一种无鱼类撞击损伤的轴流泵

本发明属于机械工程领域，涉及水力机械技术，特别是涉及一种无鱼类撞击损伤的轴流泵。

背景技术：

1、在输送水体的过程中，鱼类进入泵体流道，由于受到叶片撞击所造成的受伤、死亡等情况屡见不鲜，缓解鱼类进入泵站造成的损伤，给鱼类设置鱼梯，提供一条安全“绕行”的通道是一个切实可行的方法。作为一类能可靠传输介质并为介质增压的水力机械，轴流泵因介质传输流量大、输送扬程低的特点，被大规模装备在国家水网和水系统中，担负着跨流域调水、防洪排涝和抗旱减灾等重要使命，尤其适用于大型泵站。然而，目前很多轴流泵中鱼道的实际运行状况并不理想，鱼体通过轴流泵流道仍然存在撞击损伤，只有少部分鱼类能够通过轴流泵流道，过鱼效率低，并且轴流泵流道产生的水量泄漏也降低了泵站的整体运行效率，从而影响了发电效益。

2、因此，为提高轴流泵流道过鱼效率，减小鱼体通过轴流泵流道的损伤概率，有必要在保证泵站发电效益的同时对传统轴流泵的流道结构及水力特性进行优化，以提高水利工程生态效益，实现水电能源与鱼类资源的协调发展。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种无鱼类撞击损伤的轴流泵，以提高水利工程生态效益，实现水电能源与鱼类资源的协调发展，解决上述现有轴流泵所存在的鱼体撞击损伤率高、过鱼效率低以及流道水量泄漏的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种无鱼类撞击损伤的轴流泵，包括外壳、设置于所述外壳内的传动轴、设置于所述传动轴上的叶轮以及设置于所述传动轴上的导水机构，所述叶轮包括多个沿所述传动轴周向均布的前掠式叶片，所述导水机构包括多个设置于所述传动轴外壁的内侧鳍片和多个设置于所述外壳内壁的外侧鳍片，所述内侧鳍片和所述外侧鳍片均为由非均匀椭圆断面构成的不规则曲面体，且椭圆断面按流线规则变化。

4、可选的，所述外壳包括依次连通的肘形进水流道、进水流道弯管段、出水流道弯管段和扩散段，所述传动轴设置于所述出水流道弯管段内，所述外侧鳍片设置于所述出水流道弯管段的内壁。

5、可选的，所述肘形进水流道的任意一截面均为正方形，所述肘形进水流道的进口处设置有支撑结构，所述支撑结构将所述肘形进水流道内部分隔形成两股。

6、可选的，所述进水流道弯管段的中心线弯曲半径为0.77d，且所述进水流道弯管段的出口直径为1.08d；d为所述叶轮的外轮廓直径。

7、可选的，所述叶轮的轴向长度与转轮直径之比为1:3.659。

8、可选的，所述前掠式叶片在所述叶轮外周呈单列环形均布，且任意一所述前掠式叶片的中心线与所述叶轮的中轴线夹角α1均为70°，任意一所述前掠式叶片均具有螺旋形弯掠前缘，且前缘厚度为0.011d；d为所述叶轮的外轮廓直径。

9、可选的，所述前掠式叶片的轮缘层的翼型骨线方程为：

10、y(x)＝8082.3151x4-12056.7175x3+7131.9373x2-1886.1751x+161.4622；

11、z(x)＝-329952.0577x4+439630.5701x3-190694.7257x2+32269.5123x-416.0116。

12、可选的，所述传动轴外周均布有三个所述内侧鳍片，三个所述内侧鳍片的外周均布有六个所述外侧鳍片，所述内侧鳍片和所述外侧鳍片的安装位置为距离所述导水机构进水侧20％的导水机构轴向长度处；任意一所述内侧鳍片与任意一所述外侧鳍片的安装方向相反，且所述内侧鳍片的中心线与所述外侧鳍片的中心线的夹角α2为35°。

13、可选的，所述外侧鳍片的椭圆中心点位置的控制方程为：y(x)＝-37.2859x4+20.6235x3+2.8469x2+0.2921x-0.2567；

14、z(x)＝71.6638x4-29.9868x3-33.6097x2-0.0047x+1.3506。

15、可选的，所述传动轴的轴径为0.18d；所述出水流道弯管段的半径为1.57d，长度为0.46d；所述扩散段的扩散角α3为10°～13°，所述扩散段的长度为3.64d；d为所述叶轮的外轮廓直径。

16、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

17、本发明提出的无鱼类撞击损伤的轴流泵，其过流域包括依次连通的肘形进水流道、进水流道弯管段、拥有前掠式叶片的叶轮、导水机构、传动轴、出水流道弯管段和扩散段。鱼类在旋转机械中受损死亡的主要原因就是受到叶片撞击，本发明在保证轴流泵水力性能的前提下降低了鱼类受到撞击损伤的可能性，从而提高了过泵鱼存活率，兼顾了水电能源利用与生态环境保护，提高了水利工程生态效益，可实现水电能源与鱼类资源的协调发展，应用前景广阔。

技术特征：

1.一种无鱼类撞击损伤的轴流泵，其特征在于，包括外壳、设置于所述外壳内的传动轴、设置于所述传动轴上的叶轮以及设置于所述传动轴上的导水机构，所述叶轮包括多个沿所述传动轴周向均布的前掠式叶片，所述导水机构包括多个设置于所述传动轴外壁的内侧鳍片和多个设置于所述外壳内壁的外侧鳍片，所述内侧鳍片和所述外侧鳍片均为由非均匀椭圆断面构成的不规则曲面体，且椭圆断面按流线规则变化。

2.根据权利要求1所述的无鱼类撞击损伤的轴流泵，其特征在于，所述外壳包括依次连通的肘形进水流道、进水流道弯管段、出水流道弯管段和扩散段，所述传动轴设置于所述出水流道弯管段内，所述外侧鳍片设置于所述出水流道弯管段的内壁。

3.根据权利要求2所述的无鱼类撞击损伤的轴流泵，其特征在于，所述肘形进水流道的任意一截面均为正方形，所述肘形进水流道的进口处设置有支撑结构，所述支撑结构将所述肘形进水流道内部分隔形成两股。

4.根据权利要求3所述的无鱼类撞击损伤的轴流泵，其特征在于，所述进水流道弯管段的中心线弯曲半径为0.77d，且所述进水流道弯管段的出口直径为1.08d；d为所述叶轮的外轮廓直径。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的无鱼类撞击损伤的轴流泵，其特征在于，所述叶轮的轴向长度与转轮直径之比为1:3.659。

6.根据权利要求1～4任意一项所述的无鱼类撞击损伤的轴流泵，其特征在于，所述前掠式叶片在所述叶轮外周呈单列环形均布，且任意一所述前掠式叶片的中心线与所述叶轮的中轴线夹角α1均为70°，任意一所述前掠式叶片均具有螺旋形弯掠前缘，且前缘厚度为0.011d；d为所述叶轮的外轮廓直径。

7.根据权利要求6所述的无鱼类撞击损伤的轴流泵，其特征在于，所述前掠式叶片的轮缘层的翼型骨线方程为：

8.根据权利要求1～4任意一项所述的无鱼类撞击损伤的轴流泵，其特征在于，所述传动轴外周均布有三个所述内侧鳍片，三个所述内侧鳍片的外周均布有六个所述外侧鳍片，所述内侧鳍片和所述外侧鳍片的安装位置为距离所述导水机构进水侧20％的导水机构轴向长度处；任意一所述内侧鳍片与任意一所述外侧鳍片的安装方向相反，且所述内侧鳍片的中心线与所述外侧鳍片的中心线的夹角α2为35°。

9.根据权利要求8所述的无鱼类撞击损伤的轴流泵，其特征在于，所述外侧鳍片的椭圆中心点位置的控制方程为：

10.根据权利要求2～4任意一项所述的无鱼类撞击损伤的轴流泵，其特征在于，所述传动轴的轴径为0.18d；所述出水流道弯管段的半径为1.57d，长度为0.46d；所述扩散段的扩散角α3为10°～13°，所述扩散段的长度为3.64d；d为所述叶轮的外轮廓直径。

技术总结本发明公开一种无鱼类撞击损伤的轴流泵，其过流域包括依次连通的肘形进水流道、进水流道弯管段、拥有前掠式叶片的叶轮、导水机构、传动轴、出水流道弯管段和扩散段。鱼类在旋转机械中受损死亡的主要原因就是受到叶片撞击，本发明在保证轴流泵水力性能的前提下降低了鱼类受到撞击损伤的可能性，从而提高了过泵鱼存活率，兼顾了水电能源利用与生态环境保护，提高了水利工程生态效益，可实现水电能源与鱼类资源的协调发展，应用前景广阔。技术研发人员：杨春霞,李倩,吴荻洋,张豪,姚鑫,王传治,王嘉宇受保护的技术使用者：河海大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15