技术领域
[0001] 本
发明涉及一种带有活动导叶的蜗壳式
离心泵，属于
水泵技术领域。
背景技术
[0002] 大型离心泵机组主要应用在水资源调配和农业用水等大型水利工程领域中，其特点是结构尺寸大、水
力不平衡力大。大型泵站由于
基础开挖量所造成的经济成本约束以及现场空间条件的局限性，采用肘管式吸水室。液流在吸入肘管弯头处易出现大尺度的
涡流，从而使液流的流动很不均匀，在离心泵运行过程中产生较大的阻力损失和摩擦损失，并产生较大的噪声和振动。在较大的结构尺寸中，蜗壳为薄壁结构，其结构自身
稳定性比较弱，在运行过程中不平衡力会对其产生不平衡激励；在大型离心泵机组中，产生的水力不平衡力很大，会产生较大的振动和局部
应力过大，对高速运行的
转子系统产生不利影响。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种在不同工况条件下，泵的运行效率始终都能够保持在最优状况的一种带有活动导叶的蜗壳式离心泵。
[0004] 为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种带有活动导叶的蜗壳式离心泵，包括蜗壳、吸入肘管和
叶轮，所述叶轮和所述蜗壳的内壁面之间安装有若干片活动导叶，所述活动导叶均匀布置在所述叶轮的四周，并且每片所述活动导叶的
位置能够同时沿着所述叶轮可调节。
[0005] 上述方案中，每片所述活动导叶固定安装在固定轴上，所述固定轴的下端与底环转动副连接，所述固定轴的上端固定安装有轴套，连接臂一端与所述轴套铰接，另外一端铰接在控制环上，所述控制环的同侧铰接有
活塞杆，每根所述
活塞杆安装在接力器上。
[0006] 上述方案中，所述底环和所述蜗壳之间密封连接，所述固定轴与所述蜗壳之间密封连接。
[0007] 上述方案中，所述吸入肘管的出口处设置有整流栅。
[0008] 上述方案中，所述整流栅包括第一整流板和第二整流板，所述第一整流板和第二整流板的中心线共线，并且所述第一整流板和第二整流板之间的夹
角为90°。
[0009] 本发明的有益效果：（1）本发明有利于改善叶轮来流的流动状况，稳定入口流场，实现叶轮内稳定运行，提高机组效率，减少振动、噪声，延长
叶片寿命。（2）本发明解决了蜗壳式大型离心泵转子径向不平衡力过大的问题，通过活动导叶对叶轮和蜗壳之间的液流进行整流，降低静止部件和转子系统受到的不平衡力。（3）本发明针对机组多工况运行条件，实现导叶可调，满足不同工况下的高效稳定运行。导叶可调可有效降低叶轮出口液流进入导叶时产生的冲击损失，实现多工况高效稳定运行。（4）本发明在吸入肘管出口处设置整流栅，减少流道进口
流体能量损失，并通过减弱二次流及涡流的影响来改善汽蚀性能，减少振动、噪声。将导叶设置成可调结构，实现多工况高效运行和降低运行时产生的不平衡力，提高大型机组的效率和运行稳定性。
附图说明
[0010] 图1是带有活动导叶的蜗壳式离心泵整体结构示意图；图2是活动导叶位置示意图；
图3是吸入肘管中整流栅位置示意图；
图4是整流栅结构示意图；
图5是活动导叶结构示意图；
图6是活动导叶俯视图；
图7是工况变化时叶轮的出口速度三角形；
图8是导叶改进前后结构及速度三角形示意图。
[0011] 图9是导叶改进后结构及速度三角形示意图。
[0012] 图中：1.蜗壳；2.活动导叶；3.叶轮；4. 吸入肘管；5. 整流栅；5-1.第一整流板；5-2.第二整流板；6.固定轴；7.底环；8.轴套；9.连接臂；10.控制环；11.接力器；12.活塞杆。
具体实施方式
[0013] 以下结合附图和具体
实施例对本发明作进一步的详细描述，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0014] 请参见图1和图2，本实施例的带有活动导叶的蜗壳式离心泵由4个部件组成，包括蜗壳1、吸入肘管4、叶轮3和若干片活动导叶2，活动导叶2布置在所述叶轮3和所述蜗壳1的内壁面之间，流体由吸入肘管4进入该离心泵后流向叶轮3，出叶轮3后先经过活动导叶2后再流经蜗壳1流出。离心泵的过流部件是按额定流量进行设计的，泵在设计工况下运转时，泵内液体的流动情况与过流部件的几何形状相符合，这时不会产生冲击损失，但当泵运转的流量偏离设计值时，过流部件的形状就与其流动情况不相适应了，从而产生冲击损失，而本实施例的活动导叶2为活动的，可根据工况做相应的位置调整，以使活动导叶的形状与液体流过导叶时的流动情况相适应。
[0015] 请参见附图3，在吸入肘管4内设置了整流栅5，整流栅5通过固定孔6安装在吸入肘管4的出口处，可对来流进行整流，减弱二次流及涡流的影响。所述整流栅5的形状如图4所示，包括第一整流板5-1和第二整流板5-2，所述第一整流板5-1和第二整流板5-2的中心线共线，并且所述第一整流板5-1和第二整流板5-2之间的夹角为90°，第一整流板5-1和第二整流板5-2的平面投影为十字交叉结构。
[0016] 请参见图5和图6，每片所述活动导叶2固定安装在固定轴6上，所述固定轴6的下端与底环7转动副连接，所述固定轴6的上端固定安装有轴套8，连接臂9一端与所述轴套8铰接，另外一端铰接在控制环10上，所述控制环10的同侧铰接有活塞杆12，每根所述活塞杆12安装在接力器11上。所述底环7和所述蜗壳1之间密封连接，所述固定轴6与所述蜗壳1之间密封连接。当需要调整活动导叶2的位置时，接力器11带动活塞杆12伸缩，从而使得控制环10进行一定角度的旋转，连接臂9在控制环10的转动下带动轴套8转动，而活动导叶2由于是和轴套8固定连接的，所有活动导叶2在其对应的轴套8的带动下实现了整体相对叶轮3在一定角度范围内的位置调整。
[0017] 请参见附图7，其中，V2为叶轮出口绝对速度；W2为叶轮出口相对速度；U2为叶轮出口圆周速度；Vm2为叶轮出口轴面速度；Vu2为叶轮出口绝对速度的圆周分速度；α为叶轮出口绝对液流角；β为叶轮出口相对液流角；Q为实际流量。当工况发生变化时，叶轮出口绝对速度V2与圆周速度U2的夹角α发生相应的变化，叶片出口处液流相对速度W2由于受叶片约束的结果，其方向取决于叶片的方向，叶片出口处液流相对速度W2的方向与叶片出口表面切线方向一致，是固定不变的，故相对速度W2与圆周速度U2的夹角β是不变的。在有限叶片数叶轮中，液流被叶片夹持的程度大为减弱，从而液流的惯性得以表现，造成叶片间的液流产生与叶轮
角速度方向相反，大小相等的旋转运动，即轴向
旋涡。由于轴向旋涡的存在，相对速度产生滑移，造成液流在出口的旋转不足，致使β小于叶片出口安放角。当蜗壳式离心泵不加径向导叶机构，叶轮运行时干涉最强点位于隔舌位置，干涉会产生径向不平衡力，不平衡力会对泵组运行的稳定性产生不利的影响。当增加径向导叶后，和叶轮叶片产生干涉的是导叶进口边，同时干涉位置均匀分布在叶轮周围，可有效平衡干涉引起的径向力，径向导叶有利于降低转子径向力和提高运行稳定性的作用。
[0018] 请参见图8和图9，其中， vm0为导叶进口径向速度；w0为导叶进口绝对速度；α0为w0与U2的夹角；α’ 为导叶进口安放角。由于圆周速度U2的值是保持不变的，当工况发生变化时，叶进口径向速度vm0的大小随流量Q增大而增大，导致导叶进口绝对速度w0发生改变，致使导叶进口绝对速度w0与圆周速度U2的夹角α0发生相应的变化。由于固定导叶的导叶进口安放角α’是不变的，液流在导叶进口处产生明显的冲击作用，造成冲击损失；而活动导叶进口安放角α’可以根据液流角的大小进行调整，使液流流畅的进入导叶段，有效降低导叶进口处的冲击损失。不同工况的液流角α0可根据图中所示的速度三角形进行计算，使液流角α0的大小与导叶进口安放角α’一致，通过精确计算可获得不同工况下导叶的进口安放角α’，从而确定导叶在不同工况下的开度，为不同工况下高效稳定运行提供运行参考。计算过程如下：在导叶进口处，绝对速度w0可分解成为径向速度vm0和圆周速度U2，其关系为：w02=vm02 +U22。其中vm0=Q/S（0 S0为导叶进口处有效面积）；则导叶进口处的液流角α’0为tanα’0=vm0/U2,α’0=arctan(vm0/U2)，带活动导叶的离心泵导叶安放角α’调整可参考液流角α’0计算结果。当在小流量工况时，vm0会减小、U1会增大，α’0根据α’0=arctan(vm0/U2)则会变小；反之，在大流量工况下，α’0会变大。因此在机组运行中，小流量工况时需要将导叶安放角α’调小，大流量工况时需要将导叶安放角α’调大。
