本發(fā)明屬于水泵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改善軸流泵不穩(wěn)定水力特性的錐形進(jìn)水裝置。

背景技術(shù)：

軸流泵具有流量大、揚(yáng)程低的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于跨流域調(diào)水、農(nóng)業(yè)灌溉以及市政給排水等領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)工況下，軸流泵進(jìn)水條件良好、內(nèi)部流動(dòng)穩(wěn)定，此時(shí)泵的水力效率較高且運(yùn)行穩(wěn)定。但是，在非設(shè)計(jì)工況下尤其是小流量工況時(shí)，葉輪進(jìn)口入流角度的改變不但引起葉片背面進(jìn)口邊處產(chǎn)生流動(dòng)分離，還造成葉片上下表面壓差增大促使葉頂間隙泄漏流增強(qiáng)。葉片背面分離流與葉輪葉頂泄漏流的流動(dòng)方向與主流方向相反，同時(shí)由于受到葉輪旋轉(zhuǎn)作用的影響使得上述流動(dòng)具有較大的周向速度，從而堵塞葉輪進(jìn)口流道、惡化水泵進(jìn)流條件，引起泵的水力損失增大、水泵性能急劇下降，促使水力不穩(wěn)定“馬鞍區(qū)”的形成，嚴(yán)重影響軸流泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有軸流泵進(jìn)水裝置的不足，提出一種改善軸流泵不穩(wěn)定水力特性的錐形進(jìn)水裝置，在不會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)流量和大流量工況下泵的水力性能產(chǎn)生較大影響的情況下，可充分改善小流量工況下軸流泵葉輪進(jìn)口前的進(jìn)水條件，完全消除軸流泵不穩(wěn)定“馬鞍區(qū)”的產(chǎn)生，有效拓寬軸流泵穩(wěn)定的運(yùn)行工況區(qū)間。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用如下技術(shù)方案：

一種改善軸流泵不穩(wěn)定水力特性的錐形進(jìn)水裝置，包括外套管，外套管的兩端分別為進(jìn)口端和出口端，出口端外壁設(shè)置有出口法蘭，所述出口法蘭沿圓周均布4～12個(gè)螺孔，外套管的出口端與軸流泵葉輪室的進(jìn)口端通過(guò)出口法蘭連接，且外套管出口端的直徑D等于軸流泵葉輪室的進(jìn)口端直徑；

外套管的進(jìn)口端外壁設(shè)置有進(jìn)口法蘭，所述進(jìn)口法蘭沿圓周均布4～12個(gè)螺孔，外套管的進(jìn)口端能夠與進(jìn)水管道通過(guò)進(jìn)口法蘭連接；

外套管內(nèi)設(shè)置有內(nèi)套管，內(nèi)套管與外套管之間具有間隙，該間隙內(nèi)設(shè)置有筋板，通過(guò)該筋板將內(nèi)套管與外套管固定連接，內(nèi)套管內(nèi)壁上設(shè)置有消渦板。

以上所述內(nèi)套管外壁面與外套管內(nèi)壁面通過(guò)沿圓周方向均勻布置的4～6個(gè)筋板連接；所述內(nèi)套管的內(nèi)壁上沿圓周方向均勻布置6～18個(gè)消渦板；所述筋板的進(jìn)、出口邊均進(jìn)行倒圓處理以減小水流沖擊損失。

本發(fā)明所述外套管、內(nèi)套管、筋板以及消渦板的結(jié)構(gòu)及位置尺寸均用以外套管出口直徑D為基準(zhǔn)的相對(duì)值表示，將這些相對(duì)值乘以外套管出口直徑D即可得到應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)際尺寸。

優(yōu)選地，所述外套管的出口與軸流泵葉輪室的進(jìn)口通過(guò)法蘭連接，且外套管的出口直徑D等于軸流泵葉輪室的進(jìn)口直徑；所述外套管的錐角為5～60°，進(jìn)口直徑為1.05～5D，高度為0.05～3D；所述外套管的進(jìn)口可開(kāi)敞，也可與進(jìn)水管道通過(guò)法蘭連接。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述外套管與內(nèi)套管均為具有相同錐度的錐形結(jié)構(gòu)，進(jìn)口端直徑較出口端大。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)套管的厚度為0.001～0.01D，內(nèi)套管與外套管間距為0.005～0.1D。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)套管的進(jìn)口端與外套管的進(jìn)口端平齊，內(nèi)套管的出口端高于外套管的出口端，外套管與軸流泵葉輪室連接后，內(nèi)套管的出口端靠近葉輪葉頂處；所述內(nèi)套管的進(jìn)、出口端均為倒圓設(shè)計(jì)。

更進(jìn)一步地，消渦板圓周均布在內(nèi)套管的內(nèi)壁上，消渦板為扇形結(jié)構(gòu)，圓周方向上兩側(cè)邊的夾角為5～20°；所述消渦板的長(zhǎng)度與內(nèi)套管內(nèi)壁的母線長(zhǎng)度相等，消渦板的厚度為0.01～0.2D。

優(yōu)選地，所述筋板的寬度為0.001～0.005D；所述筋板的長(zhǎng)度與外套管內(nèi)壁的母線長(zhǎng)度相等。

本發(fā)明以上所述外套管、進(jìn)口法蘭、出口法蘭、內(nèi)套管、筋板以及消渦板可采用金屬材料、塑料材料或有機(jī)玻璃材料加工制作。

本發(fā)明是基于流體動(dòng)力學(xué)理論和軸流泵設(shè)計(jì)理論，通過(guò)對(duì)小流量工況下軸流泵內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)的試驗(yàn)測(cè)量、數(shù)值模擬分析的基礎(chǔ)上，所提出的一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、科學(xué)合理的進(jìn)水裝置。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明中的內(nèi)套管可將葉片葉頂處的間隙泄漏流和葉輪中心處的主流進(jìn)行分隔，防止葉頂間隙泄漏流對(duì)主流的阻礙影響，同時(shí)筋板亦可減少葉頂間隙泄漏流周向速度引起的水力損失；內(nèi)套管內(nèi)壁上均布的消渦板能夠起到削弱葉輪進(jìn)口前周向旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的作用。因此，本發(fā)明充分改善了小流量工況下葉輪前的進(jìn)流條件，完全消除了軸流泵水力不穩(wěn)定“馬鞍區(qū)”，有效拓寬了軸流泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行工況范圍。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易加工制作，適用于任何類型的軸流泵。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3是本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；

圖4是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的裝配示意圖；

圖6是采用本發(fā)明前后的軸流泵水力性能對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)描述。

如圖所示，本發(fā)明涉及外套管1、進(jìn)口法蘭2、出口法蘭3、內(nèi)套管4、筋板5、消渦板6、葉輪7、葉輪室8、葉輪室進(jìn)口法蘭9、輪轂10、泵軸11等技術(shù)特征。

如圖1和圖2所示，一種改善軸流泵不穩(wěn)定水力特性的錐形進(jìn)水裝置，包括外套管1，外套管1的兩端分別為進(jìn)口端和出口端，出口端外壁設(shè)置有出口法蘭3，外套管1的出口端與軸流泵葉輪室的進(jìn)口端通過(guò)出口法蘭3連接，且外套管1出口端的直徑D等于軸流泵葉輪室的進(jìn)口端直徑；

外套管1的進(jìn)口端外壁設(shè)置有進(jìn)口法蘭2，外套管1的進(jìn)口端能夠與進(jìn)水管道通過(guò)進(jìn)口法蘭2連接；

外套管1內(nèi)設(shè)置有內(nèi)套管4，內(nèi)套管4與外套管1之間具有間隙，該間隙內(nèi)設(shè)置有筋板5，通過(guò)筋板5將內(nèi)套管4與外套管1固定連接，內(nèi)套管4內(nèi)壁上設(shè)置有消渦板6。

外套管1、進(jìn)口法蘭2、出口法蘭3、內(nèi)套管4、筋板5以及消渦板6可采用金屬材料、塑料材料或有機(jī)玻璃材料加工制作。

外套管1、內(nèi)套管4、筋板5以及消渦板6的結(jié)構(gòu)及位置尺寸均用以外套管1出口直徑D為基準(zhǔn)的相對(duì)值表示，將這些相對(duì)值乘以外套管1出口直徑D即可得到應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)際尺寸。

如圖3和圖4所示，外套管1與內(nèi)套管4均為具有相同錐度的錐形結(jié)構(gòu)，進(jìn)口端直徑較出口端大。外套管1的錐角α為5～60°、進(jìn)口直徑D1為1.05～5D，高度H為0.05～3D；外套管的進(jìn)口可開(kāi)敞使用，也可與進(jìn)水管道通過(guò)法蘭連接；進(jìn)口法蘭2沿圓周均布4～12個(gè)螺孔，出口法蘭3沿圓周均布4～12個(gè)螺孔；內(nèi)套管4位于外套管1的內(nèi)部且兩者的表面相平行，所形成的間隙垂直距離T1為0.005～0.1D；內(nèi)套管4的進(jìn)口邊與外套管1的進(jìn)口邊相平齊；內(nèi)套管4的出口邊高于外套管1的出口邊；內(nèi)套管4的進(jìn)、出口邊均進(jìn)行倒圓以減小水流沖擊損失；內(nèi)套管4的厚度T3為0.001～0.01D；內(nèi)套管4的外壁與外套管1的內(nèi)壁通過(guò)沿周方向均勻布置的4～6個(gè)筋板5連接；筋板5的進(jìn)、出口邊均進(jìn)行倒圓處理以減小水流沖擊損失；筋板5的寬度T2為0.001～0.005D；筋板的長(zhǎng)度與外套管的內(nèi)壁母線長(zhǎng)度相等，為L(zhǎng)1；內(nèi)套管4的內(nèi)壁上沿圓周方向均勻布置6～18個(gè)消渦板6；消渦板6在圓周方向上的對(duì)應(yīng)角度θ為5～20°；消渦板的長(zhǎng)度與內(nèi)套管內(nèi)壁的母線長(zhǎng)度相等，為L(zhǎng)2，消渦板的厚度T4為0.01～0.2D。

實(shí)施例1

如圖5所示，其中，外套管1出口經(jīng)法蘭3與葉輪室進(jìn)口法蘭9連接，外套管進(jìn)口直徑D等于葉輪室8的進(jìn)口直徑290mm，外套管1的錐角為15°、高度為230mm、進(jìn)口直徑為350mm，外套管進(jìn)口法蘭與進(jìn)水管道連接，內(nèi)套管4與外套管1間距為5mm且通過(guò)4個(gè)周向均布的筋板5連接，內(nèi)套管4厚度為1.2mm，筋板5寬度為2mm，內(nèi)套管內(nèi)壁上沿周向均布12個(gè)消渦板6，消渦板6在圓周方向上的對(duì)應(yīng)角度為10°、厚度為10mm，內(nèi)套管與葉輪葉片的進(jìn)口邊距離為8mm。

如圖6所示，采用三維流動(dòng)數(shù)值模擬方法，對(duì)比分析采用本發(fā)明前后的軸流泵裝置水力性能曲線可以發(fā)現(xiàn)：本發(fā)明的錐形進(jìn)水裝置能夠消除軸流泵水力性能中不穩(wěn)定的“馬鞍區(qū)”，從而可以保證軸流泵在全流量工況下穩(wěn)定運(yùn)行，有效拓寬軸流泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行工況區(qū)間。