專利名稱：混(斜)流泵葉片大角度全調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
混(斜)流泵(注1)葉片大角度全調(diào)節(jié)裝置，屬流體機(jī)械領(lǐng)域，用以提高效率，擴(kuò)大工況的廣適性，改變潤滑方式。取代引進(jìn)的次等技術(shù)而保護(hù)國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)資源。本文所謂的“大角度全調(diào)節(jié)”，系指機(jī)器不停機(jī)、不換向時，對葉片安放角β ζ實(shí)現(xiàn)從+4°至-90°的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)性能改善和功能擴(kuò)展，包括大大擴(kuò)大流量調(diào)節(jié)范圍這種改善。
背景技術(shù)：
大泵在國民經(jīng)濟(jì)中的能耗，約占13% -14%，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，如農(nóng)業(yè)灌排水、 市政工程、電廠供循環(huán)水、區(qū)域性調(diào)水(南水北調(diào)、東水西輸)、污水處理、核電等方面，被大
量使用。混流泵與軸流泵和離心泵相比，有其制式上的重大的比較優(yōu)勢，對它的研究和開發(fā)，在近三十年來，以日本為代表，開始并得到了長足的重視和發(fā)展，其使用范圍正在向傳統(tǒng)的軸流泵和離心泵領(lǐng)域擴(kuò)展。固定式和半調(diào)節(jié)式混流泵，不能發(fā)揮混流泵的全部優(yōu)勢。只有全調(diào)節(jié)的混流泵，尤其是大角度全調(diào)節(jié)混流泵，才能使混流泵的重大優(yōu)勢得以完全的、高效能的發(fā)揮。例如，東北某大型水利樞紐工程，使用混流泵葉片全調(diào)節(jié)，即便是調(diào)節(jié)范圍只有-6°到+2°，年節(jié)電率也達(dá)到了 15%。(注2)(調(diào)節(jié)范圍若更大，則節(jié)電效果更大)，還由于它啟動特性好，啟動電流小，泵的配用電機(jī)裕量減小，泵站電網(wǎng)和電器設(shè)備的容量也相應(yīng)減小，從而大大降低了泵站建設(shè)投資。還例如，電廠循環(huán)水泵，由于我國冬夏氣溫變化大，同一容量的發(fā)電機(jī)組， 循環(huán)水的倍率范圍為50-70倍(流量大)，相同的冷卻對象，夏天冷凝水量是冬天的15倍 (調(diào)量大)，目前電循泵的調(diào)節(jié)量只能達(dá)到4.3倍，且只能使用半調(diào)節(jié)，即手工調(diào)節(jié)技術(shù)。這就嚴(yán)重地阻礙了動調(diào)混流泵效能的發(fā)揮.對于電循泵之類的大調(diào)量泵，大角度動調(diào)技術(shù)， 成為了行業(yè)亟需突破的難點(diǎn)，而一臺大型水泵的電機(jī)功率，一般在1000-6000kW之間，以后還會更大，可見，工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、動調(diào)范圍大的混流式全調(diào)節(jié)技術(shù)，對于節(jié)能(靜態(tài)節(jié)能和動態(tài)節(jié)能)和工況廣適性的極端重要性。為此，以南水北調(diào)為契機(jī)，國家和企業(yè)不得不用巨大的市場(份額)代價、資金代價、長遠(yuǎn)收益代價，換取國外的次等技術(shù)，即所謂的“雙桿端關(guān)節(jié)球軸承”，這一并不理想的調(diào)節(jié)方法。動調(diào)范圍大45° )的混流泵全調(diào)節(jié)技術(shù)，對于節(jié)能和工況廣適應(yīng)極為重要，以至該技術(shù)和水力特性兩項(xiàng)指標(biāo)，成為一個國家大型水泵發(fā)展水平的標(biāo)志性指標(biāo)。對混流泵性能的調(diào)節(jié)，曾經(jīng)或正在使用的主要方法有三種，1)變速調(diào)節(jié)(變頻電機(jī)發(fā)端于此)；2)前導(dǎo)葉調(diào)節(jié)；3)葉片安放角全調(diào)節(jié)，在這三種方式中，葉片安放角全調(diào)節(jié)為最好。(注3)三十多年來，國內(nèi)外在尋求合理可靠的混流泵葉片全調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的過程中，經(jīng)歷了撥叉、蝸輪副、齒輪齒條副、圓錐齒輪副、杠桿、十字接軸等諸多形式，它們結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大都配有復(fù)雜的接力器和冗重的油浴潤滑(轉(zhuǎn)子體內(nèi)灌滿機(jī)油，結(jié)構(gòu)使然)。即便是最新一代的雙桿端關(guān)節(jié)球軸承這一形式，軸承調(diào)節(jié)范圍不能超過13°，它的輪轂比較大，葉片過流面積較小，水力特性因調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)需要受到重大削弱。更為重要的是，采用這種形式，國內(nèi)現(xiàn)有的優(yōu)良的混流泵水力模型，都要作廢或變動，從而造成極大的損失。這種受制于國外次等技術(shù)而湮滅國內(nèi)資源的局面應(yīng)停止。而本文所述技術(shù)，1)在結(jié)構(gòu)上最為冼煉、簡約，工作可靠；2)葉片調(diào)節(jié)角βζ= (+4° -"90° )，調(diào)節(jié)范圍最寬，帶來揚(yáng)程，特別是流量的調(diào)節(jié)量變大，節(jié)能效果(靜態(tài)的和動態(tài)的)更大；3)現(xiàn)有優(yōu)秀的水力模型無須變動，可直接與本文所述技術(shù)無縫結(jié)合，節(jié)約大量的水力模型開發(fā)費(fèi)用；4)相對于固定葉片和半調(diào)節(jié)混流泵，本發(fā)明制造較復(fù)雜，造價增加。

發(fā)明內(nèi)容
1本發(fā)明的運(yùn)動機(jī)構(gòu)為一空間斜交桿系，見圖1，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)原理圖件1操作桿(同心地置于泵軸內(nèi))軸線與件6葉片軸線在同一平面內(nèi)斜交，交角 Ψχ = 30° -45°，件1操作桿與件2操作架固聯(lián)，能在平面P內(nèi)上下運(yùn)動；件6葉片為帶懸臂的簡支梁，葉片軸尾部兩支承分別位于轉(zhuǎn)子體內(nèi)和外殼上，件6葉片與件5拐臂以鍵相聯(lián)，它能繞自身軸線轉(zhuǎn)動；件4上球鉸與件5拐臂銷聯(lián)，能在平面M內(nèi)運(yùn)動；件3下球鉸與件 2操作架銷聯(lián)，能在平面P內(nèi)運(yùn)動；件3下球鉸與件4上球鉸的公共部位為空間閉式球面低副，內(nèi)球殼上開有槽，這個槽是上、下球鉸相對運(yùn)動時，為避讓下球鉸的桿部所開。件3下球鉸在P平面內(nèi)既有平動，又有轉(zhuǎn)動；件4上球鉸在M平面內(nèi)既有平動，又有轉(zhuǎn)動。當(dāng)操作桿和操作架向上運(yùn)動一段距離，下球鉸的銷部同步上移該距離，因下球鉸長度可知，則球心位置可定，此位置也是上球鉸球心位置；由于上球鉸長度已知，拐臂繞葉片軸線轉(zhuǎn)動的半徑已知，則拐臂旋轉(zhuǎn)角度可求，則葉片的軸逆時針轉(zhuǎn)動與拐臂相同的角度， 即是說，件1操作桿的向上運(yùn)動，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?葉片的逆時針轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動角度可以按要求設(shè)置， 如 βζ = +4°。當(dāng)件1操作桿和件2操作架向下運(yùn)動時，依照前述，可得知件1操作桿的向下運(yùn)動，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?葉片的順時針轉(zhuǎn)動。同理，轉(zhuǎn)動角度可以按要求設(shè)置，如βζ =-90°。上述運(yùn)動過程中，主動件1操作桿的每一個確定位置，件6葉片及中間各件有，且只有一個確定的位置與之對應(yīng)，即滿足本發(fā)明的運(yùn)動可能和運(yùn)動唯一的要求。當(dāng)件1操作桿不動，件6葉片即使有轉(zhuǎn)動趨勢，整個桿系亦是穩(wěn)定的。調(diào)節(jié)器置于泵軸上，從而將調(diào)節(jié)力設(shè)置為系統(tǒng)內(nèi)力，對調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)外不顯示力的作用。在滿足角度調(diào)節(jié)速率0.5° /s的要求下，操作桿的線速度僅為毫米/s級，其功率很小， 故對于調(diào)節(jié)力的動力源，僅需一微型伺服電機(jī)。2潤滑與密封機(jī)構(gòu)的球面低副，用石墨潤滑，裝墨腔與球副接觸，而與周邊隔斷；葉片轉(zhuǎn)動軸承、銷部軸承為粉末冶金含油軸承，設(shè)計時，根據(jù)各部位的載荷，及軸瓦材料的壓潰強(qiáng)度，確定金屬基質(zhì)材料，選用含油軸承；
由于整個裝置都隨泵的傳動軸一同轉(zhuǎn)動，所以大部分密封位置為靜密封，只有葉片轉(zhuǎn)動處和操作桿出軸處為中低壓、低速度的動密封。槳葉轉(zhuǎn)動部位，用“ λ "^橡膠密封；調(diào)節(jié)桿出軸處用普通的活塞桿Y形橡膠密封。3機(jī)構(gòu)中的“拐臂”，為Z形折臂，采這一形式，可以充分利用轂內(nèi)有限空間，完成結(jié)構(gòu)布置，也就無須改變現(xiàn)有泵的轉(zhuǎn)子體尺寸，從而保護(hù)了現(xiàn)有的水力模型不被棄用。圖2是機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。4本文所述原理及結(jié)構(gòu)用于雙級泵以提高揚(yáng)程，在雙級全調(diào)的設(shè)計與制造中，重點(diǎn)不在雙級可調(diào)，而在“同步”。為保證全部葉片安放角相對誤差達(dá)到設(shè)計要求，必須制作專用檢查器具。


圖1為機(jī)器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)原理圖；圖2為機(jī)器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；圖3為機(jī)器轉(zhuǎn)輪體及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)三維實(shí)體圖。具體實(shí)施1)本構(gòu)件的空間尺寸約束，可在構(gòu)件用材、調(diào)節(jié)器工作油壓二要素間優(yōu)化來滿足；2)相應(yīng)運(yùn)動的對應(yīng)數(shù)量關(guān)系，為一超越方程，可按工程實(shí)際需要來設(shè)定合適精度， 如0. 001，計算求得滿足工程需要的近似解；也可用作圖法求解；3)構(gòu)件強(qiáng)度及計算，根據(jù)設(shè)計時提供的葉片最大水力及水力矩，用材料力學(xué)第四強(qiáng)度理論，對各桿件作普通強(qiáng)度計算。本發(fā)明滿足工程中的空間、相應(yīng)運(yùn)動的數(shù)量關(guān)系、運(yùn)動可行和運(yùn)動唯一、構(gòu)件強(qiáng)度、工藝可行全部實(shí)際中的約束。本發(fā)明全部理論計算及實(shí)際制造，現(xiàn)有資料及技術(shù)裝備均能滿足。圖3是實(shí)泵的三維設(shè)計外型圖。注注1 帶導(dǎo)葉的混流泵稱斜流泵注2:資料來源武漢大學(xué)，徐艷茹、陳堅，“十一五”國家科技支撐計劃 (2006BAD11B07) “白沙灘泵站葉片調(diào)節(jié)機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化分析”注3:資料來源險經(jīng)國丨’ “電廠循環(huán)水泵的特性調(diào)節(jié)及葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計”。
權(quán)利要求
1.混(斜)流泵葉片大角度全調(diào)節(jié)裝置，其特征是操作桿軸線與槳葉軸線在同一平面內(nèi)斜交，操作桿上下運(yùn)動一小段距離，泵的葉片同步地繞自身軸線正反向轉(zhuǎn)動設(shè)定的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是葉片繞自身軸線旋轉(zhuǎn)角可在+4°…-90° 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是機(jī)構(gòu)中的“拐臂”，為Z形折臂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是裝置包含閉式球面低副，球副外球上開有避讓外球桿運(yùn)動的槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是裝置的球面低副，用石墨潤滑，裝墨腔與球副接觸，而與周邊隔斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是裝置的葉片轉(zhuǎn)動軸承、銷部軸承為粉末冶金含油軸承。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是雙級泵可同步在+4°…-90°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
全文摘要
混(斜)流泵葉片大角度全調(diào)節(jié)裝置，屬流體機(jī)械領(lǐng)域，用以提高效率，提高工況的適應(yīng)性，改變潤滑方式。裝置由兩部分組成，①液壓調(diào)節(jié)器，用來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)桿的上下運(yùn)動；②調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，為一空間斜交桿系。附圖為結(jié)構(gòu)圖件1操作桿和件2操作架向上運(yùn)動一段距離，件3下球鉸同步上移該距離，則它的球心位置可定，件4上球鉸球心位置可定；因上球鉸長度已知，件5拐臂繞件6葉片軸線轉(zhuǎn)動的半徑已知，則件5拐臂旋轉(zhuǎn)角度可定，這樣，件1的向上運(yùn)動，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?的逆時針轉(zhuǎn)動。件1和件2向下，依照前述，件6順時針轉(zhuǎn)動，這樣，操作桿的上下運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)槿~片繞自身軸線的正反向轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)葉片的(+4°∽-90°)大角度動調(diào)。機(jī)構(gòu)采用自潤滑軸承。本發(fā)明還能實(shí)現(xiàn)雙級泵的全調(diào)節(jié)。
文檔編號F04D29/18GK102392830SQ20111027435
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者姚剛 申請人:姚剛