同时使其水力特性得到了改善。将波状前置导叶由负角度向正角度调节，能够提高轴流泵的空化性能。

Description

一种带可调式波状前置导叶的轴流泵

技术领域

本实用新型涉及水力机械技术领域，具体涉及一种带可调式波状前置导叶的轴流泵。

背景技术

水泵是一种使用广泛的水力机械，它把原动机的机械能或外加能量转换为流经液体的动能和势能。轴流泵因其低扬程、大流量的特点被广泛应用于农业灌溉、排涝等工程中，但是当运行时间过长或进出口条件变化时，轴流泵会偏离高效区运行，引起效率偏低、运行不稳定、过多消耗原动机能源等一系列问题，甚至会发生空化现象，引发机械振动和噪声。

设置前置导叶能够对水流产生预旋作用，在一定程度上能改善轴流泵的外特性及空化性能，且能提高轴流泵马鞍区的工作扬程，但同时安装常规的前置导叶会带来一定的水力损失，使得泵效率下降。现有的轴流泵前置导叶的相关专利有：一种前置导叶可调式轴流泵，申请号201310564451.3，提出了在传统轴流泵的转轮前设可调式导叶装置。可调式前置导叶拓宽了轴流泵的稳定运行范围和高效运行范围，且在工程中可通过不同的实际情况对前置导叶进行调节来改善轴流泵的实际运行工况，但仍然会一定程度上造成轴流泵的整体效率降低。给轴流泵安装前置导叶的相关研究开始较晚，理论与资料相对匮乏，且在关于轴流泵的前置导叶方面，翼型仿生思想还未得到利用。

实用新型内容

本发明提供了一种带可调式波状前置导叶的轴流泵，其能够提高轴流泵在高效区的最高效率，同时提高轴流泵的空化性能。

为实现上述发明的目的，本发明采用的技术方案为：

一种带可调式波状前置导叶的轴流泵，

包括前置导叶，所述前置导叶为可调式波状前置导叶，所述可调式波状前置导叶布置在泵壳和导流帽之间的吸入室内，一端通过轴与导流帽上的轴承活动连接，另一端通过轴和泵壳上的轴承活动连接，且与泵壳连接的轴穿出泵壳与外设调角装置相连接。

进一步地，所述可调式波状前置导叶设有水平的前置导叶出口边和波状的前置导叶波状前缘，所述前置导叶波状前缘为遵循正弦规律变化的波状结构。

进一步地，所述波状结构，其波状凸起个数为4-8，振幅A为0.025c-0.12c，其中c为弦长。

进一步地，所述可调式波状前置导叶基础翼型弦长为叶轮直径的0.2-0.25倍。

进一步地，所述可调式波状前置导叶为4片在圆周方向上均布。

进一步地，所述所述可调式波状前置导叶在-10°～+10°范围内跟随外设调角装置调节及固定。

进一步地，还包括叶轮和后置导叶。

与现有技术相比，本实用新型至少包括以下有益效果：

本实用新型结合模型试验与CFD技术，研究了波状前置导叶对轴流泵的水力特性和空化特性的影响，提供了一种带可调式波状前置导叶的轴流泵。本实用新型的带可调式波状前置导叶的轴流泵，能有效提高轴流泵整体效率，改善空化性能。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型装置的结构示意图；

图3为前置导叶叶片调角动作示意图；

图4为实施例1与实施例2结果对比图；

图5为实施例2与实施例3结果对比图；

图6为实施例1与实施例4结果对比图一；

图7为实施例1与实施例4结果对比图二；

图中：1、泵壳；2、导流帽；3、吸入室；4、可调式波状前置导叶；5、轴；6、叶轮；7、后置导叶；8、前置导叶波状前缘；9、前置导叶出口边；10、叶轮进口边；11、叶轮室；12、导叶室；S为展长，C为弦长，λ为波长，A为振幅。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1-2所示，一种带可调式波状前置导叶的轴流泵，包括前置导叶，还包括还包括叶轮6和后置导叶7。叶轮6和后置导叶7分别设置在叶轮室11和导叶室12。前置导叶为可调式波状前置导叶4，其为4片在圆周方向上均布，可调式波状前置导叶4布置在泵壳1和导流帽2之间的吸入室3内，一端通过轴5与导流帽2上的轴承活动连接，另一端通过轴和泵壳1上的轴承活动连接，且与泵壳1连接的轴穿出泵壳1与外设调角装置相连接。可调式波状前置导叶设有水平的前置导叶出口边9和波状的前置导叶波状前缘8，水平的前置导叶出口边9靠近叶轮进口10，所述前置导叶波状前缘8为遵循正弦规律变化的波状结构。其波状凸起个数为4-8，振幅A为0.025c-0.12c。可调式波状前置导叶4基础翼型弦长为叶轮6直径的0.2-0.25倍。可调式波状前置导叶4在-10°～+10°范围内跟随外设调角装置调节及固定。

在对本实用新型装置进行验证时采用了数值模拟的方法，通过对实际试验台的卧式轴流泵进行建模，并计算得到相应的结果。另外在原型基础上将板状前置导叶替换为波状导叶即得到上述发明装置，将计算结果同原型进行比较得到相应的结果。

实施例1：

基于武汉大学水利水电学院水资源与水电工程科学国家重点实验室试验台的卧式轴流泵进行三维建模，轴流泵中前置导叶采用板状叶片，叶片调角角度为0°。采用数值模拟的方式对该轴流泵在不同工况下的水力特性和空化特性进行了计算分析。

实施例2：

基于武汉大学水利水电学院水资源与水电工程科学国家重点实验室试验台的卧式轴流泵进行三维建模，轴流泵中前置导叶采用NACA634-021翼型，叶片调角角度为0°。采用数值模拟的方式，对该轴流泵在不同工况下的水力特性进行了计算分析。如图4所示，横坐标为无量纲化的流量系数，定义为轴流泵流量与轴流泵流速和叶轮6名义直径的三次方之积的比值，纵坐标表示轴流泵的效率。与实施例1计算得到的结果相比较，两种前置导叶轴流泵的整体效率曲线趋势一致，在轴流泵运行高效区，带NACA634-021翼型前置导叶的轴流泵效率相比板状明显提高，在其余工况下二者差别较小。

实施例3：

基于武汉大学水利水电学院水资源与水电工程科学国家重点实验室试验台的卧式轴流泵进行三维建模，轴流泵中前置导叶采用波状叶片，根据不同的波长及振幅波状叶片共有六种形状，叶片调角角度为0°。采用数值模拟的方式，对带波状前置导叶轴流泵在不同工况下的水力特性进行了计算分析。如图5所示，横坐标为无量纲化的流量系数，纵坐标表示轴流泵的整体效率。与实施例2计算得到的结果相比较，七种前置导叶轴流泵的整体效率曲线趋势一致，在小流量工况下，各轴流泵之间效率差异不大，随着流量的增大，差异逐渐凸显出来，在全流量范围内，前置导叶为n8A0.12C(n8代表该前置导叶的波数为8，A0.12C代表该前置导叶的振幅为其弦长的0.12倍，以此类推)的轴流泵对效率的提升效果更明显。

实施例4：

基于武汉大学水利水电学院水资源与水电工程科学国家重点实验室试验台的卧式轴流泵进行三维建模，轴流泵中前置导叶采用实施例3中效率提升效果最明显的n8A0.12C，叶片调角角度为-10°、0°及10°，对带波状前置导叶轴流泵的水力特性及空化特性进行了计算分析。如图6和图7所示，横坐标为轴流泵的汽蚀余量，纵坐标分别为轴流泵的扬程与效率。与实施例1计算得到的结果相比较，各轴流泵的空化特性曲线呈现出了一致的规律。图6曲线均由水平段、上升段和下降段组成，水平段表示在汽蚀余量较大时，轴流泵还未发生空化或空化程度较轻；上升段表示空化还不够剧烈时，附着在叶轮叶片表面的空泡从叶片外缘由少数向叶片内部慢慢增多的过程使得叶片表面流道变窄，流速变快，轴流泵的扬程出现小幅度上升；下降段表示空化加剧，空泡的急剧增加已经严重阻碍了流体流动，对轴流泵的性能产生极大的影响，扬程急剧下降。图7曲线随汽蚀余量增大呈上升趋势最终趋于稳定，图中虚线代表轴流泵效率下降1％时的必需汽蚀余量。由图6和图7，前置导叶角度为0°时，用波状翼型替代板状前置导叶，能在不恶化轴流泵空化性能的同时提高其水力性能；将波状前置导叶由负角度向正角度调节，轴流泵的空化性能得到提高。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (7)

1.一种带可调式波状前置导叶的轴流泵，其特征在于,包括前置导叶，所述前置导叶为可调式波状前置导叶，所述可调式波状前置导叶布置在泵壳和导流帽之间的吸入室内，一端通过轴与导流帽上的轴承活动连接，另一端通过轴和泵壳上的轴承活动连接，且与泵壳连接的轴穿出泵壳与外设调角装置相连接。

2.根据权利要求1所述的一种带可调式波状前置导叶的轴流泵，其特征在于：所述可调式波状前置导叶设有水平的前置导叶出口边和波状的前置导叶波状前缘，所述前置导叶波状前缘为遵循正弦规律变化的波状结构。

3.根据权利要求2所述的一种带可调式波状前置导叶的轴流泵，其特征在于：所述波状结构，其波状凸起个数为4-8，振幅A为0.025c-0.12c，其中c为弦长。

4.根据权利要求1或2所述的一种带可调式波状前置导叶的轴流泵，其特征在于：所述可调式波状前置导叶基础翼型弦长为叶轮直径的0.2-0.25倍。

5.根据权利要求1或2所述的一种带可调式波状前置导叶的轴流泵，其特征在于：所述可调式波状前置导叶为4片在圆周方向上均布。

6.根据权利要求1或2所述的一种带可调式波状前置导叶的轴流泵，其特征在于，所述可调式波状前置导叶在-10°～+10°范围内跟随外设调角装置调节及固定。

7.根据权利要求1或2所述的一种带可调式波状前置导叶的轴流泵，其特征在于，还包括叶轮和后置导叶。

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