一种应急防洪水泵及高速抗汽蚀叶轮的设计方法技术

本发明专利技术提供一种应急防洪水泵及高速抗汽蚀叶轮的设计方法，涉及抽水设备技术领域，应急防洪水泵包括浮箱、防洪泵和运行工况监测系统，浮箱用于承载和提供浮力；防洪泵设置于浮箱上或内部，防洪泵用于对水体进行抽吸，防洪泵的叶轮为高速抗汽蚀叶轮，高速抗汽蚀叶轮包括同轴设置的混流部分和轴流部分，混流部分和轴流部分沿着水流动的方向布设且两者通过过渡部光滑过渡连接；运行工况监测系统用于实时监测防洪泵运行工况并根据防洪泵的运行工况控制防洪泵始终处于高效运行区域。本发明专利技术提供的应急防洪水泵及高速抗汽蚀叶轮的设计方法能够实现高效排水且高速抗汽蚀叶轮的抗汽蚀能力强。能力强。能力强。

【技术实现步骤摘要】
一种应急防洪水泵及高速抗汽蚀叶轮的设计方法


[0001]本专利技术涉及抽水设备
，特别是涉及一种应急防洪水泵及高速抗汽蚀叶轮的设计方法。

技术介绍

[0002]近年来随着极端天气增多，洪涝已成为威胁我国人民生命财产安全的主要自然灾害。内涝发生后，亟需安全高效的大流量排水装备进行作业。涵洞、地下车库和商场、地铁等是主要的积水点，由于作业空间狭小、地形复杂、积水量多、安全隐患大、排水高度多变，往往给应急救援带来困难。以往防洪泵体积大、质量重且不易在浅水运行，排涝后还需进行大量的清污作业，救援效率低。为了解决诶上述问题，专利201811184701.X提出一种轻量化高密度永磁电机驱动泵，采用滤网浮圈一体式结构，提高了防洪泵布设的便携性，但该设备采用轴流泵排水，在高速下容易发生汽蚀，制约了该设备朝着轻量化、低功率的方向发展，汽蚀状态下防洪泵难以正常工作，延缓了救援工作，同时，该设备采用侧方位进水容易产生卷吸涡导致洪涝难以排干净，排涝完成后后还需进行大量的清理工作。
[0003]综上，急需提供一种高效、大流量、抗汽蚀能力强的应急防洪水泵。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种应急防洪水泵及高速抗汽蚀叶轮的设计方法，以解决上述现有技术存在的问题，高效排水且抗汽蚀能力强。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种应急防洪水泵，包括：
[0007]浮箱，所述浮箱用于承载和提供浮力；所述浮箱相对的两侧均设置有能够折叠的把手，所述浮箱侧壁设置有与所述把手相匹配的容纳槽，所述把手折叠于所述容纳槽内，所述把手伸展时垂直于所述浮箱侧壁；
[0008]防洪泵，所述防洪泵设置于所述浮箱上或内部，所述防洪泵用于对水体进行抽吸，所述防洪泵包括泵体、前导叶、后导叶、高速抗汽蚀叶轮和一体化快拆接头，所述高速抗汽蚀叶轮的表面采用仿生青蛇腹鳞微结构，所述高速抗汽蚀叶轮包括同轴设置的混流部分和轴流部分，所述混流部分和所述轴流部分沿着水流动的方向布设且两者通过过渡部光滑过渡连接；
[0009]所述防洪泵的电机是由转子、定子以及永磁体组成的12槽10极的海尔贝克型永磁电机，可通过变频调节控制转速；
[0010]运行工况监测系统，所述运行工况监测系统包括监测系统与控制系统，所述监测系统实时采集所述防洪泵中电机的电流信号，通过傅里叶变换实现电流频谱分析，得到所述电机运行的实时转速和所述防洪泵的实时扬程信息，所述控制系统通过控制所述电机的转速以及出液口处阀门的开度调节流量和扬程，当所述电机电流超阈值时，所述控制系统控制所述防洪泵紧急停机；转速以及阀门开度变化由PID控制算法结合所述防洪泵与管路
特性曲线进行控制，以最低能耗达到所需扬程或流量。
[0011]优选的，所述防洪泵的进液口位于所述防洪泵的底部并朝下设置，所述防洪泵的出液口设置于所述防洪泵的侧部。
[0012]优选的，所述浮箱围设于所述防洪泵的周侧。
[0013]优选的，所述控制系统包括以下三种模式：
[0014]模式一：流量需要变化，当需要供给流量增大时，此时加大所述电机转速，所述防洪泵扬程增加，流量增加导致能耗升高，为达到降低能耗的目的，增大所述阀门开度补充流量，所述阀门开度增加引起扬程下降和流量增加，下降扬程与转速增加扬程相抵，此时所述防洪泵扬程不变，流量增加；
[0015]模式二：扬程需要变化，当需要提高所述防洪泵扬程时，提高所述电机转速，同样也会增大扬程，增加流量导致能耗增加，此时，所述控制系统控制所述阀门开度减小，所述阀门开度减小引起扬程增加，流量减小，减小部分流量与转速增加部分流量相抵，此时扬程增加；
[0016]模式三：当流量及扬程不需要变化时，根据所述防洪泵扬程、转速以及流量判断所述防洪泵目前运行区域，当检测到所述防洪泵偏离高效区域运行时，所述控制系统通过调节所述电机转速以及所述阀门开度，使所述防洪泵始终运行在高效区域，实现系统节能。
[0017]优选的，所述防洪泵的电机设置于密封腔体内，所述电机的主电缆和控制电缆穿过所述密封腔体时通过密封装置做密封处理。
[0018]优选的，所述混流部分与所述轴流部分表面阵列设置有三角形微凸体，且同一排中任意相邻的两个所述三角形微凸体具备重叠部分，所述三角形微凸体尖端指向叶轮出水方向，任意两排相邻的所述三角形微凸体之间形成凹陷部，所述凹陷部中开设有微孔。
[0019]优选的，还包括拦网座，所述拦网座能够转动地设置于所述进液口处，朝一侧转动所述拦网座能够使得所述拦网座位于所述进液口的正下方，朝另一侧转动所述拦网座能够将所述拦网座转至高度不低于所述应急防洪水泵的下底面。
[0020]本专利技术还提供了一种高速抗汽蚀叶轮的设计方法，包括：
[0021]首先采用传统方法借助计算机辅助软件完成对混流部分与轴流部分的初步设计，其中防洪泵的总扬程由混流部分、轴流部分和过渡部共同承担，即：
[0022]H
总
＝H
混
+H
轴
+H
渡
；
[0023]其中H
总
为防洪泵整体的目标扬程，H
混
为混流部分设计扬程，H
轴
为轴流部分设计扬程，H
轴
为过渡部设计扬程，其中混流部分扬程不得小于目标扬程的60％，过渡部扬程不得大于目标扬程10％；
[0024]为保证所述高速抗汽蚀叶轮水力性能以及抗汽蚀性能最优，轴流部分与混流部分流道光滑过渡，所述高速抗汽蚀叶轮按照下式进行水力以及结构设计：
[0025][0026]Z
m
＝Z
a
[0027]S
m
＝S
a
[0028]其中，β2为混流部分对应的叶轮出口角，
°
，Q为设计流量，m3/s，ψ为高速抗汽蚀叶轮排挤系数，D为高速抗汽蚀叶轮最大外径，m，D
h
为高速抗汽蚀叶轮最大轮毂直径，m，D
i
为轴流
部分第i个沿径向的控制圆柱面对应的直径，m,Z
m
为混流部分叶片数，S
m
为混流部分叶片真实厚度，mm，Z
a
为轴流部分叶片数，S
a
为轴流部分叶片真实厚度，mm；
[0029]然后通过数值模拟手段检验设计叶轮扬程、效率等外特性是否达标，若达标，则进行叶轮汽蚀性能数值计算，不达标，需要通过修改几何参数进行改型，直至外特性达标，若汽蚀性能不达标，需重新修改叶轮几何参数，直至汽蚀性能达标，最后进行试验测试，若效率、扬程、汽蚀性能都达标，设计结束，若前面某一项指标未达标，需要进行改型，直至试验通过。
[0030]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0031]叶轮转速的提升是防洪泵实现轻量化的重要途径，本专利技术提供的高速抗汽蚀叶轮中的混流部分靠近防洪泵的进液口设置，由于进液口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应急防洪水泵，其特征在于：包括：浮箱，所述浮箱用于承载和提供浮力；防洪泵，所述防洪泵设置于所述浮箱上或内部，所述防洪泵用于对水体进行抽吸，所述防洪泵的叶轮为高速抗汽蚀叶轮，所述高速抗汽蚀叶轮包括同轴设置的混流部分和轴流部分，所述混流部分和所述轴流部分沿着水流动的方向布设且两者通过过渡部光滑过渡连接；运行工况监测系统，所述运行工况监测系统用于实时监测所述防洪泵运行工况并根据所述防洪泵的运行工况控制所述防洪泵始终处于高效运行区域。2.根据权利要求1所述的应急防洪水泵，其特征在于：所述防洪泵的进液口位于所述防洪泵的底部并朝下设置，所述防洪泵的出液口设置于所述防洪泵的侧部。3.根据权利要求1所述的应急防洪水泵，其特征在于：所述浮箱围设于所述防洪泵的周侧。4.根据权利要求2所述的应急防洪水泵，其特征在于：所述运行工况监测系统包括监测系统与控制系统，所述监测系统实时采集所述防洪泵中电机的电流信号，通过傅里叶变换实现电流频谱分析，得到所述电机运行的实时转速和所述防洪泵的实时扬程信息，所述控制系统通过控制所述电机转速以及所述出液口处阀门的开度调节流量和扬程，当所述电机电流超阈值时，所述控制系统控制所述防洪泵紧急停机；转速以及阀门开度变化由PID控制算法结合所述防洪泵与管路特性曲线进行控制，以最低能耗达到所需扬程或流量，该所述控制系统包括以下三种模式：模式一：流量需要变化，当需要供给流量增大时，此时加大所述电机转速，所述防洪泵扬程增加，流量增加导致能耗升高，为达到降低能耗的目的，增大所述阀门开度补充流量，所述阀门开度增加引起扬程下降和流量增加，下降扬程与转速增加扬程相抵，此时所述防洪泵扬程不变，流量增加；模式二：扬程需要变化，当需要提高所述防洪泵扬程时，提高所述电机转速，同样也会增大扬程，增加流量导致能耗增加，此时，所述控制系统控制所述阀门开度减小，所述阀门开度减小引起扬程增加，流量减小，减小部分流量与转速增加部分流量相抵，此时扬程增加；模式三：当流量及扬程不需要变化时，根据所述防洪泵扬程、转速以及流量判断所述防洪泵目前运行区域，当检测到所述防洪泵偏离高效区域运行时，所述控制系统通过调节所述电机转速以及所述阀门开度，使所述防洪泵始终运行在高效区域，实现系统节能。5.根据权利要求1所述的应急防洪水泵，其特征在于：所述浮箱相对的两侧均设置有能够折叠的把手，所述浮箱侧壁设置有与所述把手相匹配的容纳槽，所述把手折叠于所述容纳槽内，所述把手伸展时垂直于所述浮箱侧壁。6.根据权利要求1所述的应急防洪水泵，其特征在于：所述防洪泵的电机是由转子、定子以及永磁体组成的12槽10极的海尔贝克型永磁电机，可通过变频调节控制转速。7.根据权利要求1所述的应急防洪水泵，其特征在于：所述防洪泵的电机设置于密...

【专利技术属性】
技术研发人员：司乔瑞，贺嘉维，田鼎，王鹏，袁建平，居远哲，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：