一种立式轴流泵泵段制造技术

本发明专利技术公开了一种立式轴流泵泵段，包括从下至上依次同轴固定设置的导水锥管、转轮室和导叶体；转轮室内设有转轮，转轮包括导水锥、轮毂、主轴和转轮叶片；转轮叶片采用不对称扭曲叶片，叶片根部至叶缘翼型采用不等厚度不等弦长的翼型组成。轮毂为球面，轮毂底部与导水锥固定连接，导水锥用以保持轴流泵进口水流流态平稳，流速均匀分布；导叶体位于转轮出口，内置数量为5~7的不对称固定导叶，以回收转轮出口环量。泵段扬程范围为1~5m，经数值模拟与试验验证，泵装置效率可达75%以上，泵叶轮效率可达90%以上，发电工况下，发电效率在65%以上，叶轮效率在85%以上，该泵型能够用于中低扬程大流量泵站运行，也可供现有轴流泵站更新改造使用。

【技术实现步骤摘要】
一种立式轴流泵泵段
本专利技术涉及流体机械及能源动力
，特别是一种立式轴流泵泵段。
技术介绍
南水北调工程穿越长江流域、淮河流域、黄河流域和海河流域，是关系到我国经济、社会和生态环境可持续发展的重大基本建设项目。轴流泵是南水北调工程低扬程、大流量泵站的优选泵型，立式轴流泵装置具有安装方便，运行稳定可靠性高和投资省、维护费用少等突出优点，因此设计开发高效的立式轴流泵对减少能源消耗，获得较为理想的经济效益具有较为深远的意义。目前，大型立式轴流泵在国内外的运用比较多，在管理等面方面已积累了丰富的经验，但当立式泵装置应用于低扬程泵站时，因泵轴竖直安装，水流经过两次90°转向而导致流道水力损失较大，与卧式泵相比，立式轴流泵装置的流道效率和泵装置效率都比较低。不少轴流泵站根据水泵机组的可逆特性，利用节制闸下泄的水资源进行水泵机组反向发电，但多数轴流泵在发电工况，发电效率普遍比较低。因此已有的轴流泵泵站面临着泵装置水力优化设计、结构优化等方面的问题需要解决。未来在众多的低扬程、大流量泵站工程更多将会采用轴流泵，为了充分实现低扬程、大流量泵站的高效经济运行，具备更优的轴流泵必不可少，以发挥轴流泵的最大优势。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种立式轴流泵泵段，该立式轴流泵泵段的扬程适用范围为1～5m，能解决以往轴流泵流泵装置效率低、水流流态差、结构复杂、发电工况效率低等问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种立式轴流泵泵段，包括从下至上依次同轴固定设置的导水锥管、转轮室和导叶体；转轮室内设置有转轮，转轮包括导水锥、轮毂、主轴和转轮叶片；导水锥、轮毂和主轴从下至上依次同轴固定设置，导水锥底部位于导水锥管内，转轮叶片沿周向布设在轮毂上，主轴与传动装置相连接。导叶体内设置有若干个固定导叶，用于回收转轮出口环量。每个转轮叶片均为不对称扭曲叶片，每个转轮叶片从轮毂侧至轮缘侧均采用不等厚度不等弦长的翼型。每个转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为轮毂侧截面，Span＝1.0为轮缘侧截面。以转轮叶片的转动轴与各个空间截面的交点为原点建立坐标系，X为各坐标系的横坐标，Y为各坐标系的纵坐标；则每个转轮叶片在空间截面Span＝0、0.25、0.50、0.75、1.0处的5个不同翼型曲线上点的坐标将能以如下公式进行表示：Span＝0处翼型压力面曲线拟合方程为：Y＝-3E-07X3+1E-04X2-0.6528X+68.870；Span＝0处翼型吸力面曲线拟合方程为：Y＝-4E-07X2+0.0004X2-0.6683X-65.048；Span＝0.25处翼型压力面曲线拟合方程为：Y＝-1E-07X3+8E-05X2-0.4959X+28.666Span＝0.25处翼型吸力面曲线拟合方程为：Y＝-2E-07X3+0.0002X2-0.4975X-64.151Span＝0.50处翼型压力面曲线拟合方程为：Y＝-4E-08X3+5E-05X2-0.4044X+11.202Span＝0.50处翼型吸力面曲线拟合方程为：Y＝-7E-08X3+0.0001X2-0.3981X-60.812Span＝0.75处翼型压力面曲线拟合方程为：Y＝-2E-08X3+3E-05X2-0.3193X+10.289Span＝0.75处翼型吸力面曲线拟合方程为：Y＝-4E-08X3+8E-05X2-0.3176X-49.663Span＝1.0处翼型压力面曲线拟合方程为：Y＝-2E-08X3+1E-05X2-0.2524X+18.982；Span＝1.0处翼型吸力面曲线拟合方程为：Y＝-3E-08X3+6E-05X2-0.2545X-33.933。固定导叶采用不对称导叶翼型，固定导叶数为5～7，固定导叶中线所在截面截得导叶翼型弦长c与转轮直径D0的比值为0.557～0.561，导叶翼型最大厚度dmax与导叶翼型弦长c的比值为0.034～0.038，导叶翼型最大弯度fmax与导叶翼型弦长c的比值为0.093～0.097。导水锥母线由四段圆弧拟合而成，四段圆弧半径R1、R2、R3、R4与转轮直径D0的比值分别为0.021～0.025、0.186～0.190、0.656～0.660、1.457～1.461。导水锥管的断面为圆形，导水锥管进口直径D1、导水锥管出口直径D2、导水锥管高度h1与转轮直径D0的比值分别为1.127～1.131、0.995～0.999、0.364～0.368。转轮室高度h2与转轮室直径D0的比值为0.385～0.389；转轮室进口直径D2、转轮室出口直径D3与转轮直径D0的比值为0.995～0.999、0.975～0.979；主轴直径D4与转轮直径D0的比值为0.348～0.352；轮毂比即轮毂直径Dh与转轮直径D0的比值为0.398～0.402。导叶体高度h3与转轮直径D0的比值为0.675～0.679；导叶体进口直径D3、导叶体出口直径D4与转轮直径D0的比值分别为0.975～0.979、1.028～1.032。本专利技术具有的有益效果如下：1、本专利技术的立式轴流泵泵段经数值模拟与试验验证，在28m3/s～30m3/s流量范围内，泵段扬程为4.40m左右时，泵装置效率可达75％以上，泵叶轮效率可达90％以上，能够用于中低扬程大流量泵站运行，也可供现有轴流泵站更新改造使用。2、本专利技术的立式轴流泵泵段经数值模拟与试验验证，在发电工况下，流量在22.5m3/s～25m3/s范围内，水头范围为3.9m～4.6m，发电效率可达65％以上，最高发电效率达到73.04％，叶轮效率可达85％以上，能够用于中低扬程大流量泵站发电运行。3、本专利技术所设计的导水锥能够保持轴流泵进口水流流态平稳，流速均匀分布。4、本专利技术所设计的转轮叶片的相对扭角较大，具有较强的做功能力。5、本专利技术的立式轴流泵泵段导叶翼弦较长，导叶翼型弯曲度较大且导叶各翼型相对扭角较大。另外，固定导叶的摆放位置能够有效消除液体环量，转换转轮出口速度能为压能，同时调整叶轮出口流态，固定导叶扬程损失仅为0.32m左右。附图说明图1显示了本专利技术一种立式轴流泵泵段的正视图。图2显示了本专利技术转轮室示意图。图3显示了本专利技术转轮形状示意图。图4显示了本专利技术转轮叶片的翼型位置参数定义图。图5显示了本专利技术转轮叶片的翼型轴向投影示意图。图6显示了本专利技术转轮叶片在Span＝0处翼型型线示意图。图7显示了本专利技术转轮叶片在Span＝0.25处翼型型线示意图。图8显示了本专利技术转轮叶片在Span＝0.50处翼型型线示意图。图9显示了本专利技术转轮叶片在Span＝0.75处翼型型线示意图。图10显示了本专利技术转轮叶片在Span＝1.0处翼型型线示意图。图11显示了在立式轴流泵设计工况时，转轮叶片翼型压力载荷分布图。图12显示了在水轮机设计工况时，转轮叶片翼型压力载荷分布图。图13显示了本专利技术导叶体示意图。图14显示了本专利技术固定导叶示意图。图15显示了本专利技术固定导叶A-A截面翼型形状示意图。图中：1、导水锥管；2、导水锥；3、转轮室；4、转轮叶片；5、轮毂；6、主轴；7、导叶体；8、固定导叶；D0、转轮直径；D1、导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种立式轴流泵泵段，其特征在于：包括从下至上依次同轴固定设置的导水锥管、转轮室和导叶体；转轮室内设置有转轮，转轮包括导水锥、轮毂、主轴和转轮叶片；导水锥、轮毂和主轴从下至上依次同轴固定设置，导水锥底部位于导水锥管内，转轮叶片沿周向布设在轮毂上，主轴与传动装置相连接；导叶体内设置有若干个固定导叶，用于回收转轮出口环量。

【技术特征摘要】
1.一种立式轴流泵泵段，其特征在于：包括从下至上依次同轴固定设置的导水锥管、转轮室和导叶体；转轮室内设置有转轮，转轮包括导水锥、轮毂、主轴和转轮叶片；导水锥、轮毂和主轴从下至上依次同轴固定设置，导水锥底部位于导水锥管内，转轮叶片沿周向布设在轮毂上，主轴与传动装置相连接；导叶体内设置有若干个固定导叶，用于回收转轮出口环量。2.根据权利要求1所述的立式轴流泵泵段，其特征在于：每个转轮叶片均为不对称扭曲叶片，每个转轮叶片从轮毂侧至轮缘侧均采用不等厚度不等弦长的翼型。3.根据权利要求2所述的立式轴流泵泵段，其特征在于：每个转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为轮毂侧截面，Span＝1.0为轮缘侧截面。4.根据权利要求3所述的立式轴流泵泵段，其特征在于：以转轮叶片的转动轴与各个空间截面的交点为原点建立坐标系，X为各坐标系的横坐标，Y为各坐标系的纵坐标；则每个转轮叶片在空间截面Span＝0、0.25、0.50、0.75、1.0处的5个不同翼型曲线上点的坐标将能以如下公式进行表示：Span＝0处翼型压力面曲线拟合方程为：Y＝-3E-07X3+1E-04X2-0.6528X+68.870；Span＝0处翼型吸力面曲线拟合方程为：Y＝-4E-07X2+0.0004X2-0.6683X-65.048；Span＝0.25处翼型压力面曲线拟合方程为：Y＝-1E-07X3+8E-05X2-0.4959X+28.666；Span＝0.25处翼型吸力面曲线拟合方程为：Y＝-2E-07X3+0.0002X2-0.4975X-64.151；Span＝0.50处翼型压力面曲线拟合方程为：Y＝-4E-08X3+5E-05X2-0.4044X+11.202；Span＝0.50处翼型吸力面曲线拟合方程为：Y＝-7E-08X3+0.0001X2-0.3981X-60.812；Span＝0.75处翼型压力面曲线拟合方程为：Y＝-2E-08X3+3E-05X2-0.31...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑源，戴启璠，郭楚，陈会向，顾文菊，王宏图，仲子夜，梁豪杰，孟小敏，王闻通，
申请(专利权)人：河海大学，江苏省灌溉总渠管理处，
类型：发明
国别省市：江苏,32