[发明专利]一种新型对转泵结构及其工作模式

说明书

本发明是一种新型对转泵结构，通过对对转泵结构进行设计，原理是混流式叶轮和轴流式叶轮进行匹配，两个叶轮可以通过电机控制，实现单叶轮旋转和双叶轮对转，以及叶轮转子的无级变速，从而使对转泵可以实现特殊的离心泵工况、混流泵工况、轴流泵工况和水轮机工况。该对转泵主要分三种工况：工况一，混流式叶轮和轴流式叶轮对转；工况二，混流式叶轮旋转做功，轴流式叶轮静止；工况三，轴流式叶轮旋转做功，混流式叶轮静止。其中工况三可实现两种运行模式：正流模式，和逆流模式。

技术领域

本发明属于泵的设计领域，主要是用于对旋转子的泵结构设计。

背景技术

对转泵是配备了对旋转子的水泵。关于对旋转子的研究最早出现在空气动力学领域。目前大量学者针对对旋转子在空气动力学、空气声学等各个领域的应用进行了研究，并取得了丰硕的成果。在气动领域，对转式转子组合已被应用于涡喷、涡扇、桨扇发动机中。在水动力领域，对旋转子主要应用在螺旋桨、水轮机、轴流泵以及部分混流泵中，由于工作介质是不可压缩的水，其转速也相对较低，故其设计中考虑的因素、关注的重点与空气动力学中大有不同，更侧重于推进性能和空化性能。发明专利ZL01109653.5公开了一种双驱动对旋轴流泵，拓宽了轴流泵的范围，能部分替代混流泵，该结构使用两端双驱动设计，在安装使用上不够方便，同时进口容易造成较大的水力损失；发明专利201710190776.8公开了一种对旋混流泵结构，解决舰船喷水推进装置领域用泵体积大、高效区窄、运行不稳定、易空化等问题。但是这两种对转泵结构的运行工况比转速都在特定的范围。本发明提出一种新型的对转泵结构，将混流式叶轮和轴流式叶轮进行匹配。

经检索，采用混流式叶轮与轴流式叶轮的对旋结构没有相关报道。

发明内容

本发明的目的是为了提高叶轮转子的能量密度，扩宽泵的高效区，实现泵的多流量工况和水轮机工况等，提出一种新型的对转泵结构。本发明通过对对转泵结构进行设计，原理是混流式叶轮和轴流式叶轮进行匹配，两个叶轮可以通过电机控制，实现单叶轮旋转和双叶轮对转，以及叶轮转子的无级变速，从而使对转泵可以实现特殊的离心泵工况、混流泵工况、轴流泵工况和水轮机工况，扩宽泵的高效区和复杂工况适应性。

本发明是一种新型对转泵结构，包括混流式叶轮、轴流式叶轮、空间导叶、扬水管、空心外轴、实心内轴、推力轴承、进水管、锁紧螺母、轴承支架、滑动轴承、外轴锥齿轮、内轴锥齿轮、锥齿轮支架、上锥齿轮、联轴器、电机、出水管；

水力部分：混流式叶轮位于进水口处且安装于实心内轴的一端，轴流式叶轮位于空间导叶内部且安装于空心外轴上；实心内轴贯穿在空心外轴内部，轴流式叶轮与空间导叶的子午截面流道相通且平滑过渡，空间导叶内置导叶片；

传动部分：电机通过上锥齿轮带动外轴锥齿轮和内轴锥齿轮的旋转，其中外轴锥齿轮和内轴锥齿轮的旋转方向相反，外轴锥齿轮和内轴锥齿轮通过锥齿轮支架进行径向约束；实心内轴贯穿在空心外轴内部，实心内轴与内轴锥齿轮固定连接，在内轴锥齿轮带动实心内轴的同步旋转，空心外轴与外轴锥齿轮固定连接，外轴锥齿轮带动空心外轴的同步旋转。

进一步地，实心内轴与混流式叶轮通过锁紧螺母和销进行固定连接，实心内轴带动混流式叶轮的同步旋转，空心外轴与轴流式叶轮通过销进行固定连接，空心外轴带动轴流式叶轮的同步旋转。

所述对转泵结构，轴流式叶轮的叶片数少于空间导叶导叶片，轴流式叶轮的叶片与空间导叶的流道外壁之间有叶顶间隙。

所述对转泵结构，在进水管内设有轴承支架，滑动轴承装嵌在轴承支架内部，轴承支架和滑动轴承的组合实现承载实心内轴的径向力，并对实心内轴进行径向约束，锁紧螺母在轴承支架和混流式叶轮中间，安装在实心内轴上对混流式叶轮进行轴向约束，混流式叶轮和轴流式叶轮旋转方向相反，推力轴承安装在混流式叶轮和轴流式叶轮中间，对混流式叶轮和轴流式叶轮进行轴向约束，并减小对转叶轮的旋转摩擦阻力。