一种高扬程灯泡贯流泵的制作方法

本发明涉及流体机械及泵站装置技术领域，特别是一种高扬程灯泡贯流泵。

背景技术：

能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。随着现代社会经济的飞速发展，人类对能源的需求急剧增长。目前，大量使用的化石燃料，是有限的不可再生的能源，而且化石燃料已经逐渐枯竭。同时，化石燃料的大量使用，给环境造成的污染也日趋严重。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题。

我国水力资源非常丰富，居世界首位。水泵是输送液体或使液体增压的机械，它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，用来增加液体的位能、压能、动能(高速液流)。原动机通过泵轴带动叶轮旋转，对液体做功，使其能量增加，从而使需要数量的液体，由吸水池经泵的过流部件输送到要求的高处或要求压力的地方。

相比于轴流泵以及混流泵机组，在相同开挖深度条件下，贯流泵机组可以装得较低，同样的理由，如果采用相同的安装高度，可以减少厂房的开挖量和混凝土浇筑量，大大降低泵站的造价。因其机组为卧式布置，流动条件好，水力损失小，泵站厂房结构简单，造价低，被广泛应用于排灌和调水等工程中。

传统贯流泵多适用于较低扬程，具有流量大、机组结构紧凑、流道顺直、水力损失小、装置效率高等优点。然而，在高扬程使用时，则效率低下，加工难度大，制造成本高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种高扬程灯泡贯流泵，该高扬程灯泡贯流泵能提升贯流泵的扬程适用范围，并采用等厚度叶片，既能保证较高效率又进一步减小了实际加工的难度和成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高扬程灯泡贯流泵，包括沿水流方向依次同轴固定设置的进水流道、叶轮室、后导流体和出水流道。

叶轮室内设置有叶轮，叶轮包括轮毂和安装在轮毂上的若干个等厚度的叶轮叶片；轮毂与叶轮室为同心半球，轮毂与泵主轴相连接。

后导流体包括外罩、内罩和固定导叶；外罩同轴套装在內罩的外周，且外罩呈钟型；固定导叶倾斜设置在內罩与外罩之间。

外罩进水侧与叶轮室出水侧固定连接，外罩出水侧与出水流道固定连接，内罩进水侧与轮毂出水侧固定连接。

出水流道中设置有位置固定的灯泡体，灯泡体与内罩同轴设置，灯泡体的头部与内罩出水侧固定连接，灯泡体尾部为椭圆形。

每个叶轮叶片均由空间截面Span＝0、0.25、0.50、0.75、1.0处的5个不同翼型拟合而成，其中Span＝0为轮毂处截面，Span＝1.0为轮缘处截面，5个翼型均具有相同的翼型厚度f，翼型厚度f与叶轮室出口直径D3的比值为0.0125～0.0131。

假设叶轮叶片中每个翼型的中心线角度为γ，翼型上某点占翼型中心线长度的比例为x％，其中进水侧处x＝0，出水侧处x＝100，则：

Span＝0处翼型的中心线角度满足方程γ＝1.003x。

Span＝0.25处翼型的中心线角度满足方程γ＝1.0892x-11.866。

Span＝0.5处翼型的中心线角度满足方程γ＝1.1173x-17.148。

Span＝0.75处翼型的中心线角度满足方程γ＝1.1279x-20.149。

Span＝1.0处翼型的中心线角度满足方程γ＝1.1316x-22.087。

叶轮室出口直径D3与叶轮室进水侧直径D2的比值为1.622～1.628，叶轮室曲面母线半径r1与叶轮室出口直径D3的比值为0.497～0.503；叶轮室长度h1与叶轮室出口直径D3的比值为0.391～0.397。

轮毂具有两段不同曲率的曲面，两段轮毂曲面母线半径r2、r3与叶轮室出口直径D3的比值分别为0.266～0.272、0.327～0.333，轮毂出水侧直径D4与叶轮室出口直径D3的比值为0.535～0.541；轮毂长度h2与叶轮室出口直径D3的比值为0.297～0.303。

进水流道沿水流方向依次包括进水平直段、进水收缩A段和进水收缩B段；进水流道进水断面为A-A，进水平直段与进水收缩A段的交界面为B-B，进水收缩A段与进水收缩B段的交界面为C-C，进水收缩B段与叶轮室交界面为D-D；则A-A截面与B-B截面为相同的矩形，该矩形的长L1和宽L2的比值为1.310～1.316；C-C截面为圆面，C-C截面直径D1与L1的比值为0.759～0.765；D-D截面为圆面，D-D截面直径D2与D1的比值为0.689～0.695。

外罩的进水侧直径即为叶轮室出口直径D3，外罩出水侧直径d1与叶轮室出口直径D3的比值为0.843～0.849；内罩进水侧直径即为轮毂出水侧直径D4，内罩出水侧直径d2与叶轮室出口直径D3的比值为1.333～1.339；内罩和外罩的长度h3与叶轮室出口直径D3的比值为0.825～0.831。

每个固定导叶的中心线与内罩的中心轴线之间所呈的夹角为21.8°。

灯泡体尾部的椭圆形长轴与叶轮室出口直径D3的比值为0.886～0.892，椭圆形长轴与椭圆形短轴的比值为2.1；灯泡体通过支撑墩设置在出水流道中，支撑墩为圆柱形，支撑墩的圆柱直径d3与叶轮室出口直径D3的比值为0.253～0.259。

出水流道沿水流方向依次包括出水渐变段、出水扩散段和出水平直段；外罩与出水渐变段的交界面为E-E，出水渐变段与出水扩散段的交界面为F-F，出水扩散段与出水平直段的交界面为G-G，出水平直段的出口断面为H-H；则E-E截面为圆环面，该E-E截面的外圆直径即为外罩出水侧直径d1，E-E截面的内圆直径即为内罩出水侧直径d2；F-F截面为正方形，F-F截面的边长L3与叶轮室出口直径D3的比值为1.333～1.339；G-G截面为矩形，G-G截面的矩形长L4与叶轮室出口直径D3的比值为1.741～1.747，G-G截面的矩形宽L5与叶轮室出口直径D3的比值为1.666～1.672；H-H截面为矩形，H-H截面的矩形长L6与叶轮室出口直径D3的比值为1.741～1.747，H-H截面的矩形宽L7与叶轮室出口直径D3的比值为1.666～1.672。

本发明具有的有益效果如下：

1、本发明所设计的渐变型的进水流道，结构简单，水力损失小，流态较好。在不同工况下进水流道水力损失在0.015m～0.021m之间。

2、本发明所设计的叶轮具有较强的做功能力，在保证效率和扬程的前提下采用等厚度叶片，减小加工成本，制作工艺简便。设计工况(转速为1430r/min，贯流泵流量为250L/s)时，叶轮效率可达到90％。

3、本发明所设计的后导流体呈钟型，不同工况下后导流体的扬程损失占最高扬程的6.7％～7.7％，在高扬程的条件下该后导流体的水力损失少，流态好。

4、本发明所设计的渐变的出水流道，不同工况下出水流道水力损失为0.060～0.066m。体现出在该发明后导流体作用下，灯泡体尾部椭圆设计和支撑墩圆柱形设计有效地避免了过高的出水流道水力损失。包含灯泡体和支撑墩在内的出水流道水力损失小，流态好。

5、较传统灯泡贯流泵，本发明不仅延续了原有灯泡贯流泵的优点，并且具有结构简单，安装方便，资源利用率高，投资低等特点，并能够适用于较高扬程，提升了传统贯流泵的扬程运用范围，尤其是在7～10m扬程范围内可采用该发明进行高效的工作。

附图说明

图1显示了本发明一种高扬程灯泡贯流泵的结构示意图。

图2显示了本发明的进水流道结构示意图。

图3显示了本发明进水流道的截面形状示意图。

图4显示了本发明的叶轮示意图。

图5显示了本发明的叶轮室示意图。

图6显示了本发明的叶轮叶片的翼型参数定义图。

图7显示了本发明的叶轮叶片的翼型形状示意图。

图8显示了本发明的后导流体示意图。

图9显示了本发明的出水流道结构示意图。

图10显示了本发明的出水流道截面形状示意图。

图中：1、进水平直段；2、进水收缩A段；3、进水收缩B段；4、叶轮室；5、叶轮叶片；6、轮毂；7、固定导叶；8、外罩；9、内罩；10、支撑墩；11、灯泡体；12、出水流道渐变段；13、出水流道扩散段；14、出水流道平直段；15、泵主轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种高扬程灯泡贯流泵，包括沿水流方向依次同轴固定设置的进水流道、叶轮室4、后导流体和出水流道。

如图1所示，进水流道沿水流方向依次包括进水平直段1，进水收缩A段2和进水收缩B段3。

如图2和图3所示，假设进水流道进水断面为A-A，进水平直段与进水收缩A段的交界面为B-B，进水收缩A段与进水收缩B段的交界面为C-C，进水收缩B段与叶轮室交界面为D-D。则各交界面参数分别为：A-A截面与B-B截面优选为相同的矩形，该矩形的长L1和宽L2的比值为1.310～1.316；C-C截面优选为圆面，C-C截面直径D1与L1的比值为0.759～0.765；D-D截面优选为圆面，D-D截面直径D2与D1的比值为0.689～0.695。

如图1和图4所示，叶轮室内设置有叶轮，叶轮包括轮毂6和安装在轮毂上的若干个等厚度的叶轮叶片5，叶轮叶片数量优选为4个。

轮毂与泵主轴15相连接，轮毂为半球体，轮毂优选由两段不同曲率的曲面构成，两段曲面母线的半径r2、r3与叶轮室出口直径D3的比值分别为0.266～0.272、0.327～0.333，轮毂出水侧直径D4与叶轮室出口直径D3的比值为0.535～0.541；轮毂长度h2与叶轮室出口直径D3的比值为0.297～0.303。

如图1和图5所示，叶轮室4与轮毂6为同心半球，其进水侧与进水流道固定连接。叶轮室为曲面构成，叶轮室进水侧直径即为交界圆面D-D直径D2，叶轮室出口直径D3与进水侧直径D2的比值为1.622～1.628，曲面母线半径r1与叶轮室出口直径D3的比值为0.497～0.503；叶轮室长度h1与叶轮室出口直径D3的比值为0.391～0.397。

如图6所示，每个叶轮叶片均由空间截面Span＝0、0.25、0.50、0.75、1.0处的5个不同翼型拟合而成，其中Span＝0为轮毂处截面，Span＝1.0为轮缘处截面。

每个翼型均具有相同的翼型厚度f，翼型厚度f与叶轮室出口直径D3的比值为0.0125～0.0131。

假设叶轮叶片的每个翼型的中心线角度为γ，翼型上某点占翼型中心线长度的比例为x％，其中进水边处x＝0，出水边处x＝100。

则如图7所示：Span＝0处翼型的中心线角度满足方程γ＝1.003x。

Span＝0.25处翼型的中心线角度满足方程γ＝1.0892x-11.866。

Span＝0.5处翼型的中心线角度满足方程γ＝1.1173x-17.148。

Span＝0.75处翼型的中心线角度满足方程γ＝1.1279x-20.149。

Span＝1.0处翼型的中心线角度满足方程γ＝1.1316x-22.087。

后导流体包括外罩8、内罩9和固定导叶7。

如图1和图8所示，外罩同轴套装在內罩的外周，且外罩呈钟型。外罩的进水侧直径即为叶轮室出口直径D3，外罩出水侧直径d1与叶轮室出口直径D3的比值为0.843～0.849，内罩进水侧直径即为轮毂出水侧直径D4，内罩出水侧直径d2与叶轮室出口直径D3的比值为1.333～1.339。内罩和外罩的长度h3与叶轮室出口直径D3的比值为0.825～0.831。

固定导叶7倾斜设置在內罩与外罩之间，固定导叶7的数量优选为7个。每个固定导叶的中心线与内罩的中心轴线之间所呈的夹角优选为21.8°。

叶轮室的出水侧与外罩入水侧固定连接，外罩的出水侧与出水流道固定连接，内罩进水侧与轮毂出水侧固定连接。

如图1所示，灯泡体11优选通过支撑墩10设置在出水流道中，灯泡体尾部为椭圆形，灯泡体尾部的椭圆形长轴与叶轮室出口直径D3的比值为0.886～0.892，椭圆形长轴与椭圆形短轴的比值为2.1。

上述支撑墩优选为圆柱形，支撑墩的圆柱直径d3与叶轮室出口直径D3的比值优选为0.253～0.259。

如图1、图9和图10所示，出水流道沿水流方向依次包括出水渐变段12、出水扩散段13和出水平直段14。

假设外罩与出水渐变段的交界面为E-E，出水渐变段与出水扩散段的交界面为F-F，出水扩散段与出水平直段的交界面为G-G，出水平直段的出口断面为H-H。

则各交界面参数优选为：E-E截面为圆环面，该E-E截面的外圆直径即为外罩出水侧直径d1，E-E截面的内圆直径即为内罩出水侧直径d2；F-F截面为正方形，F-F截面的边长L3与叶轮室出口直径D3的比值为1.333～1.339；G-G截面为矩形，G-G截面的矩形长L4与叶轮室出口直径D3的比值为1.741～1.747，G-G截面的矩形宽L5与叶轮室出口直径D3的比值为1.666～1.672；H-H截面为矩形，H-H截面的矩形长L6与叶轮室出口直径D3的比值为1.741～1.747，H-H截面的矩形宽L7与叶轮室出口直径D3的比值为1.666～1.672。

以下以几个具体算例对本发明的高扬程灯泡贯流泵进行的试验效果验证如下：

例1，设贯流泵叶轮室出口直径D3为0.39m，叶轮额定转速为1430r/min，贯流泵扬程为7.5m，贯流泵实测流量为量为262L/s，轴功率为23.86kW，贯流泵效率为81.22％。

例2，设贯流泵叶轮室出口直径D3为0.39m，叶轮额定转速为1430r/min，贯流泵扬程为8.5m，贯流泵实测流量为量为249L/s，轴功率为25.23kW，贯流泵效率为82.55％。

例3，设贯流泵叶轮室出口直径D3为0.39m，叶轮额定转速为1430r/min，贯流泵扬程为9.5m，贯流泵实测流量为量为232L/s，轴功率为26.70kW，贯流泵效率为81.25％。

例4，设贯流泵叶轮室出口直径D3为0.31m，叶轮额定转速为1788r/min，贯流泵扬程为8.5m，贯流泵实测流量为量为159L/s，轴功率为16.21kW，贯流泵效率为82.11％。

例5，设贯流泵叶轮室出口直径D3为0.47m，叶轮额定转速为1191r/min，贯流泵扬程为8.5m，贯流泵实测流量为量为359L/s，轴功率为36.38kW，贯流泵效率为82.64％。

通过以上算例可以看出，本发明在7.5m～9.5m的高扬程范围内不同流量工况下，均能保证较高的效率，能够达到预期效果。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。