一种基于斐波那契螺旋曲线的灯泡贯流泵消涡导流装置及其方法 |
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| 申请号 | CN202310561646.6 | 申请日 | 2023-05-18 | 公开(公告)号 | CN116498598A | 公开(公告)日 | 2023-07-28 |
| 申请人 | 扬州大学; | 发明人 | 袁铭斌; 焦伟轩; 张洪银; 成立; 田欣怡; 刘明昌; 王子文; 李准; 曹惟伟; 虞政翰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种基于斐波那契螺旋曲线的 灯泡 贯流 泵 消涡导流装置及其方法，包括安装在灯泡贯流泵上的灯泡体、导叶段、 叶轮 ，导叶段与灯泡体连接；所述灯泡体的壁面上设有导流栅条，导流栅条起始于灯泡体与导叶段连接处，起始点为灯泡体与导叶段连接处的截面0°处；以该点为起点，二维斐波那契螺旋线映射在灯泡体上，作为导流栅条构建基准，顺着叶轮转动方向构建导流栅条。通过本发明，有效的阻止灯泡贯流泵装置灯泡体后部紊流场的形成，从而抑制紊流场中不良流态的发生和发展，提高 喷 水 推进 泵装置运行效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于斐波那契螺旋曲线的灯泡贯流泵消涡导流装置，包括安装在灯泡贯流泵上的灯泡体（1）、导叶段（2）、叶轮，导叶段（2）与灯泡体（1）连接；其特征是： |
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| 说明书全文 | 一种基于斐波那契螺旋曲线的灯泡贯流泵消涡导流装置及其方法 技术领域背景技术[0002] 灯泡贯流泵具有流量大，效率高，水力性能优的特点，南水北调工程有多组泵站采用灯泡贯流泵，金湖站、淮安三站、淮阴三站、泗洪站、蔺家坝站都采用了灯泡贯流泵机组，灯泡贯流泵结构复杂，各过流部件对于泵组水力性能有着较大的影响。特别地，在灯泡贯流泵灯泡体后部，会产生大范围的紊流区域，影响泵装置正常运行，降低泵装置扬程和效率。 [0003] 为有效抑制灯泡体后部紊流区的产生，提高泵装置在运行工况下扬程和效率，提高泵站运行安全稳定性。目前已有相关专利涉及相关措施：授权发明专利CN115898956A公开了一种基于仿生学优化的新型灯泡体结构及其优化灯泡体处流态的方法。该专利涉及一种基于仿生学优化的新型灯泡体结构及其优化灯泡体处流态的方法，包括灯泡体主体，灯泡体主体包括中部圆柱体以及尾部圆台体；所述中部圆柱体四周安装有若干中部鲨鱼鳍状导流装置，每个中部鲨鱼鳍状导流装置上开有2个第一贯穿圆孔；尾部圆台体四周安装有若干尾部鲨鱼鳍状导流装置，每个尾部鲨鱼鳍状导流装置上开有2个第二贯穿圆孔。该发明不会阻碍水流的正常流动，同时还能够起到导流整流作用，对灯泡体前部处的水流也会起到进一步的约束作用，降低水流对灯泡体和流道壁面的冲击作用。 [0004] 目前，对于改善灯泡贯流泵内部流态的结构，在过流部件上加装导流装置的措施较多。现有针对改善灯泡贯流泵中灯泡体后部紊流场，并且能够直接有效利用灯泡贯流泵流场中的环量的方法，暂无这方面专利公开。 发明内容[0005] 本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于斐波那契螺旋曲线的灯泡贯流泵消涡导流装置及其方法。 [0007] 所述灯泡体的壁面上设有导流栅条，导流栅条起始于灯泡体与导叶段连接处，起始点为灯泡体与导叶段连接处的截面0°处；以该点为起点，二维斐波那契螺旋线映射在灯泡体上，作为导流栅条构建基准，顺着叶轮转动方向构建导流栅条。 [0008] 设Dr为叶轮直径，所述导流栅条高为0.02Dr，沿在灯泡体上的斐波那契螺旋线延伸到灯泡体尾部，距离尾部末端0.2Dr。 [0009] 一种基于斐波那契螺旋曲线的灯泡贯流泵消涡导流装置的消涡导流方法，其特征是：水流经过灯泡体时，消涡装置的导流作用使得靠近灯泡体壁面水流与中心水流流速梯度减小，使得灯泡体段内水流流速均匀化，流场结构发生了改变，缓解边界层分离现象的发生；另一方面，导流栅条以斐波那契螺旋线为基准，可以回收水流当中环量，将水流中的势能转化为压能，有效的阻止灯泡贯流泵装置灯泡体后部紊流场的形成，从而抑制紊流场中不良流态的发生和发展，提高喷水推进泵装置运行效率。 [0010] 本发明结构简单、生产制造容易、使用方便，通过本发明，要解决的技术问题为：灯泡贯流泵具有流量大，效率高，水力性能优的特点，南水北调工程有多组泵站采用灯泡贯流泵，金湖站、淮安三站、淮阴三站、泗洪站、蔺家坝站都采用了灯泡贯流泵机组，灯泡贯流泵结构复杂，各过流部件对于泵组水力性能有着较大的影响。灯泡体是灯泡贯流泵中的一个重要过流部件，其形状结构会在一定程度上阻碍水流流动，并且由于灯泡体特殊的结构形状，在灯泡体后部会形成大范围的紊流场，使得机组运行效率降低。特别地，流场中的水流本身带有没有被导叶完全回收的环量，这些环量会促使水流在灯泡体后部形成漩涡，从而影响机组效率。 [0011] 通过本发明，为有效缓解灯泡体后部紊流区的发生，避免灯泡贯流泵内环量促使灯泡体后部形成旋涡结构，造成内流场能量损失。因此，本发明采用基于斐波那契螺旋线形状的导流栅条构筑在灯泡体壁面上，能够进一步回收泵装置的环量。外圈的斐波那契螺旋的直线运动总是与内圈的旋转相切，因此，该导水结构可以更好的回收流场中的环量，将流场中的势能转化为压能，提高机组的扬程和运行效率。消涡装置的导流作用使得靠近壁面水流与中心水流流速梯度减小，使得灯泡体段内水流流速均匀化，流场结构发生了改变，缓解边界层分离现象的发生。另一方面，灯泡贯流泵灯泡体的导流栅条装置以斐波那契螺旋线为基准，可以回收水流当中环量，将水流中的势能转化为压能，有效的阻止灯泡贯流泵装置灯泡体后部紊流场的形成，从而抑制紊流场中不良流态的发生和发展，提高喷水推进泵装置运行效率。具体设置方法如下： [0012] (1)本专利基于斐波那契螺旋线在灯泡体壁面上构建导流栅条。具体构建方法为：导流栅条起始于导叶段与灯泡体连接处，起始点为该截面0°处；随后，以该点为起点，顺着叶轮转动方向构建导流栅条。将二维斐波那契螺旋线映射在三维灯泡体上，作为导流栅条构建基准。导流栅条高0.02Dr,沿在三维灯泡体上的斐波那契螺旋线延伸到灯泡体尾部，距离尾部末端0.2Dr。这样设置可以有效引导水流平顺流动，使得靠近壁面水流与中心水流流速梯度减小，使得灯泡体段内水流流速均匀化，流场结构发生了改变，缓解边界层分离现象的发生。 [0013] (2)灯泡贯流泵中的导叶装置可以回收一部分内流场中的环量，但是仍有一部分的环量从导叶向下游运输。在通过灯泡体结构后，由于流体中的环量依旧存在会形成漩涡结构。本专利的导流栅条装置以斐波那契螺旋线为基准，外圈的斐波那契螺旋的直线运动总是与内圈的旋转相切，因此，该导水结构可以更好的回收流场中的环量。本专利可以在水流通过该导流装置时，有效回收水流当中环量，使水流在灯泡体后部保持平顺，避免漩涡结构的发生。另一方面，导流栅条装置顺叶轮方向安装，可以将水流中的势能转化为压能，进一步提高机组的扬程和运行效率。因此本装置在灯泡贯流泵中起到导流消涡作用，并能够提高机组运行效率。 [0014] 有益效果： [0015] 通过本发明，该装置的导流作用使得靠近壁面水流与中心水流流速梯度减小，使得灯泡体段内水流流速均匀化，流场结构发生了改变，缓解边界层分离现象的发生。另一方面，灯泡贯流泵灯泡体的导流栅条装置以斐波那契螺旋线为基准，可以回收水流当中环量，将水流中的势能转化为压能，有效的阻止灯泡贯流泵装置灯泡体后部紊流场的形成，从而抑制紊流场中不良流态的发生和发展，提高喷水推进泵装置运行效率。 [0017] 图1为灯泡体导流消涡装置示意图； [0018] 图2为导流栅条起始位置示意图； [0019] 图中：1灯泡体、2导叶段、3导流栅条、4灯泡体与导叶段连接面。 具体实施方式[0020] 以下结合附图以及附图说明对本发明作进一步详细说明。 [0021] 一种基于斐波那契螺旋曲线的灯泡贯流泵消涡导流装置，该装置的导流作用使得靠近壁面水流与中心水流流速梯度减小，使得灯泡体段内水流流速均匀化，流场结构发生了改变，缓解边界层分离现象的发生。此外，外圈的斐波那契螺旋的直线运动总是与内圈的旋转相切，因此，该导水结构可以更好的回收流场中的环量，将流场中的势能转化为压能，提高机组的扬程和运行效率。主要实施步骤如下： [0022] (1)基于斐波那契螺旋线在灯泡体壁面上构建导流栅条。具体构建方法为： [0023] 导流栅条3起始于导叶段2与灯泡体1连接处，起始位置为该灯泡体1截面0°处；随后，以该点为起点，顺着叶轮转动方向构建导流栅条。将二维斐波那契螺旋线映射在三维灯泡体上，作为导流栅条构建基准。设Dr为叶轮直径，导流栅条3高0.02Dr,沿在三维灯泡体上的斐波那契螺旋线延伸到灯泡体尾部，距离尾部末端0.2Dr。这样设置可以有效引导水流平顺流动，使得靠近壁面水流与中心水流流速梯度减小，使得灯泡体段内水流流速均匀化，流场结构发生了改变，缓解边界层分离现象的发生。 [0024] (2)灯泡贯流泵中的导叶装置可以回收一部分内流场中的环量，但是仍有一部分的环量从导叶向下游运输。在通过灯泡体1结构后，由于流体中的环量依旧存在会形成漩涡结构。导流栅条3装置以斐波那契螺旋线为基准，外圈的斐波那契螺旋的直线运动总是与内圈的旋转相切，因此，该导水结构可以更好的回收流场中的环量。本发明可以在水流通过该导流装置时，有效回收水流当中环量，使水流在灯泡体后部保持平顺，避免漩涡结构的发生。另一方面，导流栅条3顺叶轮方向安装，可以将水流中的势能转化为压能，进一步提高机组的扬程和运行效率。因此本装置在灯泡贯流泵中起到导流消涡作用，并能够提高机组运行效率。 |
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