一种立式潜水轴流泵及其设计方法

本发明涉及轴流泵，尤其涉及一种立式潜水轴流泵及其设计方法。

背景技术：

1、立式潜水轴流泵以其相对较短的轴长、紧凑的结构广泛应用于平原地区的远距离调水、城市排涝、农田灌溉等领域，在国民经济领域中有着重要作用。轴流泵属于大流量、低扬程叶片泵，过流部件内流动损失对泵段效率至关重要。考虑土建成本、安装便宜及结构等方便因素，传统立式潜水轴流泵采用后置电机结构，即潜水电机位于叶轮导叶等过流部件后部。一般而言，潜水电机尺寸大于叶轮外径尺寸或与之相当，这就导致叶轮叶片至电机之间不可避免的存在一段扩散流道，流道扩散导致的逆压梯度是边界层分离的主要因素，而传统立式轴流泵通常将导叶体至于扩散流道内，导叶体同样属于扩散流道，其内部存在逆压梯度，扩散流道及导叶体两者产生的逆压梯度相互叠加将进一步加剧边界层分离的风险，边界层分离将导致水力损失急剧增加，效率急剧衰减。

2、因此，如何提高立式潜水轴流泵泵段效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，针对传统立式潜水轴流泵存在的处于扩散段的后置导叶将导致扩散损失增加这一问题，本发明的目的在于提供一种立式潜水轴流泵，以提高立式潜水轴流泵泵段效率。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种立式潜水轴流泵，包括叶轮体和导流体，所述导流体和所述叶轮体沿水流方向依次设置，所述叶轮体设置在泵轴上，所述导流体固定设置在导流帽上；

4、其中，所述叶轮体设置有叶轮叶片，所述导流体设置有导流叶片，所述导流叶片沿所述水流方向且朝向所述叶轮叶片的周向速度的反方向延伸形成，所述水流方向为自轴流泵的进水口朝向出水口的方向。

5、可选地，在上述立式潜水轴流泵中，所述叶轮叶片的数量和所述导流叶片的数量互为质数关系。

6、可选地，在上述立式潜水轴流泵中，所述叶轮叶片的数量和所述导流叶片的数量之间的关系为：zdy＝2zyl+1；

7、其中，zyl为述叶轮叶片的数量，zdy为所述导流叶片的数量。

8、可选地，在上述立式潜水轴流泵中，自所述导流叶片与所述泵轴连接的一端朝向所述导流叶片的轮缘方向上，所述导流叶片的厚度相等，且所述导流叶片的厚度不超过0.03d，d为所述导流叶片的直径。

9、可选地，在上述立式潜水轴流泵中，所述导流叶片自其中弧线向所述中弧线的两侧按照对称翼型逐渐加厚。

10、一种立式潜水轴流泵的设计方法，用于设计如上所述的立式潜水轴流泵，所述设计方法包括步骤：

11、s1：根据轴流泵的性能参数确定叶轮叶片的入口安放角和出口安放角；

12、s2：结合所述叶轮叶片数及叶栅密度确定叶轮叶片参数，根据所述叶轮叶片参数并结合选取翼型完成所述叶轮叶片的绘制；

13、s3：根据步骤s2确定的叶轮叶片轴面投影图绘制导流叶片的轴面投影图；

14、s4：根据叶轮叶片的数量确定导流叶片的数量；

15、s5：确定所述导流叶片的入口安放角和出口安放角；

16、s6：绘制所述导流叶片的中弧线；

17、s7：对所述导流叶片进行加厚；

18、s8：按照所述导流叶片在叶轮叶片轴面上的变化规律完成所述导流叶片的堆积。

19、可选地，在上述立式潜水轴流泵的设计方法中，在上述步骤s3中，所述导流叶片的轴面投影图中，所述导流叶片的出口边缘与所述叶轮叶片的进口边缘平行，且所述导流叶片与所述叶轮叶片的轴向距离不大于0.05d，所述导流叶片的轮缘的轴向长度不小于0.4d，d为所述导流叶片的直径。

20、使用本发明所提供的立式潜水轴流泵时，由于导流叶片和所述叶轮叶片沿水流方向依次设置，因此，水流进入时预先通过导流叶片再流经叶轮叶片，基于导流叶片沿水流方向且朝向所述叶轮叶片的周向速度的反方向延伸形成，因此，流经导流叶片的流体具有与叶轮叶片的周向速度相反的圆周方向速度分量，亦即假设叶轮叶片的周向速度为正向，则流经导流叶片的流体相对于叶轮叶片的周向速度具有负预旋，导流叶片提供了一定的负环量，而流经叶轮叶片的液体出口方向平行于泵轴轴线，环量为0，从而在保证泵段扬程的前提下极大削弱扩散流道内的逆压梯度，大幅减少因边界层分离引起的水力损失，从而有效提高轴流泵的效率。

技术特征：

1.一种立式潜水轴流泵，其特征在于，包括叶轮体和导流体，所述导流体和所述叶轮体沿水流方向依次设置，所述叶轮体设置在泵轴上，所述导流体固定设置在导流帽上；

2.根据权利要求1所述的立式潜水轴流泵，其特征在于，所述叶轮叶片的数量和所述导流叶片的数量互为质数关系。

3.根据权利要求2所述的立式潜水轴流泵，其特征在于，所述叶轮叶片的数量和所述导流叶片的数量之间的关系为：zdy＝2zyl+1；

4.根据权利要求1所述的立式潜水轴流泵，其特征在于，自所述导流叶片与所述泵轴连接的一端朝向所述导流叶片的轮缘方向上，所述导流叶片的厚度相等，且所述导流叶片的厚度不超过0.03d，d为所述导流叶片的直径。

5.根据权利要求1所述的立式潜水轴流泵，其特征在于，所述导流叶片自其中弧线向所述中弧线的两侧按照对称翼型逐渐加厚。

6.一种立式潜水轴流泵的设计方法，其特征在于，用于设计如权利要求1至5任意一项所述的立式潜水轴流泵，所述设计方法包括步骤：

7.根据权利要求6所述的立式潜水轴流泵的设计方法，其特征在于，在上述步骤s3中，所述导流叶片的轴面投影图中，所述导流叶片的出口边缘与所述叶轮叶片的进口边缘平行，且所述导流叶片与所述叶轮叶片的轴向距离不大于0.05d，所述导流叶片的轮缘的轴向长度不小于0.4d，d为所述导流叶片的直径。

技术总结
本发明公开了一种立式潜水轴流泵及其设计方法。该立式潜水轴流泵包括叶轮体和导流体，导流体和叶轮体沿水流方向依次设置，叶轮体设置在泵轴上，导流体固定设置在导流帽上，叶轮体设置有叶轮叶片，导流体设置有导流叶片，导流叶片沿水流方向且朝向叶轮叶片的周向速度的反方向延伸形成，水流方向为自轴流泵的进水口朝向出水口的方向。流经导流叶片的流体具有与叶轮叶片的周向速度相反的圆周方向速度分量，亦即假设叶轮叶片的周向速度为正向，则流经导流叶片的流体相对于叶轮叶片的周向速度具有在保证泵段扬程的前提下极大削弱叶轮后扩散流道内的逆压梯度，大幅减少因边界层分离引起的水力损失，从而有效提高轴流泵的效率。

技术研发人员：郭艳磊,杨从新,赵森,吕天智,崔昊宇
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29