[发明专利]一种高效对旋轴流泵

说明书

本发明提供一种高效对旋轴流泵，包括前置叶轮、后置叶轮和双转子对转电机；所述前置叶轮与双转子对转电机的外转子轴连接；所述后置叶轮与双转子对转电机的内转子轴连接；所述前置叶轮和后置叶轮旋转方向相反，且所述前置叶轮和后置叶轮的轮缘直径D和轮毂直径d_h相等。本发明在原有轴流泵叶轮设计方法的基础上结合对旋轴流泵结构特点及流动状况进行了合理的优化设计，尤其是对旋轴流泵前后置叶轮耦合流动处的翼型安放角进行了合理流动设定，提高了对旋轴流泵的水力效率。

技术领域

本发明属于轴流泵研究领域，特别针对于一种高效对旋轴流泵。

背景技术

轴流泵是一种叶片泵，它靠旋转叶轮的叶片对液体产生的作用力使液体沿轴线方向进行输送。轴流泵是动力式泵中比转速最高的一种，主要适用于超大流量的场合，如灌溉、排涝、船坞排水、运河船闸的水位调节，或用作电厂大型循环水泵。

与传统单级轴流泵相比，对旋轴流泵是将传统轴流泵的后置静叶用后置动叶代替，前后置叶轮反向旋转而得到的轴流泵。后置叶轮不仅可以回收前置叶轮出口的动能，同时给液流二次加功，因而对旋轴流泵具有体积小、扬程高、空化性能好等特点，且在同样的设计参数下，对旋轴流泵可以有效缩小泵体尺寸，降低大型轴流泵因制造加工带来的困难等。另外近年来，由于对旋式水力机组具有双向运行的特性，近年来，开始应用于海洋水下发电、潮汐发电等领域。

从2002开始，国内清华大学的王德军等开始了对旋轴流泵的系列研究，建立模型设计的基本理论和基本方法，提出“上翘形”的叶片设计和联合优化方法，但此后就鲜有对对旋轴流泵的相关研究和专利报道，2014年华中科技大学王凯对可逆式对旋轴流泵进行了模型设计及相关的数值分析研究，但是他们仅限于对负荷分配系数作单一的研究，没有对转速分配上进行以及前后置叶轮耦合流动作进一步分析，本发明在前人的基础上，对转速和负荷分配做了细致的定义和研究，进一步改进前后置叶轮耦合流动特性，通过对对旋轴流泵前后置叶轮系列进行建模分析，并通过ANSYS CFX进行模拟，提出一种高效对旋轴流泵叶轮结构及水力设计技术，可供做设计参考。

发明内容

通过研究，本发明提供了一种高效对旋轴流泵叶轮。本发明的目的在于，通过对前后置叶轮的设计参数重新定义以及重要的叶轮几何参数优化设计，改善前后置叶轮对旋流动中耦合流动情况，提高对旋轴流泵的效率。

本发明需要确定前置叶轮1和后置叶轮2的设计参数和几何参数，设计参数包括前置叶轮的设计转速n_F和后置叶轮的设计转速n_R，前置叶轮的名义比转速n_qF和后置叶轮的名义比转速n_qR，几何参数包括前置叶轮和后置叶轮的轮缘直径D，轮毂直径d_h，前置叶轮的叶轮叶片数Z_F和后置叶轮的叶轮叶片数Z_R，前置叶轮分流面处的叶片稠密度λ_iF和后置叶轮分流面处的叶片稠密度λ_iR，前置叶轮分流面的叶片前缘安放角β_iF1和后缘安放角β_iF2，后置叶轮分流面的β_iR1叶片前缘安放角和后缘安放角β_iR2。

实现上述目的所采用的技术方案是：一种高效对旋轴流泵，包括前置叶轮、后置叶轮和双转子对转电机；

所述前置叶轮与双转子对转电机的外转子轴连接；所述后置叶轮与双转子对转电机的内转子轴连接；所述前置叶轮和后置叶轮旋转方向相反，且所述前置叶轮和后置叶轮的轮缘直径D和轮毂直径d_h相等；

所述后置叶轮第i个分流面的叶片前缘安放角β_iR1和后缘安放角β_iR2符合以下关系：