一种带副叶片的新型全贯流泵及其设计方法转让专利
申请号 : CN202010441878.4
文献号 : CN111561451B
文献日 : 2021-08-06
发明人 : 石丽建 , 朱军 , 袁尧 , 王丽 , 汤方平
申请人 : 扬州大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种带副叶片的新型全贯流泵,包括泵体外壳(5);其特征在于:所述全贯流泵还由轮毂(4)、定子(3)、主叶片(1)、副叶片(6)和转子(2)组成;所述主叶片(1)固定设置在所述轮毂(4)上,所述转子(2)的内壁与所述主叶片(1)的外缘连接固定,所述泵体外壳(5)内壁上设有凹槽,所述凹槽内卡接设有定子(3),所述定子(3)的内壁与转子(2)的外壁之间设有间隙,所述定子(3)与转子(2)之间的间隙不大于6mm,所述副叶片(6)的轮缘与定子(3)的内壁之间设有间隙,间隙值不大于0.1mm,所述副叶片(6)设置在所述间隙内,所述副叶片(6)通过螺栓(7)与所述转子(2)的外壁连接固定,所述副叶片(6)的轮缘叶栅稠密度l/t为0.9,叶片根部的叶栅稠密度为1.3倍的叶片轮缘叶栅稠密度。
2.根据权利要求1所述的一种带副叶片的新型全贯流泵,其特征在于:所述副叶片(6)沿转子的圆周方向均匀设置,副叶片(6)的叶片数为8片。
3.一种带副叶片的新型全贯流泵的设计方法,其特征在于,所述设计方法如下:(1)针对全贯流泵叶轮出口轮缘处的压力高,进口轮缘处的压力低,在压力差的作用下,叶轮出口轮缘处的水流会顺着定转子的间隙回流到叶轮进口处,会与电机转子外缘产生较大的摩擦损失,增加摩擦扭矩,会扰乱叶轮进口处的流场,影响水泵叶轮的进口条件,造成水力损失,从而导致扬程和效率的下降;电机定子与转子间的间隙尺寸过大,增大了副叶片的抽水能力,水泵轴功率增大,效率下降;过小的间隙尺寸,不能保证副叶片的抽水能力,且副叶片安装不方便,在设计过程中需要考虑副叶片的抽水能力,需要通过改变副叶片的叶片数z以及叶栅稠密度l/t,提高副叶片的做功能力,调整间隙回流的方向,从而消除回流对进口流场的影响;
(2)利用定子与转子间的空隙,通过螺栓将副叶片固定在转子的外缘,主叶片、副叶片、轮毂和转子共同形成水泵的整体部件;由于主叶轮和副叶轮运行条件相同,处于同个工作环境下,副叶轮和主叶轮有着相同的进水条件,两叶轮的轴向速度Vm以及圆周分速度Vu相同,对于叶弦安放角βL,副叶片只与主叶片进出口的液流角和冲角有关,其中液流角与速度三角形有关,因此副叶片采用和叶轮相同的叶弦安放角βL进行设计;
(3)以叶轮转速n=950r/min,设计流量Q=390L/s,设计扬程H=3.2m,叶轮直径D=350mm,轮毂直径d=140mm,叶片数z=4的叶轮为设计参数,叶轮设计采用圆弧法,忽略排挤系数ψ,水力效率ηh和出口圆周分速v'u2修正系数ζ,对叶弦安放角βL取轮毂和轮缘两个断面进行设计,设计过程如下:
(3‑1)计算轴面速度vm;
2 2
容积损失ηv为0.98,vm=4Q/π(D‑d)ηv=5.08m/s,其中vm1=vm2;
(3‑2)计算牵连速度u;
u=Dπn/60;
(3‑3)计算圆周分速vu;
vu2=gH/u,其中vu1=0;
(3‑4)计算进口叶片角β1;
β1=β'1+△β1,β'1=arctan(vm/u);
进口冲角取值范围0°~3°,从轮毂到轮缘线性增加;
(3‑5)计算出口叶片角β2;
β2=β'2+△β2,β'2=arctan(vm/(u‑vu2));
出口冲角选用范围0°~3°;
(3‑6)计算叶弦安放角βL;
βL=(β1+β2)/2;
(4)将上述叶弦安放角带入副叶轮中,计算型线半径R,R=l/2sin((β1‑β2)/2) ;
副叶轮同样选取副叶轮根部和外缘两个断面,叶片数z=8,副叶轮径向高度h=6mm,转子厚度单边m=12mm;
(5)通过在转子外缘安装副叶轮,实现调整间隙回流的方向,使得间隙内水流的方向与叶轮内方向一致,减小回流对叶轮进口的影响,为了保证副叶轮在间隙内的抽水能力,通过增加叶片数和叶栅稠密度,增加了副叶轮的做功能力。
说明书 :
一种带副叶片的新型全贯流泵及其设计方法
技术领域
背景技术
的转子相连,通过电机的定子与转子的电磁作用,使其变成转子的一部分。然而目前的全贯
流泵运行效率远不如轴流泵,影响其效率的主要原因是电机定子与转子之间的间隙回流
水,这也是目前亟需解决的问题。间隙回流是在叶轮进出口的压差作用下,形成从叶轮出口
流向叶轮进口的水流。间隙回流虽有冷却电机的作用,但会与电机转子外缘产生较大的摩
擦损失,增加摩擦扭矩,导致效率的下降;同时还会扰乱叶轮进口处的流场,影响水泵叶轮
的进口条件,造成水力损失,从而导致扬程和效率的下降。
发明内容
的新型全贯流泵及设计方法,通过在转子外缘设置副叶轮,以此改变间隙进出口的压力,调
整间隙回流的方向(叶轮进口流向出口),使得间隙回流不影响水泵叶轮进水条件,利用后
置导叶回收多余的环量,从而提高水泵的装置性效率。
毂上,所述转子的内壁与所述主叶片的外缘连接固定,所述泵体外壳内壁上设有凹槽,所述
凹槽内卡接设有定子,所述定子的内壁与转子的外壁之间设有间隙,所述副叶片设置在所
述间隙内,所述副叶片通过螺栓与所述转子的外壁连接固定。
产生较大的摩擦损失,增加摩擦扭矩,会扰乱叶轮进口处的流场,影响水泵叶轮的进口条
件,造成水力损失,从而导致扬程和效率的下降;电机定子与转子间的间隙尺寸过大,增大
了副叶片的抽水能力,水泵轴功率增大,效率下降;过小的间隙尺寸,不能保证副叶片的抽
水能力,且副叶片安装不方便,在设计过程中需要考虑副叶片的抽水能力,需要通过改变副
叶片的叶片数z以及叶栅稠密度l/t,提高副叶片的做功能力,调整间隙回流的方向,从而消
除回流对进口流场的影响;
工作环境下,副叶轮和主叶轮有着相同的进水条件,两叶轮的轴向速度Vm以及圆周分速度Vu
相同,对于叶弦安放角βL,副叶片只与主叶片进出口的液流角和冲角有关,其中液流角与速
度三角形有关,因此副叶片采用和叶轮相同的叶弦安放角βL进行设计;
挤系数ψ,水力效率ηh和出口圆周分速v'u2修正系数ζ,对叶弦安放角βL取轮毂和轮缘两个断
面进行设计,设计过程如下:
通过增加叶片数和叶栅稠密度,增加了副叶轮的做功能力。
此改变间隙进出口的压力,调整间隙回流的方向(叶轮进口流向出口),使得间隙回流不影
响水泵叶轮进水条件,使得间隙内的水流与叶轮内的方向一致,避免了间隙回流对叶轮进
口处流场的影响,减小了水力损失,改善了原有的进水条件,进一步提高了水泵的装置效率
和扬程。
附图说明
具体实施方式
与转子内壁焊接在一起,叶片顶部无叶顶间隙,使得转子和叶轮成为水泵的旋转部件,工作
时水流从转子的内腔流过。又由于叶轮出口处压力高,叶轮进口压力低,在压力的作用下,
出口轮缘处的水流顺着定转子间的空隙回流到叶轮进口轮缘处,形成与转子内腔相反的流
向,该间隙回流势必会对叶轮进口的流场产生影响。
与转子的间隙为6mm。
于出口,在压力作用下,水流从叶轮进口轮缘处流入间隙,经过副叶片6获得能量向间隙出
口流出,水流的方向与主叶片1内的水流方向一致。避免了间隙回流对叶轮进口的影响,从
而使两股水流在叶轮出口处交汇,并利用后置导叶消除水流的环量。
为设计参数,叶轮设计采用圆弧法,忽略排挤系数ψ,水力效率ηh和出口圆周分速v'u2修正系
数ζ,对叶弦安放角βL取轮毂和轮缘两个断面进行设计,设计过程如下:
t(mm) 146.80 151.51
l/t 1.17 0.9
l(mm) 143.13 113.63
R(mm) 284.67 3699.3
过增加叶片数和叶栅稠密度,增加了副叶轮的做功能力。