一种改善轴流泵不稳定水力特性的锥形进水装置的制作方法

本发明属于水泵技术领域，具体涉及一种改善轴流泵不稳定水力特性的锥形进水装置。

背景技术：

轴流泵具有流量大、扬程低的特点，广泛应用于跨流域调水、农业灌溉以及市政给排水等领域。在设计工况下，轴流泵进水条件良好、内部流动稳定，此时泵的水力效率较高且运行稳定。但是，在非设计工况下尤其是小流量工况时，叶轮进口入流角度的改变不但引起叶片背面进口边处产生流动分离，还造成叶片上下表面压差增大促使叶顶间隙泄漏流增强。叶片背面分离流与叶轮叶顶泄漏流的流动方向与主流方向相反，同时由于受到叶轮旋转作用的影响使得上述流动具有较大的周向速度，从而堵塞叶轮进口流道、恶化水泵进流条件，引起泵的水力损失增大、水泵性能急剧下降，促使水力不稳定“马鞍区”的形成，严重影响轴流泵的安全稳定运行。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有轴流泵进水装置的不足，提出一种改善轴流泵不稳定水力特性的锥形进水装置，在不会对设计流量和大流量工况下泵的水力性能产生较大影响的情况下，可充分改善小流量工况下轴流泵叶轮进口前的进水条件，完全消除轴流泵不稳定“马鞍区”的产生，有效拓宽轴流泵稳定的运行工况区间。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种改善轴流泵不稳定水力特性的锥形进水装置，包括外套管，外套管的两端分别为进口端和出口端，出口端外壁设置有出口法兰，所述出口法兰沿圆周均布4～12个螺孔，外套管的出口端与轴流泵叶轮室的进口端通过出口法兰连接，且外套管出口端的直径D等于轴流泵叶轮室的进口端直径；

外套管的进口端外壁设置有进口法兰，所述进口法兰沿圆周均布4～12个螺孔，外套管的进口端能够与进水管道通过进口法兰连接；

外套管内设置有内套管，内套管与外套管之间具有间隙，该间隙内设置有筋板，通过该筋板将内套管与外套管固定连接，内套管内壁上设置有消涡板。

以上所述内套管外壁面与外套管内壁面通过沿圆周方向均匀布置的4～6个筋板连接；所述内套管的内壁上沿圆周方向均匀布置6～18个消涡板；所述筋板的进、出口边均进行倒圆处理以减小水流冲击损失。

本发明所述外套管、内套管、筋板以及消涡板的结构及位置尺寸均用以外套管出口直径D为基准的相对值表示，将这些相对值乘以外套管出口直径D即可得到应用本发明的实际尺寸。

优选地，所述外套管的出口与轴流泵叶轮室的进口通过法兰连接，且外套管的出口直径D等于轴流泵叶轮室的进口直径；所述外套管的锥角为5～60°，进口直径为1.05～5D，高度为0.05～3D；所述外套管的进口可开敞，也可与进水管道通过法兰连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述外套管与内套管均为具有相同锥度的锥形结构，进口端直径较出口端大。

进一步地，所述内套管的厚度为0.001～0.01D，内套管与外套管间距为0.005～0.1D。

进一步地，所述内套管的进口端与外套管的进口端平齐，内套管的出口端高于外套管的出口端，外套管与轴流泵叶轮室连接后，内套管的出口端靠近叶轮叶顶处；所述内套管的进、出口端均为倒圆设计。

更进一步地，消涡板圆周均布在内套管的内壁上，消涡板为扇形结构，圆周方向上两侧边的夹角为5～20°；所述消涡板的长度与内套管内壁的母线长度相等，消涡板的厚度为0.01～0.2D。

优选地，所述筋板的宽度为0.001～0.005D；所述筋板的长度与外套管内壁的母线长度相等。

本发明以上所述外套管、进口法兰、出口法兰、内套管、筋板以及消涡板可采用金属材料、塑料材料或有机玻璃材料加工制作。

本发明是基于流体动力学理论和轴流泵设计理论，通过对小流量工况下轴流泵内部复杂流动的试验测量、数值模拟分析的基础上，所提出的一种结构简单、科学合理的进水装置。

本发明的有益效果是：

本发明中的内套管可将叶片叶顶处的间隙泄漏流和叶轮中心处的主流进行分隔，防止叶顶间隙泄漏流对主流的阻碍影响，同时筋板亦可减少叶顶间隙泄漏流周向速度引起的水力损失；内套管内壁上均布的消涡板能够起到削弱叶轮进口前周向旋转流动的作用。因此，本发明充分改善了小流量工况下叶轮前的进流条件，完全消除了轴流泵水力不稳定“马鞍区”，有效拓宽了轴流泵的安全稳定运行工况范围。本发明的结构简单且易加工制作，适用于任何类型的轴流泵。

附图说明

图1是本发明的结构剖面示意图；

图2是本发明的结构俯视图；

图3是本发明的剖面结构尺寸示意图；

图4是本发明的平面结构尺寸示意图；

图5是本发明实施例的装配示意图；

图6是采用本发明前后的轴流泵水力性能对比图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明加以详细描述。

如图所示，本发明涉及外套管1、进口法兰2、出口法兰3、内套管4、筋板5、消涡板6、叶轮7、叶轮室8、叶轮室进口法兰9、轮毂10、泵轴11等技术特征。

如图1和图2所示，一种改善轴流泵不稳定水力特性的锥形进水装置，包括外套管1，外套管1的两端分别为进口端和出口端，出口端外壁设置有出口法兰3，外套管1的出口端与轴流泵叶轮室的进口端通过出口法兰3连接，且外套管1出口端的直径D等于轴流泵叶轮室的进口端直径；

外套管1的进口端外壁设置有进口法兰2，外套管1的进口端能够与进水管道通过进口法兰2连接；

外套管1内设置有内套管4，内套管4与外套管1之间具有间隙，该间隙内设置有筋板5，通过筋板5将内套管4与外套管1固定连接，内套管4内壁上设置有消涡板6。

外套管1、进口法兰2、出口法兰3、内套管4、筋板5以及消涡板6可采用金属材料、塑料材料或有机玻璃材料加工制作。

外套管1、内套管4、筋板5以及消涡板6的结构及位置尺寸均用以外套管1出口直径D为基准的相对值表示，将这些相对值乘以外套管1出口直径D即可得到应用本发明的实际尺寸。

如图3和图4所示，外套管1与内套管4均为具有相同锥度的锥形结构，进口端直径较出口端大。外套管1的锥角α为5～60°、进口直径D1为1.05～5D，高度H为0.05～3D；外套管的进口可开敞使用，也可与进水管道通过法兰连接；进口法兰2沿圆周均布4～12个螺孔，出口法兰3沿圆周均布4～12个螺孔；内套管4位于外套管1的内部且两者的表面相平行，所形成的间隙垂直距离T1为0.005～0.1D；内套管4的进口边与外套管1的进口边相平齐；内套管4的出口边高于外套管1的出口边；内套管4的进、出口边均进行倒圆以减小水流冲击损失；内套管4的厚度T3为0.001～0.01D；内套管4的外壁与外套管1的内壁通过沿周方向均匀布置的4～6个筋板5连接；筋板5的进、出口边均进行倒圆处理以减小水流冲击损失；筋板5的宽度T2为0.001～0.005D；筋板的长度与外套管的内壁母线长度相等，为L1；内套管4的内壁上沿圆周方向均匀布置6～18个消涡板6；消涡板6在圆周方向上的对应角度θ为5～20°；消涡板的长度与内套管内壁的母线长度相等，为L2，消涡板的厚度T4为0.01～0.2D。

实施例1

如图5所示，其中，外套管1出口经法兰3与叶轮室进口法兰9连接，外套管进口直径D等于叶轮室8的进口直径290mm，外套管1的锥角为15°、高度为230mm、进口直径为350mm，外套管进口法兰与进水管道连接，内套管4与外套管1间距为5mm且通过4个周向均布的筋板5连接，内套管4厚度为1.2mm，筋板5宽度为2mm，内套管内壁上沿周向均布12个消涡板6，消涡板6在圆周方向上的对应角度为10°、厚度为10mm，内套管与叶轮叶片的进口边距离为8mm。

如图6所示，采用三维流动数值模拟方法，对比分析采用本发明前后的轴流泵装置水力性能曲线可以发现：本发明的锥形进水装置能够消除轴流泵水力性能中不稳定的“马鞍区”，从而可以保证轴流泵在全流量工况下稳定运行，有效拓宽轴流泵的安全稳定运行工况区间。