CN109737069A - 用于研究多级离心泵导叶时序效应的可调节实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于研究多级离心泵导叶时序效应的可调节实验装置。包括出水端后置蜗壳、后置导叶、叶轮、指示装置和棘轮装置，通过出水端后置蜗壳、后置导叶、棘轮、指示装置间的配合，在不拆卸多级离心泵的基础上，通过在转轴上加装棘轮装置，并与后置导叶背部相连接，转动转轴以实现后置导叶的转动，改变后置导叶与前置导叶的安放角，达到前置导叶和后置导叶不同的时序的效果，同时在后置导叶外侧加装指示装置，来显示后置导叶的改变角度。本发明提高了多级离心泵扬程和效率，使泵具有良好的抗空化性能、抗振动性能，提高了多级离心泵的综合性能，并避免了多级离心泵的拆装。

Description

用于研究多级离心泵导叶时序效应的可调节实验装置

技术领域

本发明属于多级离心泵领域，尤其涉及用于研究多级离心泵导叶时序效应的可调节实验装置。

背景技术

多级离心泵广泛应用于消防、冶金、化工和电力等国民经济的重要领域。一直以来，多级离心泵的水利设计都采用单机泵的设计方法，对级间流动的反射并未考虑。近年来，越来越多的研究和工程实践表明多级离心泵级间流动的干涉对泵性能有着十分显著的影响。因此如何应用级间流动干涉提高多级离心泵各项性能的研究已成为当前机械领域的一个研究热点，这其中通过调整过流部件不同时序位置来优化泵性能已发展为一个重要的研究方向。

时序位置是指变动转子/转子或静子/静子叶片的相对周向位置时，变化的尾迹涡会对下级叶排产生不同影响，叶轮机械的性能也随之改变的现象。近年来，时序效应已经被广泛应用于气力机械，如轴流压缩机、离心压缩机等。国内外试验研究表明，转子之间适当的时序位置对于提高装置的综合性能有着重要作用。相比于气力机械，一般情况下多级离心泵内流体的流速较低，但由于黏性较大，前置导叶尾缘的尾迹涡可能会对叶轮下游的后置导叶处的流动产生影响，也存在一定的时序效应。对带有后置导叶的多级离心泵而言，通过改变后置导叶位置进行预旋调节来改变泵本身特性，从而进行工况调节，是一种提高多级离心泵运行效率的有效方法。但是，目前关于非均匀来流情况下，后置导叶与前置导叶时序效应，对径流式水力机械性能影响的研究还很少见。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种用于研究多级离心泵导叶时序效应的可调节实验装置，本发明以七叶片叶轮的两级离心泵为研究对象，通过出水端后置蜗壳、后置导叶、棘轮、指示装置间的配合，在不拆卸多级离心泵的基础上，通过转动传动轴来实现后置导叶的转动，以达到前置导叶和后置导叶有不同的时序的效果，以提高多级离心泵扬程和效率，使泵具有良好的抗空化性能、抗振动性能，以提高多级离心泵的综合性能，并避免了多级离心泵的拆装。

本发明的技术方案如下：

本发明包括出水端后置蜗壳、进水端前置蜗壳和转轴，出水端后置蜗壳和进水端前置蜗壳分别位于多级离心泵的两端，出水端后置蜗壳内安装有后置导叶、叶轮、指示装置、棘轮装置；进水端前置蜗壳内安装有前置导叶、叶轮；后置导叶和前置导叶均为结构相同的导叶部件，导叶部件包括圆盘和固定于圆盘侧面的导叶体，导叶体外周面为多瓣由导叶体中心呈螺旋发射状向导叶体外边界扩散的导叶片，每瓣导叶片端部均设有开口处；叶轮置于导叶体内部，叶轮与转轴通过键联接，叶轮包括两块盖板和连接在两块盖板之间的多个工作叶片。

所述棘轮装置包括棘轮、棘爪和连杆机构，连杆机构包括连杆AB、连杆CD、连杆DE、连杆EF、导轨、导杆Ⅰ和导杆Ⅱ，棘轮与转轴通过键联接，棘轮与后置导叶同轴布置，后置导叶的导叶体远离圆盘的一侧固定有后置导叶连杆，后置导叶连杆一侧与连杆DE一端通过铰接相连，后置导叶连杆另一侧连接有导轨，导轨下端连接有连杆AB，导轨靠近连杆DE的一侧开有滑槽，连杆DE的另一端与连杆CD的一端通过固定于连杆DE与连杆CD同一侧的铰接部件相连，连杆CD的另一端铰接连接到连杆AB中部，连杆EF、导杆Ⅰ、导杆Ⅱ依次通过铰接装置相连，导杆Ⅱ远离导杆Ⅰ的一端嵌装于滑槽内，连杆EF、连杆DE与支撑杆两两固定相连形成三角结构；连杆AB底端与棘爪相连，棘爪自由端***棘轮的棘轮齿。

转轴沿棘轮的棘轮齿螺旋方向转动时棘轮给予棘爪一作用力，同时连杆机构给予棘爪一反向支撑力，使得棘爪与棘轮相卡紧，棘爪带动连杆机构与棘轮同时转动，使得与连杆机构相连的后置导叶连杆带动后置导叶转动。

所述指示装置包括曲柄摆杆、摆杆滑块、摆杆轮、滑轨部件、滑枕、指针和滑枕支架，滑枕支架底部固定于出水端后置蜗壳内，滑枕支架中间固定有轴杆，滑轨部件由水平滑轨和支撑于水平滑轨下端面的V型支撑件组成，V型支撑件底部固定于轴杆上，水平滑轨上安装有沿水平滑轨滑动安装的滑枕，滑枕上端固定有指针，指针从出水端后置蜗壳上方开有的槽口伸出；摆杆轮圆心通过轴杆安装于滑枕支架上，摆杆轮其中一个侧面的外圈等间隔布置有多根摆杆轮导杆；滑枕侧面和滑枕支架下端分别固定有上圆杆和下圆杆，曲柄摆杆由U型杆和固定于U型杆底部的安装片组成，安装片通过下圆杆与滑枕支架铰接相连，摆杆滑块与U型杆滑动安装，摆杆滑块中心通过销轴连接至摆杆轮另一侧面的辐条上，摆杆滑块通过设于摆杆滑块上端的椭圆部件套装于上圆杆。

后置导叶的圆盘外周面等间隔布置有多根后置导叶导杆，指示装置的摆杆轮下端与后置导叶的圆盘相接触，后置导叶转动时后置导叶导杆***摆杆轮底部相邻两根摆杆轮导杆之间，后置导叶导杆转动的同时拨动摆杆轮旋转，摆杆轮的旋转运动带动摆杆滑块沿U型杆上下移动的同时沿左右两侧摆动，摆杆滑块沿左右两侧的摆动带动与椭圆部件相连的滑枕沿水平滑轨往复滑动，从而带动滑枕上端的指针转动。

所述出水端后置蜗壳槽口上方设有刻度盘，刻度盘用于读取指示装置指针的转动角度，指针的转动角度即为后置导叶的旋转角度。

所述连杆AB与地面垂直，连杆CD和连杆DE共线，当连杆AB与地面垂直，连杆CD和连杆DE共线时，构成棘轮装置的死点，加强了棘轮与棘爪间的卡紧力，连杆机构始终保持对棘爪的支撑状态。

所述后置导叶的圆盘靠近进水端，后置导叶导叶体靠近出水端。

所述摆杆轮位于曲柄摆杆和滑轨部件之间。

所述棘轮的棘轮齿螺旋方向与后置导叶的导叶片螺旋方向相反。

本发明的有益效果：

本发明实现了前置导叶和后置导叶不同的时序的效果，提高了多级离心泵扬程和效率，使泵具有良好的抗空化性能、抗振动性能，同时提高了多级离心泵的综合性能。

本发明能够在不拆装多级离心泵的基础上，来改变后置导叶的角度，以寻找后置导叶最佳时序位置，减少了拆装泵的时间，提高了效率，并对研究多级离心泵的综合性能有一定借鉴意义。

附图说明

图1为多级离心泵整体结构示意图。

图2为去掉多级离心泵出水端蜗壳的结构示意图。

图3为多级离心泵出水端蜗壳的剖面示意图。

图4为后置导叶与指示装置连接处的局部放大示意图。

图5为棘轮与棘爪的整体结构示意图。

图6为指示装置的右视图。

图7为指示装置的结构示意图。

图8为后置导叶与棘轮的连接结构示意图。

图9为后置导叶侧面示意图。

图10为棘轮装置导杆正视图。

图中：出水端后置蜗壳(1)、后置导叶(2)、指示装置(3)、棘轮(4)、棘爪(5)、连杆AB(6)、连杆CD(7)、连杆DE(8)、曲柄摆杆(9)、摆杆滑块(10)、摆杆轮(11)、滑轨部件(12)、滑枕(13)、后置导叶导杆(14)、刻度盘(15)、转轴(16)、叶轮(17)、进水端(18)、指示装置指针(19)、摆杆轮导杆(20)、后置导叶连杆(21)、滑枕支架(23)、连杆EF(24)、导轨(25)、导杆Ⅰ(26)、导杆Ⅱ(27)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

如图1所示，本发明包括出水端后置蜗壳1、进水端前置蜗壳、后置导叶2、棘轮装置22、指示装置3和转轴16，出水端后置蜗壳1内安装有后置导叶2、叶轮17、指示装置、棘轮装置；进水端前置蜗壳内安装有前置导叶、叶轮17；水流从右侧进水端18流入，从左侧出水端流出；出水端后置蜗壳1槽口上方设有刻度盘15，指针19与刻度盘15配合显示后置导叶2的旋转角度。

如图2和图3所示，本发明具体实施增设了棘轮装置和指示装置3，转轴16与棘轮4、叶轮17通过键联接，连杆AB6、连杆CD7、连杆DE8之间的联接方式是销联接，指示装置3中的曲柄摆杆9和摆杆滑块10的连接方式是键连接，同时曲柄摆杆9下端与滑枕12指示装置销联接在一起，摆杆滑块10通过销联接的方式联接到摆杆轮11，曲柄摆杆9、摆杆轮11与滑枕支架23均为销联接，指示装置3通过摆杆轮导杆20与后置导叶导杆14之间的配合显示后置导叶2的转动，同时后置导叶2通过后置导叶连杆21与棘轮装置联接在一起。

如图4所示，后置导叶2的圆盘外周面等间隔布置有多根后置导叶导杆14，指示装置的摆杆轮11下端与后置导叶2的圆盘相接触，后置导叶2转动时后置导叶导杆14***摆杆轮11底部相邻两根摆杆轮导杆20之间，后置导叶导杆14转动的同时拨动摆杆轮11旋转，摆杆轮11的旋转运动带动摆杆滑块10沿U型杆上下移动的同时沿左右两侧摆动，摆杆滑块10沿左右两侧的摆动带动与椭圆部件相连的滑枕13沿水平滑轨往复滑动，从而带动滑枕13上端的指针19转动。

如图5和图10所示，棘轮装置包括棘轮4、棘爪5和连杆机构，连杆机构包括连杆AB6、连杆CD7、连杆DE8、连杆EF24、导轨25、导杆Ⅰ26和导杆Ⅱ27，棘轮与转轴16通过键联接，棘轮与后置导叶2同轴布置，后置导叶2的导叶体远离圆盘的一侧固定有后置导叶连杆21，后置导叶连杆21一侧与连杆DE8一端通过铰接相连，后置导叶连杆21另一侧连接有导轨25，导轨25下端连接有连杆AB6，导轨25靠近连杆DE8的一侧开有滑槽，连杆DE8的另一端与连杆CD7的一端通过固定于连杆DE8与连杆CD7同一侧的铰接部件相连，连杆CD7的另一端铰接连接到连杆AB6中部，连杆EF24、导杆Ⅰ26、导杆Ⅱ27依次通过铰接装置相连，导杆Ⅱ27远离导杆Ⅰ26的一端嵌装于滑槽内，连杆EF24、连杆DE8与支撑杆两两固定相连形成三角结构；连杆AB6底端与棘爪5相连，棘爪5自由端***棘轮4的棘轮齿；棘轮4的棘轮齿螺旋方向与后置导叶2的导叶片螺旋方向相反。

如图6和图7所示，指示装置包括曲柄摆杆9、摆杆滑块10、摆杆轮11、滑轨部件12、滑枕13、指针19和滑枕支架23，滑枕支架23底部固定于出水端后置蜗壳1内，滑枕支架23中间固定有轴杆，滑轨部件12由水平滑轨和支撑于水平滑轨下端面的V型支撑件组成，V型支撑件底部固定于轴杆上，水平滑轨上安装有沿水平滑轨滑动安装的滑枕13，滑枕13上端固定有指针19，指针19从出水端后置蜗壳1上方开有的槽口伸出；摆杆轮11圆心通过轴杆安装于滑枕支架23上，摆杆轮11其中一个侧面的外圈等间隔布置有多根摆杆轮导杆20；滑枕13侧面和滑枕支架23下端分别固定有上圆杆和下圆杆，曲柄摆杆9由U型杆和固定于U型杆底部的安装片组成，安装片通过下圆杆与滑枕支架23铰接相连，摆杆滑块10与U型杆滑动安装，摆杆滑块10中心通过销轴连接至摆杆轮11另一侧面的辐条上，摆杆滑块10通过设于摆杆滑块10上端的椭圆部件套装于上圆杆。

如图8和图9所示，后置导叶2和前置导叶均为结构相同的导叶部件，导叶部件包括圆盘和固定于圆盘侧面的导叶体，导叶体外周面为七瓣由导叶体中心呈螺旋发射状向导叶体外边界扩散的导叶片，每瓣导叶片端部均设有开口处；叶轮17置于导叶体内部，叶轮17与转轴16通过键联接，叶轮17包括两块盖板和连接在两块盖板之间的多个工作叶片。

具体实施例：

如图8所示，转轴16沿棘轮4顺时针方向转动时，由于连杆机构给予棘爪5的支撑力使得棘爪5与棘轮4相卡紧，棘爪5带动连杆机构与棘轮4同时转动，同时后置导叶2通过后置导叶连杆21与棘轮装置相联接，保证了通过转动转轴16来驱动后置导叶2的转动。如图5所示，棘轮装置的棘爪5与连杆AB6联接在一起，连杆AB6、连杆CD7、连杆DE8和后置导叶连杆21构成平面四连杆机构，四杆机构中的死点位置，往往出现在从动件与连杆共线的位置。连杆CD7和连杆DE8处于共线位置时，也即连杆CD7和连杆DE8分别为四连杆机构中的连杆和从动件，此时，机构所处位置即为死点位置。经分析连杆AB6与地面垂直，连杆CD7和连杆DE8成一条直线的时候，构成棘轮装置的死点，即使棘轮4给棘爪5的压力再大，机构始终处于有效支撑状态，确保后置导叶的旋转的精确性。

如图4、图6和图7所示，通过后置导叶2的后置导叶转杆14与指示装置3的摆杆轮导杆20配合联接驱动指示装置指针19转动，并在刻度盘15显示后置导叶2转动角度。指示装置3采用了平行四边形机械连杆机构原理，摆杆轮11的圆周运动，通过其上的摆杆滑块10与曲柄摆杆9相联接，带动滑枕13做往复直线运动，指示装置3的传动机构传力特性好，机构***所占空间小，执行件的速度在工作行程中变化也较缓慢。

在不拆卸多级离心泵的基础上，以15度为转动间隔，通过转动转轴实现后置导叶2的转动，保持前置导叶静止，改变后置导叶与前置导叶的安放角度，以达到前置导叶和后置导叶不同的时序效果，以提高多级离心泵扬程和效率，使泵具有良好的抗空化性能、抗振动性能，以提高多级离心泵的综合性能，并避免了多级离心泵的拆装。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种用于研究多级离心泵导叶时序效应的可调节实验装置，其特征在于，包括出水端后置蜗壳(1)和进水端前置蜗壳，出水端后置蜗壳(1)和进水端前置蜗壳分别位于多级离心泵的两端，出水端后置蜗壳(1)内安装有后置导叶(2)、叶轮(17)、指示装置(3)、棘轮装置；进水端前置蜗壳内安装有前置导叶、叶轮(17)；后置导叶(2)和前置导叶均为结构相同的导叶部件，导叶部件包括圆盘和固定于圆盘侧面的导叶体，导叶体外周面为多瓣由导叶体中心呈螺旋发射状向导叶体外边界扩散的导叶片，每瓣导叶片端部均设有开口处；叶轮(17)置于导叶体内部，叶轮(17)与转轴(16)通过键联接，叶轮(17)包括两块盖板和连接在两块盖板之间的多个工作叶片；

所述棘轮装置包括棘轮(4)、棘爪(5)和连杆机构，连杆机构包括连杆AB(6)、连杆CD(7)、连杆DE(8)、连杆EF(24)、导轨(25)、导杆Ⅰ(26)和导杆Ⅱ(27)，棘轮与转轴(16)通过键联接，棘轮与后置导叶(2)同轴布置，后置导叶(2)的导叶体远离圆盘的一侧固定有后置导叶连杆(21)，后置导叶连杆(21)一侧与连杆DE(8)一端通过铰接相连，后置导叶连杆(21)另一侧连接有导轨(25)，导轨(25)下端连接有连杆AB(6)，导轨(25)靠近连杆DE(8)的一侧开有滑槽，连杆DE(8)的另一端与连杆CD(7)的一端通过固定于连杆DE(8)与连杆CD(7)同一侧的铰接部件相连，连杆CD(7)的另一端铰接连接到连杆AB(6)中部，连杆EF(24)、导杆Ⅰ(26)、导杆Ⅱ(27)依次通过铰接装置相连，导杆Ⅱ(27)远离导杆Ⅰ(26)的一端嵌装于滑槽内，连杆EF(24)、连杆DE(8)与支撑杆两两固定相连形成三角结构；连杆AB(6)底端与棘爪(5)相连，棘爪(5)自由端***棘轮(4)的棘轮齿；

转轴(16)沿棘轮(4)的棘轮齿螺旋方向转动时棘轮(4)给予棘爪(5)一作用力，同时连杆机构给予棘爪(5)一反向支撑力，使得棘爪(5)与棘轮(4)相卡紧，棘爪(5)带动连杆机构与棘轮(4)同时转动，使得与连杆机构相连的后置导叶连杆(21)带动后置导叶转动；

所述指示装置(3)包括曲柄摆杆(9)、摆杆滑块(10)、摆杆轮(11)、滑轨部件(12)、滑枕(13)、指针(19)和滑枕支架(23)，滑枕支架(23)底部固定于出水端后置蜗壳(1)内，滑枕支架(23)中间固定有轴杆，滑轨部件(12)由水平滑轨和支撑于水平滑轨下端面的V型支撑件组成，V型支撑件底部固定于轴杆上，水平滑轨上安装有沿水平滑轨滑动安装的滑枕(13)，滑枕(13)上端固定有指针(19)，指针(19)从出水端后置蜗壳(1)上方开有的槽口伸出；摆杆轮(11)圆心通过轴杆安装于滑枕支架(23)上，摆杆轮(11)其中一个侧面的外圈等间隔布置有多根摆杆轮导杆(20)；滑枕(13)侧面和滑枕支架(23)下端分别固定有上圆杆和下圆杆，曲柄摆杆(9)由U型杆和固定于U型杆底部的安装片组成，安装片通过下圆杆与滑枕支架(23)铰接相连，摆杆滑块(10)与U型杆滑动安装，摆杆滑块(10)中心通过销轴连接至摆杆轮(11)另一侧面的辐条上，摆杆滑块(10)通过设于摆杆滑块(10)上端的椭圆部件套装于上圆杆；

后置导叶(2)的圆盘外周面等间隔布置有多根后置导叶导杆(14)，指示装置(3)的摆杆轮(11)下端与后置导叶(2)的圆盘相接触，后置导叶(2)转动时后置导叶导杆(14)***摆杆轮(11)底部相邻两根摆杆轮导杆(20)之间，后置导叶导杆(14)转动的同时拨动摆杆轮(11)旋转，摆杆轮(11)的旋转运动带动摆杆滑块(10)沿U型杆上下移动的同时沿左右两侧摆动，摆杆滑块(10)沿左右两侧的摆动带动与椭圆部件相连的滑枕(13)沿水平滑轨往复滑动，从而带动滑枕(13)上端的指针(19)转动。

2.根据权利要求1所述的一种用于研究多级离心泵导叶时序效应的可调节实验装置，其特征在于，所述出水端后置蜗壳(1)槽口上方设有刻度盘(15)，刻度盘(15)用于读取指示装置(3)指针(19)的转动角度，指针(19)的转动角度即为后置导叶(2)的旋转角度。

3.根据权利要求1所述的一种用于研究多级离心泵导叶时序效应的可调节实验装置，其特征在于，所述连杆AB(6)与地面垂直，连杆CD(7)和连杆DE(8)共线，当连杆AB(6)与地面垂直，连杆CD(7)和连杆DE(8)共线时，构成棘轮装置的死点，连杆机构始终保持对棘爪(5)的支撑状态。

4.根据权利要求1所述的一种用于研究多级离心泵导叶时序效应的可调节实验装置，其特征在于，所述后置导叶(2)的圆盘靠近进水端，后置导叶(2)导叶体靠近出水端。

5.根据权利要求1所述的一种用于研究多级离心泵导叶时序效应的可调节实验装置，其特征在于，所述摆杆轮(11)位于曲柄摆杆(9)和滑轨部件(12)之间。

6.根据权利要求1所述的一种用于研究多级离心泵导叶时序效应的可调节实验装置，其特征在于，所述棘轮(4)的棘轮齿螺旋方向与后置导叶(2)的导叶片螺旋方向相反。