一种轴流式水泵的防空化自循环机匣

1.本实用新型涉及水泵防空化自循环机匣技术领域，尤其是一种轴流式水泵的防空化自循环机匣。


背景技术：

2.轴流泵输送液体不是依靠叶轮对液体的离心力，而是利用旋转叶轮叶片的推力，使被输送的液体沿泵轴方向流动。当泵轴由电动机带动旋转后，由于叶片与泵轴轴线有一定的螺旋角，所以对液体产生推力，将液体推出，从而沿排出管排出。轴流泵流量大、结构简单、重量轻、外形尺寸小，它的形状为管状，因此占地面积小。由于轴流泵是低扬程、大流量的泵，故通常用于农业大面积灌溉和排涝，城市排水，输送需冷却水量很大的热电站循环水以及船坞升降水位等。
3.水泵内发生空化将对水泵产生诸多危害。当轴流泵发生空化后，气泡在高压区就会遭到挤压并发生破裂，并且受到介质的持续冲击，造成流体紊乱，介质对泵体叶轮、流道等部件的冲击频率较大，泵内部会产生噪音，同时轴流泵的振动也会增大；轴流泵发生空化的时候，叶轮内介质的能量交换受到干扰，轴流泵的特性曲线会出现明显的下降，严重时会使轴流泵断流；如果轴流泵一直在空化状态下进行，除机械剥蚀作用外还同时伴有电化学腐蚀等多种复杂作用，泵输送的介质质点会像利刃一样冲击到金属表面，在高频率和高压力的冲击下，会使金属表面出现小的凹坑，直至金属晶粒脱落并出现蜂巢状破坏的现象。如果想要避免空化的发生，所以就要防止叶轮进口低压处产生气泡，因此就针对机匣设计一种自循环机匣处理机构以此来从根本上解决空化的影响。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种轴流式水泵的防空化自循环机匣，通过把叶轮后部的高压流体导入到水泵的入口处，以此来增大水泵的入口压力，使水泵入口处的流体压力产生大于产生汽化时的汽化压力，解决因进口压力小于当时温度对应下的汽化压力所产生的空化现象。
5.本实用新型的技术方案：一种轴流式水泵的防空化自循环机匣，其特征在于在机匣上设置把叶轮后部的高压流体导入到水泵的入口处循环流道，通过循环流道把叶轮后部的高压流体导入到水泵的入口处，以此来增大水泵的入口压力，使水泵入口处的流体压力产生大于产生汽化时的汽化压力，以此来防止汽化的发生。
6.所述循环流道出口的喷口位置设置于转子叶片顶部前缘轴向位置，进口的抽吸口位置设置于转子叶片顶部尾缘轴向位置。
7.所述喷口结构为能够保证喷射流的贴壁流动的康达（coanda）喷嘴。
8.所述水泵的入口处安装温度压力传感器，用于检测入口流体压力和温度是否达到当前水温对应的饱和蒸汽压力；所述循环流道的桥路上设置阀门。
9.所述循环流道里设置的阀门采用电动阀门，电动阀门和温度压力传感器均与控制
器连接。
10.所述循环流道沿机匣周向均匀分布至少5个。
11.所述循环流道由进口到出口径向宽度逐渐变小，用于提供高速喷射的气流，将叶顶泄漏涡向下游推移，抑制叶顶泄露涡的发展，起到进一步扩压的作用。
12.所述循环流道中喷嘴和抽吸口的内壁面和外壁面分别与循环桥路的内外壁面进行相切连接，以此来降低流动损失。
13.所述循环流道喷口和抽吸口的喷嘴几何角范围为5
°
~20
°
，因根据水泵具体情况进行适当选取，喷气偏航角为0
°
。
14.本实用新型的工作原理：根据水泵入口温度压力传感器监测的数据来控制阀门；水泵入口达到温度对应的饱和蒸汽压力就打开阀门，不然就关闭阀门。
15.本实用新型的优越性在于：1、本实用新型将循环流道沿周向均匀布置在机匣上，把叶轮后面的高压流体抽吸到水泵入口，进而提高了叶轮进口处压力，避免液体压力达到汽化压力，进而避免了气泡的产生，避免了空化现象的发生。2、由于叶顶间隙的存在和压力面与吸力面存在压差产生了叶顶间隙流，其与叶片吸力面的主流相互作用形成泄漏涡，利用自循环机匣产生的高能射流能够减小叶顶堵塞，从而提高水泵的失速裕度。3、循环流道利用阀门采用流量控制，根据压力温度传感器的情况来调节阀门的起降高度。4、循环流道利用抽吸口吸入流量，进而喷射到入口处，增大了入口流量，降低了回流和旋转失速的发生；流量太小时，也会造成叶轮与流体摩擦所产生的热量不能被完全带走，进而使泵内温度达到汽化的压力，形成空化，通过循环流道可以避免此现象的发生。
附图说明
16.图1为本实用新型一种轴流式水泵的防空化自循环机匣的主视结构示意图。
17.图2为喷口与转子叶顶位置关系局部放大图。
18.图3为抽吸口与转子叶顶位置关系局部放大图。
19.图中：1为水泵本体，2为温度压力传感器，3为控制器，4为电动阀门，5为循环流道，5-1为喷口，5-2为抽吸口，6为机匣，7为叶顶间隙，8为转子叶片。
具体实施方式
20.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用来解释本实用新型的原理，并不用于限定本实用新型。
21.下面结合附图以及实施例对本实用新型的原理及结构进行详细的说明：
22.如图1至图3所示，本实用新型提出了一种轴流式水泵的防空化自循环机匣，此装置包括水泵主体1、温度压力传感器2、控制器3、电动阀门4、循环流道5。
23.在机匣6上通过设置循环流道5，通过抽吸口5-2把高压流体导入到叶轮进口处，进而使叶轮进口处的压力大于对应温度下的汽化压力，从而防止气泡的产生；所述循环流道5进口的抽吸口5-2设置在转子叶片8顶部尾缘轴向位置，循环流道5出口的喷口5-1设置在转子叶片8顶部前缘轴向位置；所述循环流道5上设置电动阀门4；所述水泵的入口处设置温度压力传感器2，用于检测叶轮入口处的压力是否达到空化对应温度下的汽化压力；温度压力
传感器2和电动阀门4均与控制器3相连接；所述循环流道5沿周向均匀分布5个。
24.所述喷口5-1结构为能够保证喷射流的贴壁流动的康达（coanda）喷嘴。
25.由于转子叶片8与机匣6存在叶顶间隙7以及水泵可能在偏离工况下运行，容易在转子叶片8进口区引起旋涡，导致转子叶片8进口区压力降低，达到对应温度下的汽化压力，从而产生空化。这时把循环流道5的抽吸口5-2设置成与叶轮主通道相反的流动方向，根据压差，就可以把转子叶片8后面的高压流体导入到叶轮进口处，从而提高旋涡处的压力，进而改变旋涡的运动轨迹，减小叶顶堵塞，从根本上解决空化的发生。
26.为了检测叶轮进口处的压力是否达到对应温度下的汽化压力，在水泵入口处安装一个温度压力传感器2，把数值输送给控制器3。
27.控制器3设置了控制数值，控制器3判断温度压力传感器2输送的数值是否达到设定值，如果水泵入口处的压力达到对应温度下的汽化压力，控制器3就会输送信号给电动阀门4，电动阀门4打开，根据叶轮前后压差，叶轮后缘的高压流体通过抽吸口5-2进入循环流道5，进而通过喷口5-1喷出到水泵入口处。控制器3判断温度压力传感器2输送的数值高于对应温度下的汽化压力，控制器3输送信号给电动阀门4，关闭电磁阀门4。
28.所述循环流道5设计成径向宽度逐渐减小的装置。
29.所述所述循环流道中喷口5-1和抽吸口的内壁面和外壁面分别与循环桥路的内外壁面进行相切连接。
30.所述喷口5-1和抽吸口5-2的几何角，喷口5-1和抽吸口5-2几何角越小，在机匣上开缝的轴向长度越长，对机匣强度不利；喷口5-1几何角较大，喷射流的核心区远离机匣壁面，且在喷口5-1位置出现明显的低速分离区；抽吸口5-2几何角较大，抽吸流量和抽吸口5-2总压均减少；因此几何角因根据实际情况在一定范围内进行选取，本装置采取适中，选取喷口5-1和抽吸口5-2的几何角为10
°
，喷气偏航角为0
°
。
31.由于轴流泵的空化主要是由于叶顶间隙7的存在以及在偏离工况下运行，在叶轮进口区容易引起旋涡，使该处压力降低进而产生空化，通过循环流道宽度的减小，使该循环流体达到高速射流，将旋涡向下游推移，抑制涡的发展，这样就会使入口压力大于发生汽化时对应的汽化压力，从而解决空化的影响，同时也会减少由其引起的叶顶堵塞，从而起到扩稳的作用。

技术特征：
1.一种轴流式水泵的防空化自循环机匣，其特征在于在机匣上设置把叶轮后部的高压流体导入到水泵的入口处循环流道；所述循环流道由进口到出口径向宽度逐渐变小。2.根据权利要求1所述一种轴流式水泵的防空化自循环机匣，其特征在于所述循环流道出口的喷口位置设置于转子叶片顶部前缘轴向位置，进口的抽吸口位置设置于转子叶片顶部尾缘轴向位置。3.根据权利要求2所述一种轴流式水泵的防空化自循环机匣，其特征在于喷口结构为能够保证喷射流的贴壁流动的康达喷嘴。4.根据权利要求1所述一种轴流式水泵的防空化自循环机匣，其特征在于所述水泵的入口处安装用于检测入口流体压力和温度是否达到当前水温对应的饱和蒸汽压力的温度压力传感器，温度压力传感器与控制器连接。5.根据权利要求1所述一种轴流式水泵的防空化自循环机匣，其特征在于所述循环流道的桥路上设置阀门。6.根据权利要求5所述一种轴流式水泵的防空化自循环机匣，其特征在于所述阀门采用电动阀门，电动阀门与控制器连接。7.根据权利要求1所述一种轴流式水泵的防空化自循环机匣，其特征在于所述循环流道沿机匣周向均匀分布至少5个。8.根据权利要求2所述一种轴流式水泵的防空化自循环机匣，其特征在于所述循环流道中喷口和抽吸口的内壁面和外壁面分别与循环桥路的内外壁面进行相切连接。9.根据权利要求2所述一种轴流式水泵的防空化自循环机匣，其特征在于所述循环流道喷口和抽吸口的喷嘴几何角范围为5
°
~20
°
，喷气偏航角为0
°
。

技术总结
一种轴流式水泵的防空化自循环机匣，其特征在于在机匣上设置把叶轮后部的高压流体导入到水泵的入口处循环流道；通过循环流道把叶轮后部的高压流体导入到水泵的入口处，以此来增大水泵的入口压力，使水泵入口处的流体压力产生大于产生汽化时的汽化压力，以此来防止汽化的发生。本实用新型把转子后缘的高压流体通过循环流道把高压流体喷射到水泵的进口处，提高水泵入口处的压力，避免压力达到当时温度下的汽化压力，避免了流体在该处开始汽化并形成气泡，从根本上解决空化的影响。从根本上解决空化的影响。从根本上解决空化的影响。


技术研发人员：童志庭 原野 宋泽东 陈春刘 徐剑
受保护的技术使用者：天津理工大学
技术研发日：2021.11.10
技术公布日：2022/5/25