旋轉離心式軸流水泵的製作方法

2023-04-27 10:53:41

專利名稱：旋轉離心式軸流水泵的製作方法
技術領域：
本發明的旋轉離心式軸流水泵是屬於使液體獲得能量進行輸送的機械。
在液體輸送過程中使液體獲得能量的，其性能好、效率高的泵的工作原理分為離心式和軸流式。
根據比轉數的數值和葉片的形狀，可使離心式往軸流式過渡，在過渡區域可形成離心與軸流共存工作狀態的混流泵。然而，液體在泵殼體內的流場分布為液體只靠近殼體的區域部分流通，殼體內的中心部分即過流斷面的中心區域(流場的中心帶)因為有轉子轉軸，故沒有流體軸向通過。
在結構構造上，有可旋轉的葉輪(即轉子)和固定不動的機殼。葉輪固定在機殼內空間上的中心處設置的轉軸上。在可許的工作範圍內性能參數不隨流入和流出口處的外界因素變化。
這種泵串聯工作時要求流量相等，並且不宜超過兩臺。另外的缺點是聯合工作時所要求泵的性能曲線相同。
本發明的目的1、可以進行多臺水泵的串聯，而使聯合工作的效果不降低。
2、根據管道輸送系統的性能而使聯合工作的設備功率、性能得到靈活的、更好的匹配，達到現有技術的設備聯合工作的水平要求而功率相對來說小。
3、根據可以滿足
，要求的前提下，串聯在一起的泵可以流量不相等。
4、在串聯運行工況下，能夠便於調節。每臺水泵的性能參數可有利於人為地調節。
5、泵體內的能量損失小(即動能和靜壓能的損失小)。
6、可以應用風能作為動力源來進行工作。在整個輸送系統中，串聯運行的設備根據自身的狀況可以自行調節為系統所需額定要求的匹配。
7、當泵停止運行後流體仍然可以直通流過泵體內，並且水頭損失(能量損失)微小。這樣也可以避免水擊現象的發生。
8、可以做到自行在零流量狀態下起動或停車的技術要求(或效果)。
為了實現以上闡述的目的，採取了管狀泵殼體，其內徑可以與所接管段的內徑相同。管狀泵殼體形狀為一短圓管，在其長度上分為三段。兩邊的泵殼段可通過外表面上所具有的翼型輻肋相互接固在一起。這兩段固定泵殼段的兩端與輸送系統管道相聯接。
在兩段固定泵殼段中間，夾一段管狀的活動管殼段。活動管殼段與固定泵殼段之間採用轉動副聯接，並採用橡膠環進行縫隙處的密封。
這三段泵體的部件聯接後要內徑相同，液體流道即流場相直通，形成柱狀體。在活動管殼段上設置上葉片，葉片的數目可以根據泵體的大小和所需的性能來作為依據確定。
葉片與活動管殼之間的位置關係，即在活動管殼以管中心為圓(即過流斷面中心為圓)的徑向方向上葉片可相對於活動管殼進行移動。葉片與活動管殼的接觸面處採用固定在活動管殼上橡膠相隔起到接合密封措施，以防液體的滲漏。也可採用其它密封技術、裝置。葉片與活動管殼之間也可以設置與附圖上的技術所不同的另一技術方法來構成它們之間位置關係。如，在活動管殼外面壁上靠近葉片處設一垂直於管殼接觸面即平行於其圓的徑向線的一螺栓，並接固在活動管殼上。在活動管殼外面壁上所露出的葉片部分，做成一垂直於活動管殼圓的徑向線的橫杆，橫杆並與葉片接固。橫杆的另一端與螺栓接觸。做成與螺栓相吻合有手動手柄的螺母，螺母與橫杆的端頭形成轉動副約束的結構。
通過手柄使螺母在螺栓上進行移動從而帶動使橫杆在管的徑向方向上作上下平移，確定了葉片與活動管殼之間的關係。
也可以設置葉片與活動管殼管軸之間的夾角可進行調節的機構。
活動管殼外壁面固定設置有可以與電動機進行傳動的結構構件。
葉片在泵殼內與在管軸向流過的流體可呈一定角度(如45度角等)。
葉片在管軸上的投影長度的確定應滿足泵的性能要求。使具有一定流速的流體質點在通過這段投影長度時(葉片作用區域)可獲得徑向的離心力，並獲得足夠的角速度。流體質點作旋轉軸向流動。
活動管殼在電動機的帶動下，使通過葉片作用區域的流體獲得軸向上的加速度分速和徑向的離心加速度分速。這樣就造成了泵殼內過流斷面上中心區域在軸向上產生了無機械阻礙的，相對於該區域邊界而言的負壓區。
本發明的技術不同於現有技術的優點在於1、流體是基本上直線方向上流過泵體內的。流體在機械裝置內是流動方向不變並獲得與流動方向一致的方向上進行增加能量的。
2、在與其它泵的串聯中，因泵中心處即過流斷面上中心處可以調整為無機械阻礙，可形成負壓區，這使泵前端的流體在壓力差中被吸入並流過泵體。這樣，泵體內就形成了兩部分流區，受機械作用流區和無機械作用的負壓區。根據負壓區在軸線上的長度和徑向上的作用半徑的大小變化，可以調節在此區域流過活動管殼內的流量和出流水頭。負壓區大小變化來自動調節泵的性能的特性和決定負壓區參數的條件之一是邊界參數，所以可使串聯的泵流量不同也可聯合運行，並且效果也不會下降。
3、因為本泵的流量為可變的參數，出流水頭也可隨流量變動。這樣，在不同的動力條件下也可以工作，進行匹配，可以在動力變力的條件下進行泵的聯合運行。
4、現有技術中串聯工作的泵要求流量相同，這樣就使所串聯的泵性能受到限制。本發明的技術因為泵腔體與所聯管道相同，為一直通管狀，另外泵的流量可變。所以，其優點為串聯的泵在所需系統要求的揚程內，第二級水泵流量的要求比單獨運行時可以小，即串聯泵的功率要比現有技術的泵小。
5、本泵可以利用風能作為泵的動力，聯泵運行，起到節能效果。
6、因為泵體內流場的特徵為一直通圓柱體，所以本泵體內的水力損失小。
7、因為葉片在活動管殼段上在其徑向是可調整變動的，這可致使泵的性能進行靈活的調整。
8、進行多臺聯泵工作，而效果不會下降，調節方便(調節動力設備也可行)。
9、不象離心泵一樣流體在泵體內進行動、靜壓的轉變，沒有轉化時的水力損失。
10、佔地面積小，布置簡單。


。本附圖所設計的水泵主要以風能做為動力並以此為主進行說明。
附圖第1頁圖1是附圖第2頁上泵體的圖2上B－B剖切部位的全剖視圖。
附圖第2頁圖2是附圖第1頁圖1上A－A剖切部位的剖視圖。
如附圖所示，泵體內腔殼是由前圓管狀固定泵殼(24)、中段上圓環型活動管殼(5)、後圓管狀固定泵殼(20)所構成的圓筒型內腔體即流場。
在活動管殼(5)上，設置有四片(葉片數目的多少可根據性能變動)滑動葉片即在圓管徑向剖切的圖1上(過流斷面上)所示的(1)、(6)、(9)、(13)，這些葉片垂直於活動管殼體(5)的管軸心線(即流體流動方向線)，每片葉片的中心對稱線在圓的徑向線上(即如圖1所示在活動管殼的管直徑沿長線上)，並且四片葉片的中心對稱線都在一個過流斷面的平面上。其另一特點是葉片在活動管殼(5)上的布置對稱即每兩片葉片的中心對稱線在一直線上，並且每片葉片可在這直線上做平行移動(即機械位移)。葉片可選用防腐性能好摩擦係數小的剛性材料。有一對稱的葉片為長葉片，另一對稱的葉片為兩短葉片，長葉片可伸達管中心，短葉片可伸達到管內能觸及到長葉片的位置為極限。四片葉片的共同構造特徵是每片葉片為矩形體，在管內的邊，如圖1所示的葉片與活動管殼(5)的位置、形狀關係時為一圓弧型，並與活動管殼(5)內腔壁所處位置形狀相吻合，這樣可以使活動管殼(5)內流體的能量損失微小，接近於零。與葉片上圓弧型一邊所對應的在活動管殼(5)壁外的葉片邊，做成L型。
圖1所示是葉片相對於活動管殼(5)的管圓心點運動的另一極限狀態。
為了密封葉片與活動管殼(5)之間的縫隙而設置在葉片與活動管殼(5)之間的相對應面上的橡膠封閉條(4)、(7)，等。
橡膠密封裝置與活動管殼(5)鑲固。也可以選用O型封閉橡膠圈。
與葉片頂邊即L型邊相接固的並且略偏於中心對稱線的繩索(2)、(11)、(15)，等。
繩索經滾輪(3)、(12)、(14)，等纏繞後剛性接在轉動輪(18)所外伸的輻肋(8)、(19)上。
滾輪可以轉動副形式接在活動管殼(5)上。滾輪設置在靠近葉片和活動管殼(5)的外壁面處。
短葉片(6)、(13)與轉動輪(18)上的輻肋和活動管殼(5)之間的聯結構造均相同於長葉片，所不同的是短葉片的繩索(15)等與長葉片的繩索長度不相等。為了解決在轉動輪(18)的作用下通過繩索使長葉片能夠伸達到活動管殼(5)的管中心，而短葉片則需要在管內固定在一伸長的極限位置內(如前所述)，在這種工作狀態之前長葉片與短葉片在管內的伸長的長度相等並同步。根據這兩個條件就得對短葉片的繩索採取補長措施，使之能夠配合轉動輪(18)的轉動能夠取得與長葉片繩索的作用長度相等。
根據以上的論述，採用一細鋼條(16)的一端通過轉動輪(18)的輻肋上孔洞(即與輻肋在繩索連接方向、位置上進行移動副聯接)，與繩索(15)接固。細鋼條(16)的另一端剛性接固一圓頂蓋，在圓頂蓋至輻肋之間並套在細鋼條上一受壓彈簧(17)。細鋼條(16)可移動距離F應能滿足F尺寸長度加上繩索(15)的長度等於長葉片繩索的長度。
在附圖第2頁上圖2所示。
轉動輪(18)與活動管殼(5)位置構造關係，為轉動輪(18)通過與之垂直剛性聯接的輻肋伸至活動管殼(5)在軸向長度段的中心。設置在這中心段上並設在活動管殼(5)上的凹槽內與管徑向線重合在一起的滑塊體(10)，長條型的滑塊體(10)等與輻肋接固。這樣，造成轉動輪(18)與活動管殼(5)形成轉動副聯接。
前固定泵殼(24)和後固定泵殼(20)之間的聯結是通過泵蓋(28)和固定螺栓(26)、(27)等剛性固定在一起。固定泵殼與管道法蘭聯接。
活動管殼(5)與前、後固定泵殼之間採用軸承形式構成轉動副約束。在聯接處可以做成對接後形成凹槽，設密封橡膠圈(23)和代油質填料(21)，在封閉蓋(22)的壓緊下，封緊。
葉片上在有繩索一面的背面設置一受壓縮摺疊形狀的彈簧片(25)，其上端與葉片頂端L型邊接固，下端固定在活動管殼(5)上。
本發明的水泵其工作原理是液體按圖2上所示的箭頭方向流進泵體內時，在經過葉片作用區獲得其流動方向上即軸向上的一個加速度的分速。另外，在流體流經葉片作用區的短時間內將受葉片的旋轉作用影響進行圓周流動狀態的一個角速度的加速度。所以，流體質點流過葉片作用區後，將獲得離心力和作徑向的離心運動，這時管內流體的流動狀態為軸向上的螺旋流動，靠近管壁處的流體質點在軸向上的流速將大於管中心處。此狀態時，泵體內過流斷面上的中心區域形成相對於流經泵體前的流體狀態參數的負壓區。
根據上述泵的工作原理，葉片要與管軸線形成有一定夾角f的位置狀態，當葉片伸至泵體內並按圖1所示的箭頭轉動時，葉片要切割液流。如圖2所示，葉片轉動使流體中的質點O受到切割進入葉片作用區，在葉片的推動下獲得一個軸向的速度ν1和在圓切向上的角速度ν2，確定ν1和ν2這兩項分速度的數值既可確定所需泵的技術性能。依據此條件就可以確定葉片與軸向線的夾角f的大小和葉片應在軸向線上的投影長度的大小。
隨著質點O在葉片作用區內時間的延長，將獲得能量作加速運動狀況。
為了提高葉片對流體的作用與流體上各質點的離心運動作用，可以把伸向泵腔中心的葉片邊做成夾角大於90度角的L形狀，以有利於或造成流體各質點的離心運動。
葉片形狀的設計總之是為了更好地使泵體內有一個負壓區，或者是提高泵的效率。
當動力傳遞致轉動輪(18)上時，轉動輪(18)在活動管殼(5)上凹型槽的限制下按箭頭所標方向轉動，固定在輻肋上的繩索受到拉力。在滾輪限制作用下，拉力通過繩索傳遞作用到葉片L型頂邊上一個徑向的向心力，當作用於葉片L型頂邊的繩索拉力和作用於此邊上的疊折型彈簧片(25)向外徑向彈力作用相等時，葉片停止向圓管中心的伸進驅近過程。這時，拉力通過滾輪全部作用在活動管殼(5)上，拉力在圓上切向上的分力相對於圓管中心產生了一個轉動力矩，此力矩將使活動管殼(5)跟隨轉動輪(18)同步轉動，帶動伸進管內的葉片旋轉工作。
因摺疊型彈簧片的彈力與壓縮距離為一反比例關係，轉動輪(18)的旋轉速度與作用在繩索上的拉力成正比例關係。所以葉片向圓心的伸進位置關係將與轉動輪(18)的轉速和繩索受到的拉力大小成正比例對應關係，並能自動相對應變動。
然而，隨著葉片伸進泵體內腔的大小和葉片的旋轉角速度的大小，作用在葉片上與葉片旋轉方向的力矩相反的阻抗力也隨之增加。阻抗力也隨轉動輪(18)的旋轉作用力矩的大小成正比例變化。這樣的優點可使在不調節情況下，泵開始起動時抗力很小只有活動管殼與流體之間的摩擦阻力，隨起動時間的延長抗力逐步增加，這可使動力源不超負荷運轉，避免水擊又便於起動和勻加速變動。
如圖2所示，當葉片伸入泵腔內一定距離進行工作時，使進入葉片作用區的流體質點所獲得軸向分速ν1和為了使泵腔中心區域產生的負壓區所需的圓切向上的分速即角速度ν2。另外，根據抗力與伸進泵體內葉片的大小關係(如前段落中所述)，所確定其葉片的轉速應最好與葉片伸進泵腔體內的長短成反比。即，這時工作狀態的葉片對其流體質點產生的速度ν1應大於管道中(即泵體進口段)的流體流速，並與葉片伸進泵腔尺度成反比。角速度ν2應能使泵體內過流斷面上的中心區產生負壓區。ν2與葉片伸進泵腔內尺度成反比(相對而言)。
所以，在動力源的動力小、轉速低的情況下應使葉片轉速高滿足前述條件；在動力源的動力大、轉速高的情況下應使葉片相對轉速低，葉片獲得的抗力大，這時流體的出流水頭高。
為此，在風力作動力源情況下，為了在允許額定功率下工作，為使各個聯泵體在最佳工作狀態下，為了根據風力的大小均能夠達到最佳工況，而要有一臺與泵需聯機工作的離合變速調節器。
在葉片的L型頂邊至活動管殼之間設兩級彈力器即目的是使得彈力在漸變的連續中出現一次突變的跳躍。可以在葉片L型頂邊至活動管殼(5)之間再設一摺疊彈片並固定在活動管殼(5)上，當葉片L型頂邊相對於管圓心趨近一定位置時將觸及此摺疊彈片並受到彈力作用，這時葉片形成受雙級彈片的作用。也可以把摺疊彈片上、下之間作成兩組不同彈力的彈片。
根據本泵的工作原理，可以把泵做成設有多級葉片作用區域的多級泵，其過流斷面上的葉片旋轉速度可相同，也可以不相同。也可以把每片葉片分為兩部分活動的單體。
在敘述中所提及的葉片作用區的過流斷面指為垂直於管軸的截面。
權利要求1.屬於流體輸送機械的旋轉離心式軸流水泵，該機械裝置有固定的泵殼體和可旋轉葉片，泵體內的流道為一直通狀圓柱體型，其特徵在於a、葉片與環內為流場的活動管殼(5)構成移動副約束關係，葉片在活動管殼(5)上相對於其內流場中心的距離可以移動、調節，b、活動管殼(5)與固定泵殼構成轉動副約束關係，c、在泵體內的流場上與其流體相接觸的非撥動液體軸向流動的構件為與泵進、出口兩端相聯接固定的固定泵殼體和中間所夾的活動管殼(5)構件，這三段構件構成泵內流道的腔體。
2.根據權利要求1所述的機械裝置，其特徵在於非工作時和工作時泵體內過流斷面的中心區域處無機械構件、機構，阻礙流體軸向的流動。
3.根據權利要求1所述的機械裝置，其特徵是驅動葉片轉動來工作並與流體相接觸的構件為活動管殼(5)。
4.根據權利要求1所述的機械裝置，其特徵是作用在葉片上使葉片向流場中心運動的力是受拉作用的繩索所直接作用的。
5.根據權利要求1所述的機械裝置，其特徵是葉片伸進泵體內流場中的長短尺度與其作用在泵體上使葉片旋轉工作的動力源動力的大小相匹配成正比例變化。
6.根據權利要求1所述的機械裝置，其特徵是葉片在受漸變的增力或恆力的作用往過流斷面中心移動，到極限狀態時的過程中，阻力的變化在漸變中有出現突變的過程。
7.根據權利要求1所述的機械裝置，其特徵是泵工作時葉片零件一部分不與流體相接觸在流場外，一部分與流體相接觸在流場中。
8.根據權利要求1所述的機械裝置，其特徵是使葉片、活動管殼(5)旋轉進行工作的力矩是動力源的動力在通過泵體上繩索的作用傳遞後再傳遞作用到活動管殼(5)上。
9.根據權利要求1和權利要求2所述的機械裝置，其特徵在於泵工作，有一部分流進葉片作用區過流斷面上的流體中流體質點獲得軸向的加速和同時獲得相對於過流斷面中心的旋轉角速度，流體中的流體質點是作軸向流動和同時徑向離心運動及相對於過流斷面中心的旋轉運動。
10.根據權利要求1和權利要求2所述的機械裝置，其特徵在於泵工作，流體流經葉片作用區至一段距離內，流場上過流斷面中心區域的壓強相對於此區域的邊界條件參數並以此參數為基準形成為負壓區。
專利摘要屬於流體輸送機械的旋轉離心式軸流水泵，其特徵有一個與泵殼體轉動副相聯的圓環型活動管殼，在其上設有可相對於過流斷面的中心並在其管徑向方向上移動的葉片。活動管殼帶動葉片轉動，葉片伸進管內的長短尺度與其旋轉速度相匹配。流體流經葉片作用區後獲得軸向的加速和在圓切向上的旋轉角速度，流場中心區域無機械構件的阻礙，其壓強相對於邊界條件形成負壓區。這樣可把多臺以風力作動力源的泵串聯起來工作。
文檔編號F04D3/00GK2050100SQ87213190
公開日1989年12月27日 申請日期1987年9月5日 優先權日1987年9月5日
發明者劉希仲 申請人:劉希仲