CN114837954B - 双向潜水贯流泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双向潜水贯流泵，包括：同轴安装的后置可调节导叶、前置可调节导叶，均包括导叶轮缘、导叶轮毂、固定直导叶片、可调节直导叶片；每一可调节直导叶片包括分布于导叶轮缘与导叶轮毂之间的多个动导叶片、套设于导叶轮缘外周表面的转环、周向固设于转环外周表面的齿条、用于驱动转环转动的驱动机构；每一可调节直导叶片具有沿导叶轮毂径向延伸的中心轴；每一动导叶片一端与导叶轮毂铰接，另一端向导叶轮缘延伸，每一动导叶片内部沿纵长方向设有刚性轴，每一刚性轴自内向外贯穿导叶轮缘及转环后与一齿轮连接，每一齿轮与齿条啮合；驱动机构驱动转环转动时，齿条与齿轮啮合并通过刚性轴带动对应动导叶片与中心轴的夹角改变。

Description

双向潜水贯流泵

技术领域

本发明涉及水利动力工程技术领域，尤其涉及一种双向潜水贯流泵。

背景技术

近些年来，随着南水北调工程的加快推进，中国新建并改进了一大批泵站。由于轴流泵具有流量大，扬程低，可双向运行等特点，轴流泵在南水北调工程中发挥了巨大作用。目前新建的很多低扬程泵站需要双向运行，采用双向潜水贯流泵实现泵站双向抽水，结构简单、建设成本低、运行管理方便，从而得到广泛的应用。现有的双向贯流泵采用后置弯导叶时反向运行时效率较低。这是由于后置导叶充当了前置导叶，导致了水泵反向运行时水泵的进口水流条件差，此时水泵出口的导叶对动能的回收和水流条件的改善较差。为了兼顾正反向运行的效率可采用前后置直导叶，但双向运行的效率较低。传统双向潜水贯流泵的前后置导叶都是固定形状，水泵正向运行的效率和反向运行效率较低；并且通过对导叶叶片的设计提高正向效率的同时，反向运行的效率将会有所降低，不能够兼顾两个方向的效率。

发明内容

发明目的：提供了一种双向潜水贯流泵，用于解决现有双向贯流泵的前后置直导叶不可调节且正反向运行效率低的问题。

技术方案：本发明提供一种双向潜水贯流泵，包括：叶轮、同轴安装于叶轮后侧的后置可调节导叶、同轴安装于叶轮前侧的前置可调节导叶；后置可调节导叶、前置可调节导叶中任一者均包括导叶轮缘、同轴套设于导叶轮缘内的导叶轮毂、固定直导叶片、可调节直导叶片；固定直导叶片固设于导叶轮毂与导叶轮缘之间；每一可调节直导叶片包括分布于导叶轮缘与导叶轮毂之间的多个动导叶片、套设于导叶轮缘外周表面的转环、周向固设于转环外周表面的齿条、用于驱动转环转动的驱动机构；每一可调节直导叶片具有沿导叶轮毂径向延伸的一中心轴；每一动导叶片一端与导叶轮毂铰接，另一端向导叶轮缘延伸，每一动导叶片内部沿纵长方向设有一刚性轴，每一刚性轴自内向外贯穿导叶轮缘及转环后与一齿轮连接，每一齿轮与齿条啮合；驱动机构驱动转环转动时，齿条与齿轮啮合并通过刚性轴带动对应动导叶片与中心轴的夹角改变。

进一步的，每一动导叶片与对应中心轴的夹角范围为-30°至30°，固定直导叶片的自转角度为0。

进一步的，当双向潜水贯流泵自前向后运行时，前置可调节导叶的可调节直导叶片的每一动导叶片与对应中心轴的夹角为0°，后置可调节导叶的可调节直导叶片的每一动导叶片与对应中心轴的夹角为某一角度值；当双向潜水贯流泵自后向前运行时，后置可调节导叶的可调节直导叶片的每一动导叶片与对应中心轴的夹角为0°，前置可调节导叶的可调节直导叶的每一动导叶片与对应中心轴的夹角为某一角度值。

进一步的，驱动机构包括扇形涡轮、蜗杆、支座、两套筒、电机；扇形涡轮、支座分别固设于转环外表面上，蜗杆安装于支座上且与扇形涡轮啮合，两套筒安装于支座上且分别套设于蜗杆两端外表面用于对蜗杆两端进行限位，电机通过联轴器连接蜗杆用于驱动蜗杆转动。

进一步的，每一齿轮底部安装有一刻度盘，每一刻度盘用以显示对应动导叶片与中心轴的夹角。

进一步的，每一动导叶片靠近导叶轮缘内侧的一端表面为球面。

进一步的，每一刚性轴延伸出导叶轮缘外侧的位置处设有密封座以进行机械密封。

进一步的，还包括同轴安装于后置可调节导叶后侧的灯泡体、同轴安装于前置可调节导叶前侧的直锥段；其中，灯泡体包括设于后置可调节导叶后侧的第一外壳、设于第一外壳后侧的第二外壳，焊接于第一外壳与第二外壳之间的支撑件；并且，直锥段包括设于前置可调节导叶前侧的第三外壳、焊接于前置可调节导叶的导叶轮毂前侧的导水堆；以及，叶轮包括叶轮轮毂、同轴安装于叶轮轮毂外周的叶轮轮缘、周向分布于叶轮轮毂上的双向叶片。

进一步的，每一固定直导叶片对应焊接于导叶轮毂与导叶轮缘之间；每一刚性轴一端与对应的动导叶片焊接，另一端与对应齿轮通过螺栓紧固连接；齿条焊接于转环外表面上。

进一步的，蜗杆具有一螺旋升角及一摩擦角，螺旋升角小于摩擦角，以使蜗杆进行自锁。

本发明所述的双向潜水贯流泵，通过对后置可调节导叶或前置可调节导叶中任一者的可调节直导叶片进行结构设计，每一可调节直导叶片具有沿导向轮毂径向延伸的中心轴，每一可调节直导叶片包括多个动导叶片、刚性轴、齿轮、转环、齿条、驱动机构，利用驱动机构驱动转环转动，转环带动齿条与每一齿轮啮合，每一齿轮带动对应刚性轴及对应动导叶片转动，使得每一动导叶片与对应中心轴的夹角改变，从而实现调节可调节直导叶片的角度的效果。利用前置可调节导叶或后置可调节导叶中动导叶片与对应中心轴夹角的可调节性，来调节可调节直导叶片的角度，从而提升双向潜水贯流泵的正反向运行效率。

附图说明

图1是本发明双向潜水贯流泵的结构示意图；

图2是后置可调节导叶的结构示意图；

图3是另一角度下的后置可调节导叶的结构示意图；

图4是前置可调节导叶的结构示意图；

图5是另一角度下的前置可调节导叶的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明提供的技术方案做详细说明。

如图1至图5所示，本发明所述的双向潜水贯流泵，包括自后向前沿第一安装轴43同轴安装的灯泡体20、后置可调节导叶21、叶轮22、前置可调节导叶23、直锥段24。

后置可调节导叶21、前置可调节导叶23中任一者均包括：导叶轮缘17、沿第一安装轴43同轴套设于导叶轮缘17内的导叶轮毂13，固定直导叶片19、设于导叶轮毂13与导叶轮缘17之间的可调节直导叶片；固定直导叶片19固设于导叶轮毂13与导叶轮缘17之间；任一可调节直导叶片均包括：周向阵列分布于导叶轮缘17与导叶轮毂13之间的多个动导叶片11、套设于导叶轮缘17外周表面的转环8、周向固设于转环8外周表面的齿条7、用于驱动转环8转动的驱动机构100；每一动导叶片11具有沿导叶轮毂13的径向方向延伸的一中心轴，每一动导叶片11一端与导叶轮毂13铰接，另一端向导叶轮缘17延伸，每一动导叶片内部沿纵长方向设有一刚性轴10，每一刚性轴10自内向外先后贯穿导叶轮缘17及转环8并与一齿轮9连接，每一齿轮9均与齿条7啮合；当驱动机构100驱动转环8转动时，与转环8固设的齿条7带动每一齿轮9转动并通过刚性轴10带动每一动导叶片11与对应中心轴的夹角改变，从而实现对可调节直导叶片的角度调整。

每一驱动机构100包括：固设于转环8外表面的扇形涡轮6、固设于转环8外表面的支座4、安装于支座4上且与扇形涡轮6啮合的蜗杆5、分别固定安装于支座4两端用于对蜗杆5两端进行限位的套筒3、与蜗杆5一端连接用于驱动蜗杆5转动的电机1。其中，两套筒3分别套设于蜗杆5两端用于防止蜗杆5前后串动，蜗杆5一端通过联轴器2与电机1连接，当电机1转动时蜗杆5也跟着转动，当蜗杆5转动时会带动扇形蜗轮6转动，扇形蜗轮6、齿条7均焊接固连于转环8上，扇形蜗轮6、齿条7均可与转环8同步绕后置可调节直导叶21的导叶轮缘17或绕前置可调节直导叶23的导叶轮缘17转动；齿条7为圆形齿条，通过扇形齿轮6与齿条7之间的齿轮啮合作用，齿条7的转动会带动与之接触的齿轮9的转动；每一刚性轴10与一齿轮9通过螺栓进行紧固连接，每一刚性轴10与动导叶片11焊接固定，每一齿轮9的转动会带动与齿轮9相连接的刚性轴10的转动，每一刚性轴10的转动会带动与对应刚性轴10焊接的动导叶片11的转动；每一动导叶片11通过一转盘12与导叶轮毂13铰接，每一转盘12与动导叶片11焊接，每一转盘12铰接于导叶轮毂13上，从而使动导叶片11与对应中心轴的夹角能够改变；此外动导叶片11与导叶轮毂13侧留有间隙，动导叶片11靠近导叶轮缘17内侧的一端表面设计为球面14，以方便动导叶片11在导叶轮缘17内部的转动，以达到调节后置可调节直导叶21或前置可调节直导叶23的叶片角度的目的。固定直导叶片19焊接于导叶轮缘17与导叶轮毂13之间，固定直导叶片19用以起支撑固定作用。每一齿轮9底部设有一刻度盘15，刻度盘15用以读数并显示每一动导叶片11与对应中心轴的夹角，通过控制电机1的启停，来达到后置可调节导片21或前置可调节导片23运行时可调节直导叶片的所需角度。

导叶轮缘17上对应设有供每一刚性轴10穿过的孔洞，以使刚性轴10暴露于导叶轮缘17外部，且在刚性轴10露出导叶轮缘17外侧位置处设有密封座16且密封座16内布置有机械密封，以防止漏水影响外部部件。

当需要调节动导叶片11的角度时，通过电机1的转动带动蜗杆5，蜗杆5可以带动扇形蜗轮6转动，扇形蜗轮6、齿条7与转环8可以同步绕着导叶轮缘17的外侧转动；通过齿条7与齿轮9之间齿轮啮合作用，齿条7的转动会带动后置可调节导叶21或前置可调节导叶23上多个齿轮9的同步运动；齿轮9的转动会带动对应的刚性轴10的转动，且对应的动导叶片11与刚性轴10同步转动。通过控制电机1的转动同时调大或者调小5个动导叶片11的角度，通过观察刻度盘15指针，当达到运行所需要的角度时，停止电机1的转动。

此外，蜗杆5具有一螺旋升角及一摩擦角，螺旋升角小于摩擦角，蜗杆5具有自锁性，在水泵运行且水流高速冲击导叶的过程中，由于蜗杆5的自锁特性，后置可调节直导叶21或前置可调节直导叶23的动导叶片11不会发生旋转。

后置可调节导叶21中，导叶轮缘17设为后置可调节导叶轮缘31，导叶轮毂13设为后置可调节导叶轮毂30，固定直导叶片19设为后置固定直导叶片28，可调节直导叶片设为后置可调节直导叶片29。后置可调节导叶21将现有技术中的一片固定直导叶片分为两片直导叶即分别为后置固定直导叶28及后置可调节直导叶29，后置固定直导叶28与后置可调节直导叶29按一定比例进行分配，且分别周向均匀分布于后置可调节导叶轮毂30外周表面，后置固定直导叶片28两端分别焊接于后置导叶轮毂30与后置导叶轮缘31之间用来做支撑件，后置可调节导叶轮毂30、固定直导叶片28、后置可调节导叶轮缘31通过焊接连接成一体，用于分别固定后置导叶轮毂30及后置导叶轮缘31，满足后置可调节导叶21的刚度要求。

后置可调节直导叶片29的中心轴设为后置中心轴41，后置可调节直导叶片29绕后置中心轴41转动，后置可调节直导叶片29与后置中心轴41轴线方向的夹角为后置可调节直导叶片29调节的角度，后置可调节直导叶片29与后置中心轴41的夹角范围为-30°～+30°，后置固定直导叶片28的角度为0°。后置可调节直导叶片29可以在电机1的驱动下带动蜗杆5的转动，通过蜗杆5与扇形涡轮6的接触作用从而带动齿轮9及刚性轴10的转动，刚性轴10与对应的动导叶片11一起转动，从而实现动导叶片11相对对应后置中心轴41的转动，以实现后置可调节直导叶片29的所需角度调整；通过观察齿轮9底部的刻度盘15的指针，控制电机1启停，来达到双向潜水贯流泵运行所需角度，即通过控制电机1来实现后置可调节直导叶片29与后置中心轴41的夹角调整。

前置可调节导叶23中，导叶轮缘17设为前置可调节导叶轮缘35，导叶轮毂13设为前置可调节导叶轮毂36，固定直导叶片19设为前置固定直导叶片38，可调节直导叶片设为前置可调节直导叶片37。前置可调节导叶23将现有技术中的一片固定直导叶片分为两片直导叶即分别为前置固定直导叶38、前置可调节直导叶37，前置固定直导叶38与前置可调节直导叶37按一定比例进行分配且分别周向均匀分布于前置可调节导叶轮毂36外周表面，前置固定直导叶片38焊接于固定前置导叶轮毂36与前置导叶轮缘35之间，用于分别固定前置导叶轮毂36及前置导叶轮缘35，以满足前置可调节导叶23的刚度要求；前置可调节直导叶片37的中心轴设为前置中心轴43，前置可调节直导叶片37相对前置中心轴43转动，前置可调节直导叶片37与前置中心轴43轴线方向的夹角为可调节直导叶片37调节的角度，前置可调节直导叶片37与前置中心轴43的夹角范围为-30°～+30°；前置固定直导叶片38的角度为0°。

前置可调节直导叶片37可以在电机1的驱动下带动蜗杆5的转动，通过蜗杆5与扇形涡轮6的接触作用从而带动齿轮9及刚性轴10的转动，刚性轴10与对应的动导叶片11一起转动，实现动导叶片11相对前置中心轴42的转动，从而实现前置可调节直导叶片37的角度调整；通过观察齿轮9底部的刻度盘15的指针，控制电机1启停，来达到双向潜水贯流泵运行所需角度，即通过控制电机1来实现前置可调节直导叶片37与前置中心轴42的夹角改变。

灯泡体20、后置可调节导叶21、叶轮22、前置可调节导叶23、直锥段24自后至前装配，本发明所述双向潜水贯流泵前端设有进水流道，后端设有出水流道；灯泡体20包括第一外壳27、支撑件26、第二外壳25，第一外壳27设于后置可调节导叶21的后侧并通过法兰与叶轮22连接，第一外壳27为电机外壳用于放置电机1，第二外壳25设于第一外壳27后侧，第二外壳25为灯泡体外壳，支撑件26焊接于第一外壳27与第二外壳25之间，灯泡体20通过法兰与出水流道及后置可调节导叶21连接，灯泡体20用以起到固定作用。叶轮22包括叶轮轮毂33、同轴安装于叶轮轮毂33外部的叶轮轮缘34、均匀分布于叶轮轮毂33上的双向叶片32。直锥段24包括设于前置可调节导叶23前侧并通过法兰连接进水流道及前置可调节导叶23的第三外壳40、焊接于前置可调节导叶轮毂36前侧的导水锥39，第三外壳40为直锥段外壳起过渡作用，导水堆39起过渡水流作用。

并且，当所述双向潜水灌流泵为自前向后正向运行时，前置可调节导叶23的可调节直导叶片37角度调为0°，后置可调节导叶21的可调节直导叶片29角度调为该运行工况下的某一设计角度；当双向潜水贯流泵为自后向前的反向运行时，后置可调节导叶21的可调节直导叶片29角度调为0°，前置可调节导叶23的可调节直导叶片37角度调为该运行工况下的某一设计角度。

本发明所述双向潜水灌流泵，通过对后置可调节导叶21或前置可调节导叶23中任一者的可调节直导叶片进行结构设计，每一可调节直导叶片具有沿导向轮毂13径向延伸的一中心轴，每一可调节直导叶片包括多个动导叶片11、刚性轴10、齿轮9、转环8、齿条7、驱动机构100，利用驱动机构100驱动转环8转动，转环8带动齿条7与每一齿轮9啮合，每一齿轮9带动对应刚性轴及对应动导叶片11转动，使得每一动导叶片11与对应中心轴的夹角改变，实现调节可调节直导叶片的角度的效果。所述双向潜水贯流泵的结构合理，使用方便，利用前置可调节导叶23或后置可调节导叶21中动导叶片11与对应中心轴夹角的可调节性，来调节可调节直导叶片的角度，从而兼顾正反向运行需要并提升正反向运行效率，来达到双向潜水贯流泵运行时的最优工况，以及改善水流的流态。

Claims (6)

1.一种双向潜水贯流泵，其特征在于，包括：叶轮(22)、同轴安装于叶轮(22)后侧的后置可调节导叶(21)、同轴安装于叶轮(22)前侧的前置可调节导叶(23)；

后置可调节导叶(21)、前置可调节导叶(23)中任一者均包括导叶轮缘(17)、同轴套设于导叶轮缘(17)内的导叶轮毂(13)、固定直导叶片(19)、可调节直导叶片；固定直导叶片(19)固设于导叶轮毂(13)与导叶轮缘(17)之间；

每一可调节直导叶片包括分布于导叶轮缘(17)与导叶轮毂(13)之间的多个动导叶片(11)、套设于导叶轮缘(17)外周表面的转环(8)、周向固设于转环(8)外周表面的齿条(7)、用于驱动转环(8)转动的驱动机构(100)；每一可调节直导叶片具有沿导叶轮毂(13)径向延伸的一中心轴；每一动导叶片(11)一端与导叶轮毂(13)铰接，另一端向导叶轮缘(17)延伸，每一动导叶片(11)内部沿纵长方向设有一刚性轴(10)，每一刚性轴(10)自内向外贯穿导叶轮缘(17)及转环(8)后与一齿轮(9)连接，每一齿轮(9)与齿条(7)啮合；驱动机构(100)驱动转环(8)转动时，齿条(7)与齿轮(9)啮合并通过刚性轴(10)带动对应动导叶片(11)与中心轴的夹角改变；

当双向潜水贯流泵自前向后运行时，前置可调节导叶(23)的可调节直导叶片的每一动导叶片(11)与对应中心轴的夹角为0°，后置可调节导叶(21)的可调节直导叶片的每一动导叶片(11)与对应中心轴的夹角为某一角度值；当双向潜水贯流泵自后向前运行时，后置可调节导叶(21)的可调节直导叶片的每一动导叶片(11)与对应中心轴的夹角为0°，前置可调节导叶(23)的可调节直导叶的每一动导叶片(11)与对应中心轴的夹角为某一角度值；

每一动导叶片(11)与对应中心轴的夹角范围为-30°至30°，固定直导叶片(19)的自转角度为0；驱动机构(100)包括扇形涡轮(6)、蜗杆(5)、支座(4)、两套筒(3)、电机(1)；扇形涡轮(6)、支座(4)分别固设于转环(8)外表面上，蜗杆(5)安装于支座(4)上且与扇形涡轮(6)啮合，两套筒(3)安装于支座(4)上且分别套设于蜗杆(5)两端外表面用于对蜗杆(5)两端进行限位，电机(1)通过联轴器(2)连接蜗杆(5)用于驱动蜗杆(5)转动；

还包括同轴安装于后置可调节导叶(21)后侧的灯泡体(20)、同轴安装于前置可调节导叶 (23) 前侧的直锥段(24)；其中，灯泡体(20)包括设于后置可调节导叶(21)后侧的第一外壳(27)、设于第一外壳(27)后侧的第二外壳(25)，焊接于第一外壳(27)与第二外壳(25)之间的支撑件(26)；并且，直锥段(24)包括设于前置可调节导叶(23)前侧的第三外壳(40)、焊接于前置可调节导叶(23)的导叶轮毂(13)前侧的导水堆(39)；以及，叶轮(22)包括叶轮轮毂(33)、同轴安装于叶轮轮毂(33)外周的叶轮轮缘(34)、周向分布于叶轮轮毂(33)上的双向叶片(32)。

2.根据权利要求1所述的双向潜水贯流泵，其特征在于，每一齿轮(9)底部安装有一刻度盘(15)，每一刻度盘(15)用以显示对应动导叶片(11)与中心轴的夹角。

3.根据权利要求1所述的双向潜水贯流泵，其特征在于，每一动导叶片(11)靠近导叶轮缘(17)内侧的一端表面为球面(14)。

4.根据权利要求1所述的双向潜水贯流泵，其特征在于，每一刚性轴(10)延伸出导叶轮缘(17)外侧的位置处设有密封座(16)以进行机械密封。

5.根据权利要求1所述的双向潜水贯流泵，其特征在于，每一固定直导叶片(19)对应焊接于导叶轮毂(13)与导叶轮缘(17)之间；每一刚性轴(10)一端与对应的动导叶片(11)焊接，另一端与对应齿轮(9)通过螺栓紧固连接；齿条(7)焊接于转环(8)外表面上。

6.根据权利要求1所述的双向潜水贯流泵，其特征在于，蜗杆(5)具有一螺旋升角及一摩擦角，螺旋升角小于摩擦角。