[发明专利]一种无叶顶泄漏的轴流泵叶轮结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种无叶顶泄漏的轴流泵叶轮结构，尤其涉及轴流泵的叶轮布置和传动机构布置，属于水泵技术领域，适用于小型轴流泵及小管径的管道输送泵。

背景技术

目前设计的轴流泵由于叶片固定在轮毂上，叶片由轮毂带动旋转对水做功，而外壳静止；叶片旋转，而外壳静止，这一静一动之间不可避免存在轮缘间隙，叶轮间隙与外壳之间的相对运动以及叶轮间隙压力面与吸力面之间的压力差产生了叶顶泄漏流，其与叶片吸力面的主流相互作用形成了叶顶泄漏涡，泄漏涡干扰主流运动，对流道内近20%区域产生影响，大幅降低了轴流泵效率和汽蚀性能；所以尽管叶轮叶顶区域半径较大，流体做功能力及流体通过能力均较强，郎继兴《轴流泵轮轴面速度与环量最佳分布规律的初探》（流体工程, 1990, 12: 31-36）一文中可知，由于叶轮轮缘与外壳之间存在间隙，不可避免会造成泄漏，为了使得叶轮获得较高的效率，人们不得不把最大轴面速度沿径向向轮毂方向移动；但缺陷是，此种布置方式无法充分利用靠近轮缘区域的做功能力以及流体通过能力，而且由于轮缘间隙存在泄漏，会导致泄漏损失，叶顶泄漏流不但降低了容积效率，还会产生严重的汽蚀问题，文献《不同叶顶间隙对轴流泵空化性能及流场的影响》（华中科技大学学报: 自然科学版, 2013 (4): 21-25）以及《轴流泵叶顶间隙空化流可视化实验研究》（工程热物理学报, 2011, 32(8): 1315-1318）均证明了这一问题，因此传统轴流泵结构成为目前制约轴流泵水力性能进一步提高的瓶颈，轴流泵叶轮结构创新是解决该问题必然途径。

经检索，目前公开号为CN102116316A的专利技术，通过在叶顶设置尖部来使得轮缘间隙缩小了20~30%，但是没有彻底消除轮缘间隙，而且在运行过程中，叶顶上突出的部分很容易与外壳相碰，造成刮擦损伤；公开号为CN202732374U的专利技术，通过将分体式机构改成直连式，虽在一定程度上简化了保养维修难度，但其保养维护时间依然较长，不能满足长时间连续运转的需要，另外水流方向在水泵中存在较大幅度的改变，影响水泵的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，成本低廉，无叶顶间隙泄露，效率高、叶片强度以及刚度大的轴流泵叶轮结构。

为了实现上述目的,所采用的技术方案是：改变叶轮固定方式以及传动方式，具体为：叶轮、外壳及轮毂固定为一体构成叶轮体，叶轮、外壳和轮毂以整体进行旋转，所述外壳外部固定一圈齿圈，所述齿圈与电动机啮合传动，所述外壳与导叶段以及外壳与进水段之间设置动密封。

所述叶轮、外壳及轮毂固定为一体构成叶轮体指：叶轮两端固定，即叶根与轮毂固定，叶顶与外壳固定；所述叶轮与外壳、叶轮与轮毂之间不留间隙。

所述的齿圈与外壳为一同铸造或者焊接或者通过过盈配合或者键配合固定在外壳上。

所述齿圈为皮带轮。

所述电动机可在轴流泵一侧配置一台，或者在轴流泵两侧各配置一台，以提供冗余，增强可靠性。

所述动密封为机械密封。

本发明通过将叶轮与轮毂以及外壳进行固定并作为整体旋转，从结构上确保了叶轮叶顶无间隙，从根本上解决了叶顶间隙的泄漏流问题，使得轴流泵在水力设计时可以按照叶轮损失最小的最佳轴面速度分布进行设计，以充分利用叶顶区域通过液流能力强，做功能力大的优点；而且，由于每个叶片采取了两端固定的方式，与传统的悬臂式固定方式相比，结构强度大大增强，叶片可以做得更薄，从而可降低叶片排挤系数，提高轴流泵过流能力，并有助于进一步提高水力效率；电动机通过齿轮啮合驱动叶轮体外壳，由外壳带动叶片旋转做功，同传统的由轴带动叶片旋转相比，对电动机的力矩要求降低，可以使用高转速电机，从而使得电机的成本降低体积减小，节省用户的投资和空间；另外，由于叶片由外壳带动旋转，因此，轴不再需要伸出泵壳之外，从而使得水流方向无需改变，由此也降低了由于水流方向改变导致的水力损失；与贯流式轴流泵相比，也减小了将电动机放入泵内的复杂性和高成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是叶轮体示意图。

图1中：1、轮毂；2、叶跟与轮毂固定，无间隙；3、叶轮，4、轮缘与外壳固定，无间隙；5、外壳。

图2是叶轮体外壳上固定一圈齿轮的示意图。

图3是电动机通过齿轮啮合驱动整个叶轮体旋转的示意图。

图4是叶轮体通过动密封与导叶段以及进水端连接在一起的示意图。