带有角度可调仿生导叶的周向轴向可调节筒体的制作方法

本发明涉及一种离心泵进口导叶结构，特别是涉及了一种带有角度可调仿生导叶的周向轴向可调节筒体。

背景技术：

离心泵是水力机械中应用最广泛的一种,是和我们日常生活和生产活动联系最紧密的一种机械,涉及多个国民经济命脉。

离心泵易产生空化现象，加装诱导轮可以明显减少空化现象，但诱导轮的进口附近易产生回流，由于诱导轮在离心力的作用下，叶轮外缘跟靠近轮毂处产生了压力差，由于诱导轮叶片的一直旋转，这种压力差将一直保持着，这就会导致诱导轮进口外缘位置的液流回到主流当中。在回流重返到主流的时候，回流的旋转运动将会影响到主流的流态，导致主流也跟着作旋转运动，进而就产生了预旋。尤其在小流量工况下，诱导轮的进口回流将对主流产生很大的影响，因此改善诱导轮的进口回流问题成为研究影响离心泵性能的重要问题。

技术实现要素：

为了改善诱导轮入口回流问题，本发明提供了一种带有角度可调仿生导叶的周向轴向可调节筒体。

本发明的技术方案如下：

本发明的筒体安装在离心泵的上游管路中且与离心泵或诱导轮同轴设置，筒体主要由花键筒主体、仿生导叶、轴向调节轮盘、棘轮、主棘爪套筒、从棘爪套筒和花键筒套筒组成，花键筒主体沿轴向分为前后两段，前段的外围套装有轴向调节轮盘，轴向调节轮盘的内壁面与前段的外壁面之间具有空隙用于安装主棘爪套筒、从棘爪套筒和棘轮，主棘爪套筒活动套装在前段的前端使得主棘爪套筒周向转动且轴向不移动，从棘爪套筒固定套装在前段的末端，主棘爪套筒和从棘爪套筒之间不接触连接且具有环形间隙，环形间隙沿周向开有多个键槽卡孔，每个键槽卡孔均沿径向贯穿至花键筒主体的内壁面，多个连接轴分别对应安装在各自的键槽卡孔中，每个连接轴的连接结构相同，连接轴伸出花键筒主体外的一端固定套装有棘轮，主棘爪套筒和从棘爪套筒在靠近棘轮的位置处分别设有用于与棘轮啮合的棘爪，主棘爪套筒和从棘爪套筒通过各自的棘爪分别与棘轮啮合构成棘轮棘爪机构，连接键伸入花键筒主体内的一端固定连接有仿生导叶，每个仿生导叶均为仿生座头鲸鳍结构。

后段沿外周面的周向设置有花键，花键的每个键齿均沿轴线方向设置，相邻的两个键齿轴向长度不同，后段的外周面套装有花键筒套筒，花键筒套筒的内周面设有用于与花键配合使用的键齿槽，花键筒套筒的末端通过螺纹连接在离心泵的上游管路中。

优选的，仿生导叶沿花键筒主体的径向方向向内延伸形成立体导叶结构，立体导叶结构的横截面为轴对称的雨滴形，雨滴形的大小两端分别作为仿生导叶的头端和尾端，头端靠近花键筒主体的前端入口处设置且设有仿生座头鲸鳍的波浪型结构。

优选的，主棘爪套筒的前端沿径向设有向外延伸的周向凸缘，周向凸缘的表面设有刻度盘，刻度盘本体的一周设有均布的角度刻度，用于显示仿生导叶的周向调节角度。

优选的，花键为矩形花键，矩形花键包括沿周向交替分布的长键齿和短键齿，花键槽套筒的键齿槽的长度同样按长短交替形式分布，通过键齿与键齿的长短配合调节仿生叶片相对离心泵周向及轴向位置。

优选的，轴向调节轮盘的外周面设有沿径向向外延伸的周向凸缘，周向凸缘便于筒体进行轴向调节。

本发明的有益效果如下：

本发明在离心泵或诱导轮前加装可改变叶片预旋角度以及周向、轴向可调节的仿生导叶，仿生导叶的形状仿生座头鲸鳍来改变来流形态，减少了离心泵或诱导轮进口回流。

附图说明

图1为本发明的半剖结构示意图；

图2为花键筒主体的结构示意图；

图3为花键筒主体及花键筒套筒配合连接关系的示意图；

图4为本发明的棘轮棘爪机构示意图；

图5为本发明的仿生导叶示意图。

图中，1.花键筒主体、2.仿生导叶、3.刻度盘、4.轴向调节轮盘、5.连接轴、6.棘轮、7.主棘爪套筒、8.从棘爪套筒、9.键槽卡孔、10.花键筒套筒、11.棘爪。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明安装在离心泵的上游管路中且与诱导轮或离心泵叶轮同轴设置，花键筒主体1沿轴向分为前后两段，靠近来流入口处为前段，靠近诱导轮的一段为后段，前后两段一体制成。

如图2所示，前段的外围套装有轴向调节轮盘4，轴向调节轮盘4的外周面设有沿径向向外延伸的周向凸缘，周向凸缘便于筒体进行轴向调节。轴向调节轮盘4的内壁面与前段的外壁面之间具有空隙用于安装主棘爪套筒7、从棘爪套筒8和棘轮6，主棘爪套筒7活动套装在前段的前端使得主棘爪套筒7周向转动且轴向不移动，从棘爪套筒8固定套装在前段的末端，即从棘爪套筒8周向和轴向均不活动。主棘爪套筒7和从棘爪套筒8之间不接触连接且具有环形间隙，环形间隙沿周向开有多个键槽卡孔9，每个键槽卡孔9均沿径向贯穿至花键筒主体1的内壁面，多个连接轴5分别对应安装在各自的键槽卡孔9中，一个仿生导叶2和一个棘轮6通过共用的连接轴5分别连接在花键筒主体1的内外壁面上。具体实施中，棘轮6与仿生导叶2以键轴形式连接，可以根据刻度轮盘3调节导叶的具体角度变化。

主棘爪套筒7的前端沿径向设有向外延伸的周向凸缘，使得主棘爪套筒7构成t字形的套筒，周向凸缘的表面设有刻度盘3，刻度盘3本体的一周设有均布的角度刻度，用于显示仿生导叶2的预旋调节角度。

如图4所示，每个连接轴5的连接结构相同，以任意一个连接轴5为例进行说明。连接轴5伸出花键筒主体1外的一端固定套装有棘轮6，主棘爪套筒7和从棘爪套筒8在靠近棘轮6的位置处分别设有用于与棘轮6啮合的主棘爪和从棘爪，主棘爪和从棘爪的数量与仿生导叶2的数量相同，主棘爪套筒7和从棘爪套筒8通过各自的棘爪11分别与共同的一个棘轮6啮合构成棘轮棘爪机构，连接键伸入花键筒主体1内的一端固定连接有仿生导叶2，每个仿生导叶2均为仿生座头鲸鳍结构；棘爪11可以转动一定的角度，用来调节棘轮6的周向转动。

如图2、图3所示，花键筒主体1的后段沿外周面的周向设置有花键，花键的每个键齿均沿轴线方向设置，相邻的两个键齿的轴向长度不同，后段的外周面套装有花键筒套筒10，花键筒套筒10的内周面设有用于与花键配合使用的键齿槽，花键筒套筒10的末端(靠近诱导轮的一端)通过螺纹连接在诱导轮的上游管路中。花键筒套筒10的外径与轴向调节轮盘4的外径大小相同。螺纹设置在花键轴套筒10的内壁面的末端。

如图1、图5所示，仿生导叶2沿花键筒主体1的径向方向向内延伸形成立体导叶结构，立体导叶结构的横截面为轴对称的雨滴形，雨滴形的大小两端分别作为仿生导叶2的头端和尾端，头端靠近花键筒主体1的前端入口处设置且加工有仿生座头鲸鳍的波浪型结构。雨滴形的对称轴与花键筒主体1轴线的夹角即为仿生导叶2的预旋角度，通过主棘爪套筒7的转动调节改变仿生导叶2的预旋角度。

本发明的仿生导叶2为仿生结构，仿生导叶2的头端的端面为仿生导叶2的来流面，仿照座头鲸鳍将仿生导叶2的来流面以正弦曲线进行设计，改变来流流动形态。

具体实施中，仿生导叶2有六个，六个仿生导叶2均匀分布于花键筒主体1的内壁一周。每个仿生导叶2均以10°的预旋角度通过轴装配在花键筒主体1的内壁上。

如图2所示，花键为矩形花键，矩形花键包括沿周向交替分布的长键齿和短键齿，花键槽套筒10的键齿槽的长度同样按长短交替形式分布，通过键齿与键齿的长短配合调节仿生叶片2相对诱导轮的周向及轴向位置。

本发明的具体工作过程如下：

首先通过花键筒套筒10将整个筒体安装在诱导轮的上游管路中，来流通过花键筒主体1内的仿生导叶2流入诱导轮中。

然后根据实际需要调整仿生导叶2的周向角度安装位置使其可以最大程度减少回流的产生。具体做法是：将花键筒主体1的长键齿与花键轴套筒10的长键齿槽啮合的状态当作是一个初始安装状态，在初始状态下沿轴向向外拉出轴向调节轮盘4，使花键筒主体1的花键与花键轴套筒10的键槽脱离啮合，然后将花键筒主体1旋转一定角度，直至花键轴1的长键齿转到与花键轴套筒10的下一级的长键齿槽啮合位置时将轴向调节轮盘4推回，使花键筒主体1的花键与花键轴套筒10的键槽重新啮合，实现仿生导叶2的周向位置调节。此时的花键轴套筒10基本完全覆盖花键筒主体1的花键。

根据实际需要调整仿生导叶2的轴向安装位置以适应所需安装的轴向距离。具体做法是：在调整好仿生导叶2的周向角度安装位置的前提下，轴向拉出轴向调节轮盘4，将花键筒主体1稍稍旋转一定角度，直至花键筒主体1的长键齿转到与花键轴套筒10的短键齿槽啮合位置，然后将轴向调节轮盘4推回。由于花键筒主体1的长键齿转到与花键筒套筒10的短键齿槽啮合，此时的花键筒套筒10只能覆盖花键筒主体1的轴向长度的一半，如图3所示。

调整仿生导叶2的预旋角度的具体做法是：

转动主棘爪套筒7，带动主棘爪套筒7上的棘爪转动从而产生周向位置的移动，主棘爪周向移动带动棘轮6转动一定角度，从棘爪在棘轮6的转动作用下与棘轮6的下一轮齿处啮合，刻度轮盘3根据棘轮6转过的角度设置刻度，即刻度轮盘3可以显示调节的叶片旋转角度，读取刻度轮盘3的角度读数即可得到仿生导叶2所调整的角度，从而实现了对仿生导叶2的预旋角度调节。

在离心泵的诱导轮前加装本发明可以显著改变诱导轮进口来流的流态，减少回流的产生。本发明能够根据离心泵的叶轮的径向力大小来调整导叶预旋角度以及周向轴向安装位置的不同，实现了仿生导叶的周向轴向可调节，从而提高了离心泵的使用性能。