CN105805046A - 一种改善斜流泵内部流动稳定性的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改善斜流泵内部流动稳定性的装置，包括进口段、圆形外筒、导管、单向阀、叶轮、导叶、转轴等部件。进口段和圆形外筒用法兰直接相连，圆形外筒圆周上均匀分布着8根导管，转轴与叶轮和导叶体连接的部分为空心的，并且在导叶体法兰和导叶进口对应位置的转轴上分别开有两个孔，同时在每个导叶背面进口边轮毂开有1个孔。小流量工况下导叶进口也容易发生旋转失速，甚至会一起回流严重时回流会延伸到叶轮出口轮毂处，这极大地影响了叶轮对水体做功，同时也增加了流动损失。导叶出口的高压水通过孔进入转轴空心段内再通过孔流入导叶进口，可以提高导叶进口的静压值降低逆压梯度进而抑制导叶旋转失速，提高泵的扬程和效率。
Description
技术领域
本发明涉及到一种常用于大中型泵站低扬程、大流量、高效区宽广的泵型，尤其涉及到斜流泵小流量工况下内部流动不稳定性的改善和对扬程曲线“驼峰”区的抑制，扩大斜流泵的应用范围。
背景技术
斜流泵是一种比转速较高的泵型,其性能介于轴流泵与离心泵之间。离心泵的水力性能好，但结构复杂；轴流泵虽然具有结构简单、占地面积小等优点，但是高效区窄,使用范围也比较窄；然而斜流泵兼具了轴流泵和离心泵的优点，即具有扬程变化范围在3～30m且扬程和功率曲线变化平坦、高效区宽等优点，其主要用于农业排灌、市政给排水、南水北调工程、电厂供循环水、区域性调水等，近年来在核电、舰船喷水推进方面也得到应用。尽管斜流泵存在诸多优点，但同时也存在不足之处。斜流泵在小流量工况下在叶轮进口边轮缘处容易造成失速、回流，使得流道堵塞来流向轮毂区域偏斜，降低了叶片对流体的做功能力；同时小流量工况下导叶进口靠近轮毂处也容易发生旋转失速，引起回流的产生，严重时回流会扩展到叶轮进口轮毂处，从而影响叶轮的做工能力和流动损失增加；由于受到旋转失速以及回流现象的影响使得斜流泵在小流量工况下运行时压力脉动呈现出不规律现象，并且压力脉动的幅值较设计工况下有很大的提高，这极大的影响了斜流泵运行的安全可靠性。
经检索，在提高斜流泵稳定性方面，江苏大学“一种斜流泵叶轮水力设计方法”(申请号：CN201410711980)，该专利给出了叶轮主要几何设计参数的设计公式，通过该设计方法使斜流泵叶轮的水力效率和斜流泵稳定性能得到一定提高。该专利是从叶轮的水力设计方面来提高叶轮的斜率和稳定性，而本专利是通过将导叶出口的高压水引到叶轮进口和导叶进口，减弱叶轮进口轮缘处和导叶进口轮毂处的旋转失速，进而抑制“驼峰”现象的出现，提高泵的稳定性。
发明内容
为了减弱小流量工况下斜流泵叶片进口边轮缘以及导叶进口轮毂处的失速、回流强度；改善斜流泵内部流动状态、减小小流量工况下斜流泵内部压力脉动强度、提高运行稳定性，本发明提供了一种成本低廉、结构简单，便与加工、拆装方便的装置。
本发明斜流泵，包括进口段、导管、叶轮、导叶体、泵轴、圆形外筒、弯管段、轴承以及机械密封等。进口段、圆形外筒、导叶体法兰以及弯管段通过拉杆连接固定，并且进口段、圆形外筒、导叶体法兰以及弯管段均是通过凹凸嵌合的方式进行定位和保证同心度。
进一步的，圆形外筒叶轮进口以及导叶出口处圆周方向上均匀分布着8个螺孔；
进一步的，通过4根大小粗细一致的导管将叶轮进口处的孔与导叶出口处的孔相连并且将导管依次命名为导管1、2、3、4；导管1和导管4通过螺纹与圆形外筒连接，并且在导管上安装螺母和密封垫片待导管拧入圆形外筒螺孔后再拧紧螺母以确保导管与圆形外筒密封良好；导管与导管之间分别通过法兰连接；
进一步的，在导管3中部设有一个阀门；进一步的，此外泵轴与叶轮和导叶体连接的部分为空心的，并且在导叶体法兰和导叶进口对应位置的泵轴上分别开两个孔，同时在导叶背面进口边轮毂开5个孔；叶轮与泵轴通过内六角圆柱螺钉固定，并随泵轴一起旋转；叶轮和导叶位于圆形外筒内；导叶体导叶轮毅内设有油封；防止导叶体与叶轮之间的高压液体进入轴承，避免造成轴承的锈蚀，影响泵体的正常运行。在导叶体中加装轴承可以实现静止部件与转动部件的滚动连接。
进一步的，圆形外筒叶轮进口和导叶出口对应位置圆周方向上均匀分布着8个螺纹孔，且通过4根导管相连，4根导管之间分别用法兰相连。主要作用是通过导管将导叶出口处的高压水引入叶轮进口轮缘处流，增加了该区域的流量，减小进口来流的冲角，同时也降低了叶轮进口轮缘处的逆压梯度抑制失速、回流的产生，改善叶轮内部的流动稳定性，提高斜流泵扬程和效率，抑制“驼峰”现象的产生。
进一步的，导管3安装阀门，设计流量工况下叶轮进口轮缘处不会发生失速因此为防止导叶出口的高压水通过导管进入叶轮进口需要在导管3上安装一个阀门，该阀门在小流量工况下才开启。
进一步的，泵轴与叶轮和导叶体连接的部分为空心的，并且在导叶体法兰和导叶进口对应位置的泵轴上分别开两个孔同时导叶背面进口边轮毂开有5个孔，其目的是将导叶出口处的高压水通过泵轴空心段引入导叶进口处，增加导叶背面进口处的静压降低逆压梯度进而抑制导叶旋转失速，提高泵的扬程和效率。
本发明有益效果
小流量工况下进口来流冲击叶片工作面，在叶片背面进口边轮缘处容易发生回流、失速现象造成流道堵塞，使进口来流向轮毂方向偏移降低了叶轮的做功能力，流量扬程曲线出现“驼峰”现象。叶轮进口产生失速、回流也会使得叶轮进口处压力脉动幅值成倍增加这极大的影响了泵的运行可靠性。通过导管将导叶出口处的高压水引入叶轮进口轮缘处流，增加了该区域的流量，进而减小了进口来流的冲角，同时也降低了叶轮进口轮缘处的逆压梯度抑制失速、回流的产生，进而改善叶轮内部的流动稳定性，提高斜流泵扬程和效率，同时也能抑制“驼峰”现象的产生。此外，小流量工况下导叶进口也容易发生旋转失速，甚至会一起回流严重时回流会延伸到叶轮出口轮毂处，这极大地影响了叶轮的做功能力，同时也增加了流动损失。将导叶出口的高压水引入导叶进口，可以增加导叶背面进口处的静压降低逆压梯度进而很好的抑制回流产生，提高泵的扬程和效率。
附图说明
图1为本发明斜流泵的装配图；
图2为导管与圆形外筒连接处局部放大图；
图3为进口段的剖面图；
图4为进口段的左视图；
图5为圆形外筒剖面图；
图6为圆形外筒左视图；
图7为圆形外筒螺孔放大图；
图8为导叶轮毂剖面图；
图9为导叶轮毂体左视图；
图10为泵轴；
图11为沿剖面E、F的左视图。
图1中1.内六角圆柱头螺钉，2.导水锥，3密封垫圈，4.螺母，5普通平键，6.导管7.圆柱头螺钉，8.法兰，9.螺栓，10.轴承左油封，11阀门，12.轴承，13.轴承右油封，14.弯管段，15.机械密封，16.后密封端盖，17.联轴器，18.进口段，19.六角厚螺母，20.圆形外筒，21.拉杆，22.叶片，23.转轮轮毂，24.导叶体，25.导叶，26.流线型肋板，27.O型密封圈，28泵轴。
图2中A为导管与圆形外筒左连接处局部放大图，B为导管与圆形外筒右连接处局部放大图。
图7中C为圆形外筒左螺孔局部放大图，D为圆形外筒右螺孔局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
由图1可知该斜流泵是由(1)内六角圆柱头螺钉，(2)导水锥，(3)密封垫圈，(4)螺母，(5)普通平键，(6)导管(7)圆柱头螺钉，(8)法兰，(9)螺栓，(10)轴承左油封，(11)阀门，(12)轴承，(13)轴承右油封，(14)孔，(15)弯管段，(16)后密封端盖，(17)联轴器，(18)进口段，(19)六角厚螺母，(20)圆形外筒，(21)拉杆，(22)叶片，(23)转轮轮毂，(24)孔，(25)导叶体，(26)流线型肋板，(27)O型密封圈，(28)泵轴。进口段(18)通过拉杆(21)与圆形外筒(20)进行连接固定，进口段(18)和圆形外筒(20)通过凹凸嵌合的方式进行定位和保证同心度；圆形外筒(20)和导叶体(25)以及弯管段(15)也是由拉杆(21)通过法兰进行连接固定，为了确保安装方便快捷以及同心度的准确性圆形外筒法兰、导叶体法兰以及圆管段法兰也是采用凹凸嵌入的方式；进口段(18)、圆形外筒(20)、导叶体(24)以及弯管段(15)均是通过O型密封圈(28)进行密封；导管(6)与圆形外筒(20)通过螺纹连接，为防止圆形外筒(20)中的液体泄漏需要安装密封垫圈(3)然后再用螺母(4)拧紧；导管(6)与导管(6)是通过法兰(8)和螺栓进行连接；或者导管之间还可以通过其他方式连接，如增加平管和外套螺母、采用导管连接装置等，在导管(6)上安装一个阀门(11)；导水锥(2)用内六角圆柱头螺钉(1)固定在转轮轮毂(23)上；导水锥不仅对叶轮进口来流起到导流作用，还能确定转轮轮毂(23)在泵轴(28)上的轴向位置；叶片(22)通过圆柱头螺钉(7)固定在转轮轮毂(23)上；在导叶体(25)内安装一个轴承(12)，通过轴承实现静止部件与转动部件的连接；在轴承(12)左右两端分别装有轴承左油封(10)和轴承右油封(13)，防止液体通过泵轴(28)与导叶体(25)之间的间隙进入轴承(12)内造成轴承的锈蚀，此外还有防杂质作用；流线型肋板(26)经过焊接固定在导叶体法兰上；联轴器(17)连接泵轴(28)和电机转轴。
一种改善斜流泵内部流动稳定性的装置，主要包括密封垫圈(3)，螺母(4)，导管(6)，阀门(11)，法兰(8)，螺栓(9)，进口段(18)，圆形外筒(20)，转轮轮毂(23)，叶片(22)，导叶体(25)，泵轴(28)等装置组成。所述圆形外筒(20)叶轮进口和导叶出口对应位置圆周方向上均匀分布着8个螺纹孔；所述圆形外筒(20)与导管(6)是通过螺纹进行连接，为防止转轮室中的液体泄漏需要在导管(6)上安装一个密封垫片(3)然后再用螺母(4)拧紧；所述导管(6)与导管(6)之间固定连接；在设计工况下叶轮不会发生失速，因此不需要将导叶出口的液体引导进入叶轮进口轮缘，在导管(6)上安装一个阀门，该阀门只有在小流量工况下才打开；所述泵轴(28)前半段采用空心的，并且在导叶体法兰和导叶进口对应位置的泵轴上分别开两个孔，同时导叶背面进口边轮毂也开有5个孔，从而将导叶出口处的高压水通过泵轴空心段引入导叶进口处。
进一步的，圆形外筒(20)圆周方向上均匀分布着大小一致的螺纹孔，并且螺纹孔中心线与坐标轴的夹角均为45度。
进一步的，圆形外筒(20)上的螺纹孔位于叶轮进口和导叶出口所对应的位置。
进一步的，通过导管(6)将圆形外筒叶轮进口和导叶出口对应位置的螺纹孔进行连接，当斜流泵运行在小流量工况下时叶片背面容易发生回流、失速进而形成低压区，通过导管可将导叶出口的高压水引入到叶轮进口轮缘处；从而减小该区域的逆压梯度并减小回流产生，从而改善叶轮内流体的流动状态，提高泵的性能，抑制“驼峰”区的出现。
进一步的，导管(6)上安装有一个阀门(11)，通过4根大小粗细一致的导管将叶轮进口处的孔与导叶出口处的孔相连并且将导管一次命名为导管1、2、3、4；导管与导管之间分别通过法兰和螺栓连接；设计流量工况下叶轮进口轮缘处不会发生失速，因此为防止导叶出口的高压水通过导管进入叶轮进口，需要在导管3上安装一个阀门，该阀门在小流量工况下才开启。
进一步的，泵轴与叶轮和导叶体连接部分为空心的，并且在导叶体法兰和导叶进口对应位置的泵轴上分别开两个孔，通过孔将导叶出口的高压水流入轴空心段再进入导叶入口。
进一步的，在靠近每一个导叶背面进口边轮毂开有1个孔，通过这些孔将泵轴空心段流出的水引入导叶进口处，以减小导叶背面进口处的逆压梯度，抑制回流的产生减小流动损失，从而提高泵的性能。
Claims (10)
1.一种改善斜流泵内部流动稳定性的装置，主要包括密封垫圈(3)，螺母(4)，导管(6)，阀门(11)，法兰(8)，螺栓(9)，进口段(18)，圆形外筒(20)，转轮轮毂(23)，叶片(22)，导叶体(25)，泵轴(28)等装置组成；其特征在于，所述圆形外筒(20)叶轮进口和导叶出口对应位置圆周方向上均匀分布着8个螺纹孔；所述圆形外筒(20)与导管(6)是通过螺纹进行连接，为防止转轮室中的液体泄漏需要在导管(6)上安装一个密封垫片(3)然后再用螺母(4)拧紧；所述导管(6)与导管(6)之间固定连接；在设计工况下叶轮不会发生失速，因此不需要将导叶出口的液体引导进入叶轮进口轮缘，在导管(6)上安装一个阀门，该阀门只有在小流量工况下才打开；所述泵轴(28)前半段采用空心的，并且在导叶体法兰和导叶进口对应位置的泵轴上分别开两个孔，同时导叶背面进口边轮毂也开有5个孔，从而将导叶出口处的高压水通过泵轴空心段引入导叶进口处。
2.根据权利要求1所述的一种改善斜流泵内部流动稳定性的装置，其特征在于，圆形外筒(20)圆周方向上均匀分布着大小一致的螺纹孔，并且螺纹孔中心线与坐标轴的夹角均为45度。
3.根据权利要求1或2所述的一种改善斜流泵内部流动稳定性的装置和结构，其特征在于，圆形外筒(20)上的螺纹孔位于叶轮进口和导叶出口所对应的位置。
4.根据权利要求1所述的一种改善斜流泵内部流动稳定性的装置，其特征在于，通过导管(6)将圆形外筒叶轮进口和导叶出口对应位置的螺纹孔进行连接，当斜流泵运行在小流量工况下时叶片背面容易发生回流、失速进而形成低压区，通过导管可将导叶出口的高压水引入到叶轮进口轮缘处；从而减小此区域的逆压梯度并减小回流产生，从而改善叶轮内流体的流动状态，提高泵的性能，抑制“驼峰”区的出现。
5.根据权利要求3所述的一种改善斜流泵内部流动稳定性的装置，其特征在于，通过导管(6)将圆形外筒叶轮进口和导叶出口对应位置的螺纹孔进行连接，当斜流泵运行在小流量工况下时叶片背面容易发生回流、失速进而形成低压区，通过导管可将导叶出口的高压水引入到叶轮进口轮缘处；从而减小此区域的逆压梯度并减小回流产生，从而改善叶轮内流体的流动状态，提高泵的性能，抑制“驼峰”区的出现。
6.根据权利要求1或4所述的一种改善斜流泵内部流动稳定性的装置，其特征在于，导管(6)上安装有一个阀门(11)，通过4根大小粗细一致的导管将叶轮进口处的孔与导叶出口处的孔相连并且将导管一次命名为导管1、2、3、4；导管与导管之间分别通过法兰和螺栓连接；设计流量工况下叶轮进口轮缘处不会发生失速，因此为防止导叶出口的高压水通过导管进入叶轮进口，需要在导管3上安装一个阀门，该阀门在小流量工况下才开启。
7.根据权利要求3所述的一种改善斜流泵内部流动稳定性的装置，其特征在于，导管(6)上安装有一个阀门(11)，通过4根大小粗细一致的导管将叶轮进口处的孔与导叶出口处的孔相连并且将导管一次命名为导管1、2、3、4；导管与导管之间分别通过法兰和螺栓连接；设计流量工况下叶轮进口轮缘处不会发生失速，因此为防止导叶出口的高压水通过导管进入叶轮进口，需要在导管3上安装一个阀门，该阀门在小流量工况下才开启。
8.根据权利要求1或4所述的一种改善斜流泵内部流动稳定性的装置，其特征在于，泵轴与叶轮和导叶体连接部分为空心的，并且在导叶体法兰和导叶进口对应位置的泵轴上分别开两个孔，通过孔将导叶出口的高压水流入轴空心段再进入导叶入口。
9.根据权利要求1或4所述的一种改善斜流泵内部流动稳定性的装置，其特征在于，在靠近每一个导叶背面进口边轮毂开有1个孔，通过这些孔将泵轴空心段流出的水引入导叶进口处，以减小导叶背面进口处的逆压梯度，抑制回流的产生减小流动损失，从而提高泵的性能。
10.根据权利要求8所述的一种改善斜流泵内部流动稳定性的装置，其特征在于，在靠近每一个导叶背面进口边轮毂开有1个孔，通过这些孔将泵轴空心段流出的水引入导叶进口处，以减小导叶背面进口处的逆压梯度，抑制回流的产生减小流动损失，从而提高泵的性能。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160727 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |