旋转离心式轴流水泵的制作方法

专利名称：旋转离心式轴流水泵的制作方法技术领域：本发明的旋转离心式轴流水泵是属于使液体获得能量进行输送的机械。在液体输送过程中使液体获得能量的，其性能好、效率高的泵的工作原理分为离心式和轴流式。根据比转数的数值和叶片的形状，可使离心式往轴流式过渡，在过渡区域可形成离心与轴流共存工作状态的混流泵。然而，液体在泵壳体内的流场分布为液体只靠近壳体的区域部分流通，壳体内的中心部分即过流断面的中心区域(流场的中心带)因为有转子转轴，故没有流体轴向通过。在结构构造上，有可旋转的叶轮(即转子)和固定不动的机壳。叶轮固定在机壳内空间上的中心处设置的转轴上。在可许的工作范围内性能参数不随流入和流出口处的外界因素变化。这种泵串联工作时要求流量相等，并且不宜超过两台。另外的缺点是联合工作时所要求泵的性能曲线相同。本发明的目的1、可以进行多台水泵的串联，而使联合工作的效果不降低。2、根据管道输送系统的性能而使联合工作的设备功率、性能得到灵活的、更好的匹配，达到现有技术的设备联合工作的水平要求而功率相对来说小。3、根据可以满足 ，要求的前提下，串联在一起的泵可以流量不相等。4、在串联运行工况下，能够便于调节。每台水泵的性能参数可有利于人为地调节。5、泵体内的能量损失小(即动能和静压能的损失小)。6、可以应用风能作为动力源来进行工作。在整个输送系统中，串联运行的设备根据自身的状况可以自行调节为系统所需额定要求的匹配。7、当泵停止运行后流体仍然可以直通流过泵体内，并且水头损失(能量损失)微小。这样也可以避免水击现象的发生。8、可以做到自行在零流量状态下起动或停车的技术要求(或效果)。为了实现以上阐述的目的，采取了管状泵壳体，其内径可以与所接管段的内径相同。管状泵壳体形状为一短圆管，在其长度上分为三段。两边的泵壳段可通过外表面上所具有的翼型辐肋相互接固在一起。这两段固定泵壳段的两端与输送系统管道相联接。在两段固定泵壳段中间，夹一段管状的活动管壳段。活动管壳段与固定泵壳段之间采用转动副联接，并采用橡胶环进行缝隙处的密封。这三段泵体的部件联接后要内径相同，液体流道即流场相直通，形成柱状体。在活动管壳段上设置上叶片，叶片的数目可以根据泵体的大小和所需的性能来作为依据确定。叶片与活动管壳之间的位置关系，即在活动管壳以管中心为圆(即过流断面中心为圆)的径向方向上叶片可相对于活动管壳进行移动。叶片与活动管壳的接触面处采用固定在活动管壳上橡胶相隔起到接合密封措施，以防液体的渗漏。也可采用其它密封技术、装置。叶片与活动管壳之间也可以设置与附图上的技术所不同的另一技术方法来构成它们之间位置关系。如，在活动管壳外面壁上靠近叶片处设一垂直于管壳接触面即平行于其圆的径向线的一螺栓，并接固在活动管壳上。在活动管壳外面壁上所露出的叶片部分，做成一垂直于活动管壳圆的径向线的横杆，横杆并与叶片接固。横杆的另一端与螺栓接触。做成与螺栓相吻合有手动手柄的螺母，螺母与横杆的端头形成转动副约束的结构。通过手柄使螺母在螺栓上进行移动从而带动使横杆在管的径向方向上作上下平移，确定了叶片与活动管壳之间的关系。也可以设置叶片与活动管壳管轴之间的夹角可进行调节的机构。活动管壳外壁面固定设置有可以与电动机进行传动的结构构件。叶片在泵壳内与在管轴向流过的流体可呈一定角度(如45度角等)。叶片在管轴上的投影长度的确定应满足泵的性能要求。使具有一定流速的流体质点在通过这段投影长度时(叶片作用区域)可获得径向的离心力，并获得足够的角速度。流体质点作旋转轴向流动。活动管壳在电动机的带动下，使通过叶片作用区域的流体获得轴向上的加速度分速和径向的离心加速度分速。这样就造成了泵壳内过流断面上中心区域在轴向上产生了无机械阻碍的，相对于该区域边界而言的负压区。本发明的技术不同于现有技术的优点在于1、流体是基本上直线方向上流过泵体内的。流体在机械装置内是流动方向不变并获得与流动方向一致的方向上进行增加能量的。2、在与其它泵的串联中，因泵中心处即过流断面上中心处可以调整为无机械阻碍，可形成负压区，这使泵前端的流体在压力差中被吸入并流过泵体。这样，泵体内就形成了两部分流区，受机械作用流区和无机械作用的负压区。根据负压区在轴线上的长度和径向上的作用半径的大小变化，可以调节在此区域流过活动管壳内的流量和出流水头。负压区大小变化来自动调节泵的性能的特性和决定负压区参数的条件之一是边界参数，所以可使串联的泵流量不同也可联合运行，并且效果也不会下降。3、因为本泵的流量为可变的参数，出流水头也可随流量变动。这样，在不同的动力条件下也可以工作，进行匹配，可以在动力变力的条件下进行泵的联合运行。4、现有技术中串联工作的泵要求流量相同，这样就使所串联的泵性能受到限制。本发明的技术因为泵腔体与所联管道相同，为一直通管状，另外泵的流量可变。所以，其优点为串联的泵在所需系统要求的扬程内，第二级水泵流量的要求比单独运行时可以小，即串联泵的功率要比现有技术的泵小。5、本泵可以利用风能作为泵的动力，联泵运行，起到节能效果。6、因为泵体内流场的特征为一直通圆柱体，所以本泵体内的水力损失小。7、因为叶片在活动管壳段上在其径向是可调整变动的，这可致使泵的性能进行灵活的调整。8、进行多台联泵工作，而效果不会下降，调节方便(调节动力设备也可行)。9、不象离心泵一样流体在泵体内进行动、静压的转变，没有转化时的水力损失。10、占地面积小，布置简单。 。本附图所设计的水泵主要以风能做为动力并以此为主进行说明。附图第1页图1是附图第2页上泵体的图2上B－B剖切部位的全剖视图。附图第2页图2是附图第1页图1上A－A剖切部位的剖视图。如附图所示，泵体内腔壳是由前圆管状固定泵壳(24)、中段上圆环型活动管壳(5)、后圆管状固定泵壳(20)所构成的圆筒型内腔体即流场。在活动管壳(5)上，设置有四片(叶片数目的多少可根据性能变动)滑动叶片即在圆管径向剖切的图1上(过流断面上)所示的(1)、(6)、(9)、(13)，这些叶片垂直于活动管壳体(5)的管轴心线(即流体流动方向线)，每片叶片的中心对称线在圆的径向线上(即如图1所示在活动管壳的管直径沿长线上)，并且四片叶片的中心对称线都在一个过流断面的平面上。其另一特点是叶片在活动管壳(5)上的布置对称即每两片叶片的中心对称线在一直线上，并且每片叶片可在这直线上做平行移动(即机械位移)。叶片可选用防腐性能好摩擦系数小的刚性材料。有一对称的叶片为长叶片，另一对称的叶片为两短叶片，长叶片可伸达管中心，短叶片可伸达到管内能触及到长叶片的位置为极限。四片叶片的共同构造特征是每片叶片为矩形体，在管内的边，如图1所示的叶片与活动管壳(5)的位置、形状关系时为一圆弧型，并与活动管壳(5)内腔壁所处位置形状相吻合，这样可以使活动管壳(5)内流体的能量损失微小，接近于零。与叶片上圆弧型一边所对应的在活动管壳(5)壁外的叶片边，做成L型。图1所示是叶片相对于活动管壳(5)的管圆心点运动的另一极限状态。为了密封叶片与活动管壳(5)之间的缝隙而设置在叶片与活动管壳(5)之间的相对应面上的橡胶封闭条(4)、(7)，等。橡胶密封装置与活动管壳(5)镶固。也可以选用O型封闭橡胶圈。与叶片顶边即L型边相接固的并且略偏于中心对称线的绳索(2)、(11)、(15)，等。绳索经滚轮(3)、(12)、(14)，等缠绕后刚性接在转动轮(18)所外伸的辐肋(8)、(19)上。滚轮可以转动副形式接在活动管壳(5)上。滚轮设置在靠近叶片和活动管壳(5)的外壁面处。短叶片(6)、(13)与转动轮(18)上的辐肋和活动管壳(5)之间的联结构造均相同于长叶片，所不同的是短叶片的绳索(15)等与长叶片的绳索长度不相等。为了解决在转动轮(18)的作用下通过绳索使长叶片能够伸达到活动管壳(5)的管中心，而短叶片则需要在管内固定在一伸长的极限位置内(如前所述)，在这种工作状态之前长叶片与短叶片在管内的伸长的长度相等并同步。根据这两个条件就得对短叶片的绳索采取补长措施，使之能够配合转动轮(18)的转动能够取得与长叶片绳索的作用长度相等。根据以上的论述，采用一细钢条(16)的一端通过转动轮(18)的辐肋上孔洞(即与辐肋在绳索连接方向、位置上进行移动副联接)，与绳索(15)接固。细钢条(16)的另一端刚性接固一圆顶盖，在圆顶盖至辐肋之间并套在细钢条上一受压弹簧(17)。细钢条(16)可移动距离F应能满足F尺寸长度加上绳索(15)的长度等于长叶片绳索的长度。在附图第2页上图2所示。转动轮(18)与活动管壳(5)位置构造关系，为转动轮(18)通过与之垂直刚性联接的辐肋伸至活动管壳(5)在轴向长度段的中心。设置在这中心段上并设在活动管壳(5)上的凹槽内与管径向线重合在一起的滑块体(10)，长条型的滑块体(10)等与辐肋接固。这样，造成转动轮(18)与活动管壳(5)形成转动副联接。前固定泵壳(24)和后固定泵壳(20)之间的联结是通过泵盖(28)和固定螺栓(26)、(27)等刚性固定在一起。固定泵壳与管道法兰联接。活动管壳(5)与前、后固定泵壳之间采用轴承形式构成转动副约束。在联接处可以做成对接后形成凹槽，设密封橡胶圈(23)和代油质填料(21)，在封闭盖(22)的压紧下，封紧。叶片上在有绳索一面的背面设置一受压缩折叠形状的弹簧片(25)，其上端与叶片顶端L型边接固，下端固定在活动管壳(5)上。本发明的水泵其工作原理是液体按图2上所示的箭头方向流进泵体内时，在经过叶片作用区获得其流动方向上即轴向上的一个加速度的分速。另外，在流体流经叶片作用区的短时间内将受叶片的旋转作用影响进行圆周流动状态的一个角速度的加速度。所以，流体质点流过叶片作用区后，将获得离心力和作径向的离心运动，这时管内流体的流动状态为轴向上的螺旋流动，靠近管壁处的流体质点在轴向上的流速将大于管中心处。此状态时，泵体内过流断面上的中心区域形成相对于流经泵体前的流体状态参数的负压区。根据上述泵的工作原理，叶片要与管轴线形成有一定夹角f的位置状态，当叶片伸至泵体内并按图1所示的箭头转动时，叶片要切割液流。如图2所示，叶片转动使流体中的质点O受到切割进入叶片作用区，在叶片的推动下获得一个轴向的速度ν1和在圆切向上的角速度ν2，确定ν1和ν2这两项分速度的数值既可确定所需泵的技术性能。依据此条件就可以确定叶片与轴向线的夹角f的大小和叶片应在轴向线上的投影长度的大小。随着质点O在叶片作用区内时间的延长，将获得能量作加速运动状况。为了提高叶片对流体的作用与流体上各质点的离心运动作用，可以把伸向泵腔中心的叶片边做成夹角大于90度角的L形状，以有利于或造成流体各质点的离心运动。叶片形状的设计总之是为了更好地使泵体内有一个负压区，或者是提高泵的效率。当动力传递致转动轮(18)上时，转动轮(18)在活动管壳(5)上凹型槽的限制下按箭头所标方向转动，固定在辐肋上的绳索受到拉力。在滚轮限制作用下，拉力通过绳索传递作用到叶片L型顶边上一个径向的向心力，当作用于叶片L型顶边的绳索拉力和作用于此边上的叠折型弹簧片(25)向外径向弹力作用相等时，叶片停止向圆管中心的伸进驱近过程。这时，拉力通过滚轮全部作用在活动管壳(5)上，拉力在圆上切向上的分力相对于圆管中心产生了一个转动力矩，此力矩将使活动管壳(5)跟随转动轮(18)同步转动，带动伸进管内的叶片旋转工作。因折叠型弹簧片的弹力与压缩距离为一反比例关系，转动轮(18)的旋转速度与作用在绳索上的拉力成正比例关系。所以叶片向圆心的伸进位置关系将与转动轮(18)的转速和绳索受到的拉力大小成正比例对应关系，并能自动相对应变动。然而，随着叶片伸进泵体内腔的大小和叶片的旋转角速度的大小，作用在叶片上与叶片旋转方向的力矩相反的阻抗力也随之增加。阻抗力也随转动轮(18)的旋转作用力矩的大小成正比例变化。这样的优点可使在不调节情况下，泵开始起动时抗力很小只有活动管壳与流体之间的摩擦阻力，随起动时间的延长抗力逐步增加，这可使动力源不超负荷运转，避免水击又便于起动和匀加速变动。如图2所示，当叶片伸入泵腔内一定距离进行工作时，使进入叶片作用区的流体质点所获得轴向分速ν1和为了使泵腔中心区域产生的负压区所需的圆切向上的分速即角速度ν2。另外，根据抗力与伸进泵体内叶片的大小关系(如前段落中所述)，所确定其叶片的转速应最好与叶片伸进泵腔体内的长短成反比。即，这时工作状态的叶片对其流体质点产生的速度ν1应大于管道中(即泵体进口段)的流体流速，并与叶片伸进泵腔尺度成反比。角速度ν2应能使泵体内过流断面上的中心区产生负压区。ν2与叶片伸进泵腔内尺度成反比(相对而言)。所以，在动力源的动力小、转速低的情况下应使叶片转速高满足前述条件；在动力源的动力大、转速高的情况下应使叶片相对转速低，叶片获得的抗力大，这时流体的出流水头高。为此，在风力作动力源情况下，为了在允许额定功率下工作，为使各个联泵体在最佳工作状态下，为了根据风力的大小均能够达到最佳工况，而要有一台与泵需联机工作的离合变速调节器。在叶片的L型顶边至活动管壳之间设两级弹力器即目的是使得弹力在渐变的连续中出现一次突变的跳跃。可以在叶片L型顶边至活动管壳(5)之间再设一折叠弹片并固定在活动管壳(5)上，当叶片L型顶边相对于管圆心趋近一定位置时将触及此折叠弹片并受到弹力作用，这时叶片形成受双级弹片的作用。也可以把折叠弹片上、下之间作成两组不同弹力的弹片。根据本泵的工作原理，可以把泵做成设有多级叶片作用区域的多级泵，其过流断面上的叶片旋转速度可相同，也可以不相同。也可以把每片叶片分为两部分活动的单体。在叙述中所提及的叶片作用区的过流断面指为垂直于管轴的截面。权利要求1.属于流体输送机械的旋转离心式轴流水泵，该机械装置有固定的泵壳体和可旋转叶片，泵体内的流道为一直通状圆柱体型，其特征在于a、叶片与环内为流场的活动管壳(5)构成移动副约束关系，叶片在活动管壳(5)上相对于其内流场中心的距离可以移动、调节，b、活动管壳(5)与固定泵壳构成转动副约束关系，c、在泵体内的流场上与其流体相接触的非拨动液体轴向流动的构件为与泵进、出口两端相联接固定的固定泵壳体和中间所夹的活动管壳(5)构件，这三段构件构成泵内流道的腔体。2.根据权利要求1所述的机械装置，其特征在于非工作时和工作时泵体内过流断面的中心区域处无机械构件、机构，阻碍流体轴向的流动。3.根据权利要求1所述的机械装置，其特征是驱动叶片转动来工作并与流体相接触的构件为活动管壳(5)。4.根据权利要求1所述的机械装置，其特征是作用在叶片上使叶片向流场中心运动的力是受拉作用的绳索所直接作用的。5.根据权利要求1所述的机械装置，其特征是叶片伸进泵体内流场中的长短尺度与其作用在泵体上使叶片旋转工作的动力源动力的大小相匹配成正比例变化。6.根据权利要求1所述的机械装置，其特征是叶片在受渐变的增力或恒力的作用往过流断面中心移动，到极限状态时的过程中，阻力的变化在渐变中有出现突变的过程。7.根据权利要求1所述的机械装置，其特征是泵工作时叶片零件一部分不与流体相接触在流场外，一部分与流体相接触在流场中。8.根据权利要求1所述的机械装置，其特征是使叶片、活动管壳(5)旋转进行工作的力矩是动力源的动力在通过泵体上绳索的作用传递后再传递作用到活动管壳(5)上。9.根据权利要求1和权利要求2所述的机械装置，其特征在于泵工作，有一部分流进叶片作用区过流断面上的流体中流体质点获得轴向的加速和同时获得相对于过流断面中心的旋转角速度，流体中的流体质点是作轴向流动和同时径向离心运动及相对于过流断面中心的旋转运动。10.根据权利要求1和权利要求2所述的机械装置，其特征在于泵工作，流体流经叶片作用区至一段距离内，流场上过流断面中心区域的压强相对于此区域的边界条件参数并以此参数为基准形成为负压区。专利摘要属于流体输送机械的旋转离心式轴流水泵，其特征有一个与泵壳体转动副相联的圆环型活动管壳，在其上设有可相对于过流断面的中心并在其管径向方向上移动的叶片。活动管壳带动叶片转动，叶片伸进管内的长短尺度与其旋转速度相匹配。流体流经叶片作用区后获得轴向的加速和在圆切向上的旋转角速度，流场中心区域无机械构件的阻碍，其压强相对于边界条件形成负压区。这样可把多台以风力作动力源的泵串联起来工作。文档编号F04D3/00GK2050100SQ87213190公开日1989年12月27日 申请日期1987年9月5日 优先权日1987年9月5日发明者刘希仲 申请人:刘希仲