CN204344481U - 轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置 - Google Patents

Abstract

轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置，属于水力机械技术领域。由模型泵、导叶体、平均速度环量计、出水流道、出水池、闸阀、辅助泵、流量计通过管道依次连接构成，连接出水流道进口的管道壁上设有进口测压孔，出水流道进口测压管安装连接在进口测压孔上，出水池的侧壁上设有出口测压孔，出水流道出口测压管安装连接在出口测压孔上。水流从模型泵的叶轮流出，依次流经导叶体、平均速度环量计、出水流道进口测压孔、出水流道、出水池、出水流道出口测压孔、闸阀、辅助泵、流量计，最后再回到所述模型泵进口形成一个循环***。通过本实用新型能够对轴流泵装置中导叶体出口水流环量影响出水流道水力性能的规律进行深入研究。

Description

轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置

技术领域

本实用新型涉及轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置，属于水力机械技术领域。

背景技术

大型轴流泵装置广泛应用于我国平原地区，在抗旱排涝、水资源调配和水环境改善等领域发挥了十分重要的作用。轴流泵装置是由进水流道、出水流道和轴流泵的叶轮、导叶体组成，其中，进水流道位于叶轮之前，导叶***于叶轮之后，出水流道位于导叶体之后。水流在高速旋转的轴流泵叶轮的作用下获得能量，同时导叶体出口的水流还具有很大的速度环量。常规的轴流泵设计不针对具体的轴流泵装置，导叶体水力设计的目标是调整从叶轮流入导叶体水流的方向、消除导叶体出口水流的速度环量。近年来的研究发现，在轴流泵装置中，导叶体出口水流的速度环量对出水流道内流态及水头损失的影响并不是环量愈小愈好，而是存在使出水流道水头损失最小的最优环量。因此，导叶体的常规设计方法导致其与出水流道的水力性能不匹配，增大了出水流道的水头损失。出水流道水头损失对轴流泵装置效率的影响是很大的，特别是对于年运行时数长的大型低扬程泵站，这种影响更须予以重视。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对上述现有的缺陷，提供一种轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置。以轴流泵装置导叶体的出口平均速度环量达到最优环量为目标进行导叶体优化设计，使其与出水流道达到最佳配合、实现轴流泵装置水力性能的最优化。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置，其特征在于，设有模型泵、导叶体、平均速度环量计、出水流道、出水池、闸阀、辅助泵、流量计和管道，模型泵、导叶体、平均速度环量计、出水流道、出水池、闸阀、辅助泵、流量计通过管道依次连接构成一个循环***，出水流道进口的管道壁上设有出水流道进口测压管的进口测压孔，出水流道进口测压管安装连接在管道壁上的进口测压孔上，出水流道出口的出水池侧壁上设有连接出水流道出口测压管的出口测压孔，出水流道出口测压管安装连接在出水池侧壁上的出口测压孔上；水流从模型泵的叶轮流出，依次流经导叶体、平均速度环量计、出水流道进口测压孔、出水流道、出水池、出水流道出口测压孔、闸阀、辅助泵、流量计，最后再回到所述模型泵进口。

所述平均速度环量计设有环量计轮毂、环量计轴、直叶片、金属反光片、光电传感器、计数器，环量计轮毂、直叶片通过环量计轴安装设置在所述管道中，金属反光片设置在直叶片的侧面，光电传感器安装在所述管道上并连接计数器，光电传感器的端头穿过管道内壁朝向管道腔内的所述金属反光片。

所述模型泵与所述轴流泵装置中的原型泵相似，用于在试验装置中提供与原型轴流泵装置相似的水流。

所述导叶体设有7组供试验用的导叶体。

所述出水流道的进口与导叶体的出口之间连接的管道长度为模型泵叶轮直径的8倍，出水流道进口测压管距出水流道进口的距离为模型泵叶轮直径的3倍，出水流道的出口距出水流道出口测压管的距离为模型泵叶轮直径的8倍。

所述闸阀为蝶阀，用于调节所述模型泵的工况。

所述辅助泵为管道泵，用于帮助所述模型泵克服管道阻力。

所述流量计为电磁流量计，用于测量所述模型泵的流量。

本实用新型设计科学合理，经本实用新型水力优化的轴流泵导叶体出口平均速度环量达到最优环量，能够使其与所应用的轴流泵装置中的出水流道水力性能达到最佳匹配，进一步提高轴流泵装置水力性能，解决了现有的轴流泵导叶体水力设计不针对所应用的轴流泵装置，以完全消除出口平均速度环量为目标，所设计的导叶体与轴流泵装置中的出水流道水力性能不匹配，轴流泵装置水力性能差的问题。本实用新型适用于由不同型号轴流泵和不同型式出水流道组成的轴流泵装置中的导叶体水力优化，能够对轴流泵装置中导叶体出口水流环量影响出水流道水力性能的规律进行深入研究。

附图说明

图1是本实用新型的模型试验装置示意图。

图2a 是本实用新型的第一组试验导叶体的示意图。

图2b 是本实用新型的第二组试验导叶体的示意图。

图2c 是本实用新型的第三组试验导叶体的示意图。

图2d 是本实用新型的第四组试验导叶体的示意图。

图2e是本实用新型的第五组试验导叶体的示意图。

图2f 是本实用新型的第六组试验导叶体的示意图。

图2g 是本实用新型的第七组试验导叶体的示意图。

图3 是本实用新型平均速度环量计示意图。

图4是经本实用新型试验具有最优出口平均速度环量的轴流泵装置导叶体示意图。

图中：1模型泵，2导叶体，3平均速度环量计，4进口测压孔，5出水流道，6出水池，7出口测压孔，8闸阀，9辅助泵，10流量计，11管道，12环量计轮毂，13环量计轴，14直叶片，15管道内壁，16金属反光片，17光电传感器，18计数器，19导叶片，20小叶片，21小叶片，22小叶片，23小叶片，24小叶片，25小叶片，26小叶片，27导轴承支座。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置，由模型泵1、导叶体2、平均速度环量计3、出水流道5、出水池6、闸阀8、辅助泵9、流量计10通过管道依次连接构成，出水流道5进口的管道11壁上设有出水流道进口测压管的进口测压孔4，出水流道进口测压管安装连接在管道壁上的进口测压孔4上，出水流道5出口的出水池6的侧壁上设有连接出水流道出口测压管的出口测压孔7，出水流道出口测压管安装连接在出水池6的侧壁上的出口测压孔7上。

水流从模型泵1的叶轮流出，依次流经导叶体2、平均速度环量计3、出水流道进口测压孔4、出水流道5、出水池6、出水流道出口测压孔7、闸阀8、辅助泵9、流量计10，最后再回到所述模型泵1，构成一个循环***；模型泵1与所述轴流泵装置中的原型泵相似，用于在试验装置中提供与原型轴流泵装置相似的水流；导叶体2出口通过管道11与出水流道5进口连接，管道11的长度为8D（D为模型泵1的叶轮直径，单位为m，下同）；平均速度环量计3安装在与导叶体2出口连接的管道11中，用于测量导叶体2出口的水流平均速度环量；出水流道5为所述轴流泵装置中的虹吸式出水流道；出水流道进口测压孔4设置在管道11上，距出水流道5的进口3D距离；出水流道出口测压孔7设置在出水池6的侧壁上，距出水流道5出口8D距离；闸阀8为蝶阀，用于调节模型泵1的工况；辅助泵9为管道泵，用于帮助模型泵1克服管道阻力；流量计10为电磁流量计，用于测量模型泵1的流量。

（2）所述模型泵1原配导叶体有5片叶片，设计制作一组7个方案供试验用的导叶体，它们的外形及安装尺寸相同，如图2a～图2g所示，在试验中依次更换；7个方案导叶体的几何特征是导叶片均为5片，但各方案导叶体的叶片长度及出口角度依次逐步增加；

导叶体方案1如图2a所示，其几何特征是，导叶片19的片数与模型泵1的原配导叶体的叶片数相同，导叶片19的进口角度与模型泵1原配导叶体叶片进口角度相同，为50.8°，该角度与模型泵1叶轮叶片出口水流速度的方向一致，导叶片19的长度取为0.2D，使其满足支撑模型泵1导轴承支座27的要求；导叶片19的角度从进口到出口保持不变，对流入导叶体水流的流动方向不起调整作用，故其出口与进口的速度环量相等；

导叶体方案2如图2b所示，其几何特征是，在导叶体方案1的基础上，在每个导叶片19的出口各增加1个长度为0.05D的小叶片20，并使小叶片20在导叶片19出口角度的基础上向导叶体轴线方向偏转10°，导叶体方案2出口水流的周向流速受到小叶片20的调整而减小，从而相应地使其出口水流的速度环量在导叶体方案1的基础上减小；

导叶体方案3如图2c所示，其几何特征是，在导叶体方案2的基础上，在每个小叶片20的出口各增加1个长度为0.05D的小叶片21，并使小叶片21在小叶片20出口角度的基础上向导叶体轴线方向偏转10°，导叶体方案3出口水流的周向流速受到小叶片21的调整而再次减小，从而相应地使其出口水流的速度环量在导叶体方案2的基础上减小；

导叶体方案4如图2d所示，其几何特征是，在导叶体方案3的基础上，在每个小叶片21的出口各增加1个长度为0.05D的小叶片22，并使小叶片22在小叶片21出口角度的基础上向导叶体轴线方向偏转10°，导叶体方案4出口水流的周向流速受到小叶片22的调整而又一次减小，从而相应地使其出口水流的速度环量在导叶体方案3的基础上减小；

导叶体方案5如图2e所示，其几何特征是，在导叶体方案4的基础上，在每个小叶片22的出口各增加1个长度为0.05D的小叶片23，并使小叶片23在小叶片22出口角度的基础上向导叶体轴线方向偏转9.2°，该方案导叶片出口角度达到90°（与导叶体轴线平行），导叶体方案5出口水流的周向流速受到小叶片23的进一步调整而减小，从而相应地使其出口水流的速度环量在导叶体方案4的基础上减小；

导叶体方案6如图2f所示，其几何特征是，在导叶体方案5的基础上，在每个小叶片23的出口各增加1个长度为0.05D的小叶片24，并使小叶片24出口角度保持为90°，由于该方案导叶片在导叶体方案5的基础上沿导叶体轴线方向增加了一定长度，导叶体方案6出口水流的周向流速受到小叶片24的继续调整而减小，从而相应地使其出口水流的速度环量在导叶体方案5的基础上减小；

导叶体方案7如图2g所示，其几何特征是，在导叶体方案6的基础上，在每个小叶片24的出口各增加1个长度为0.05D的小叶片25，并使小叶片25出口角度继续保持为90°，由于该方案导叶片在导叶体方案6的基础上沿导叶体轴线方向增加了一定长度，导叶体方案7出口水流的周向流速受到小叶片25的持续调整而减小，从而相应地使其出口水流的速度环量在导叶体方案6的基础上减小。

（3）所述平均速度环量计3由环量计轮毂12、环量计轴13和沿环量计轮毂12匀布的4只直叶片14组成，如图3所示；所述环量计轴13的轴线与模型泵1的轴线一致；所述环量计轮毂12的直径与导叶体2出口断面的轮毂体直径相同；所述直叶片14边缘至管道内壁15的距离为2mm，直叶片14的长度为管道11直径的0.6倍，在导叶体2出口水流周向流速的作用下，直叶片14随同水流作旋转运动，最终达到与导叶体2出口水流同步旋转，直叶片14的旋转速度即为导叶体2出口水流的平均旋转速度；在直叶片14的侧面贴有金属反光片16，在管道11上与金属反光片16对应的位置设置光电传感器17，其头部与所述管道11的内壁15齐平，光电传感器17发出光束，直叶片14在水流作用下每旋转一圈，4个直叶片上的反光片16对该光束各反光1次，光电传感器17接收4个光脉冲信号，这些信号传输到与光电传感器17连接的计数器18，计数器18单位时间内记录的脉冲总数除以4即可得到所述环量计直叶片14每分钟旋转的圈数。

（4）进行轴流泵装置导叶体2出口平均速度环量影响出水流道5水力性能的模型试验，每次试验更换一个不同方案的导叶体；试验中需测试的物理量包括：所述环量计直叶片14每分钟旋转的圈数、出水流道进口测压孔4的静压、出水流道出口测压孔7的静压和模型泵1的流量，根据测试结果计算导叶体2出口水流的平均速度环量和相应的出水流道5的水头损失，根据计算结果绘出导叶体2出口水流的平均速度环量和相应的出水流道5的水头损失之间的关系曲线，从而进行导叶体优化设计，使其与出水流道达到最佳配合、实现轴流泵装置水力性能的最优化。

Claims (8)

1.轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置，其特征在于，设有模型泵、导叶体、平均速度环量计、出水流道、出水池、闸阀、辅助泵、流量计和管道，模型泵、导叶体、平均速度环量计、出水流道、出水池、闸阀、辅助泵、流量计通过管道依次连接构成一个循环***，连接出水流道进口的管道壁上设有出水流道进口测压管的进口测压孔，出水流道进口测压管安装连接在管道壁上的进口测压孔上，连接出水流道出口的出水池侧壁上设有连接出水流道出口测压管的出口测压孔，出水流道出口测压管安装连接在出水池侧壁上的出口测压孔上；水流从模型泵的叶轮流出，依次流经导叶体、平均速度环量计、出水流道进口测压孔、出水流道、出水池、出水流道出口测压孔、闸阀、辅助泵、流量计，最后再回到所述模型泵进口。

2.根据权利要求1所述的轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置，其特征在于，所述平均速度环量计设有环量计轮毂、环量计轴、直叶片、金属反光片、光电传感器、计数器，环量计轮毂、直叶片通过环量计轴安装设置在所述管道中，金属反光片设置在直叶片的侧面，光电传感器安装在所述管道上并连接计数器，光电传感器的端头穿过管道内壁朝向管道腔内的所述金属反光片。

3.根据权利要求1所述的轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置，其特征在于，所述模型泵与所述轴流泵装置中的原型泵相似，用于在试验装置中提供与原型轴流泵装置相似的水流。

4.根据权利要求1所述的轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置，其特征在于，所述导叶体设有7组供试验用的导叶体。

5.根据权利要求1所述的轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置，其特征在于，所述出水流道的进口与导叶体的出口之间连接的管道长度为模型泵叶轮直径的8倍，出水流道进口测压管距出水流道进口的距离为模型泵叶轮直径的3倍，出水流道的出口距出水流道出口测压管的距离为模型泵叶轮直径的8倍。

6.根据权利要求1所述的轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置，其特征在于，所述闸阀为蝶阀，用于调节所述模型泵的工况。

7.根据权利要求1所述的轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置，其特征在于，所述辅助泵为管道泵，用于帮助所述模型泵克服管道阻力。

8.根据权利要求1所述的轴流泵装置导叶体出口平均速度环量影响出水流道水力性能的模型试验装置，其特征在于，所述流量计为电磁流量计，用于测量所述模型泵的流量。