一种消涡整流的灯泡贯流泵装置及其方法

1.本发明涉及一种消涡整流的灯泡贯流泵装置及其方法，属于水利工程、市政工程技术领域。


背景技术：

2.灯泡贯流泵技术在国内起步较晚，目前国内应用较少，但灯泡贯流泵装置具有进、出水水流平顺流畅、水力损失小，过流能力大，装置效率高等特点，具有较大的应用价值和发展潜力。但是由于灯泡体的存在，使得灯泡贯流泵装置出水流道内部流态复杂，由于灯泡体占据了出水流道内水流通道，使得出水流道灯泡体段水流流速变化剧烈，灯泡体尾部区域存在着漩涡和偏流，该段是水力损失最严重的地方，流态紊乱，噪声增大，影响泵装置的高效稳定运行。为进一步提高灯泡贯流泵装置的效率，亟需改善灯泡贯流泵装置灯泡体后流态。
3.在灯泡贯流泵装置灯泡体后、出水流道内有较大范围的脱流和漩涡，主要受灯泡体形状影响，流速变化较快。出水流道灯泡体段水流很不均匀，灯泡体尾部区域存在着漩涡和偏流，该段是水力损失最严重的地方。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种消涡整流的灯泡贯流泵装置及其方法。
5.为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种消涡整流的灯泡贯流泵装置，包括安装在水流流道内的灯泡贯流泵，所述灯泡贯流泵的两端分别设有进水口、出水口，灯泡贯流泵的进水口处安装有叶轮，灯泡贯流泵的内壁安装有前置导叶和后置导叶，且叶轮位于前置导叶、后置导叶之间；还设有灯泡体，灯泡体前端面向后置导叶，灯泡体末端面向灯泡贯流泵的出水口； 其特征是：所述灯泡体后部安装新型有圆锥体；设灯泡体后部与圆锥体接触一面的半径为a,则，圆锥体底部的半径为a，圆锥体高为3a；所述圆锥体表面设有沿水流方向顺时针延伸的阿基米德螺旋形的螺纹凹坑。
6.所述灯泡体包括灯泡体前部体、灯泡体中部圆柱体、灯泡体后部圆台体，灯泡体中部圆柱体置于灯泡体前部体、灯泡体后部圆台体之间，且灯泡体前部体、灯泡体中部圆柱体、灯泡体后部圆台体一体加工成型。
7.所述灯泡体后部圆台体与圆锥体接触一面的半径与圆锥体底部的半径相同，圆锥体高为灯泡体后部圆台体与圆锥体接触一面半径的3倍。
8.阿基米德螺旋线的俯视图极坐标方程为r=b*θ，其中θ为角度，θ范围为0-6π，b为常数a/6π；螺旋线终点为圆锥底部上顶点；螺纹截面中的l1为0.05a，l2为0.1a；
螺纹截面为椭圆形，其截面尺寸沿水流方向呈比例减少，至圆锥顶底处为0。
9.利用一种消涡整流的灯泡贯流泵装置消涡整流的方法，其特征是：启动灯泡贯流泵，叶轮转动，水流从进水流道流入经过前置导叶、叶轮和后置导叶之后，水流经过灯泡体主体后从出水流道排出；当水流通过灯泡体后，会在灯泡体尾部形成周期性的反向涡旋对，即卡门涡街；反向涡旋对会使得水流产生一定的反向流动；通过灯泡体的水流会受到反向涡旋对的阻碍作用，造成更大的水力损失，引起更大的振动，造成更大噪声，严重影响水泵的高效运行稳定；采用圆锥体之后，圆锥体形式改变了卡门涡产生的完整形式，降低卡门涡的强度；圆锥体表面的螺纹凹坑可以将尾部的雷诺数稍微增加，可以打破周期性的卡门涡街，改变涡脱落的相位，同时表面螺纹凹坑也可以达到整流作用，从而降低水流的紊乱，减弱水压力脉动的影响，消除周期性卡门涡街产生的噪声。
10.本发明结构简单、生产制造容易、使用方便，通过在灯泡体后安装新型圆锥装置，在一定程度上消除卡门涡的影响，达到减少水力损失，稳定流态的作用。
11.通过本发明，其实质为将原有的灯泡体尾部半球体去掉，原有截面封闭。在封闭截面后加上一个圆锥体，并且在圆锥体上加装沿水流方向顺时针延伸的阿基米德螺旋形的螺纹凹坑。螺纹终点为圆锥底部上顶点，螺纹截面为椭圆形，其截面尺寸沿水流方向呈比例减少，至圆锥顶底处为0。
12.技术原理：当水流通过灯泡体后，会在灯泡体尾部形成周期性的反向涡旋对，即卡门涡街。反向涡旋对会使得水流产生一定的反向流动。通过灯泡体的水流会受到反向涡旋对的阻碍作用，造成更大的水力损失，引起更大的振动，造成更大噪声，严重影响水泵的高效运行稳定。
13.采用圆锥体之后，圆锥体形式改变了卡门涡产生的完整形式，可以降低卡门涡的强度。表面的螺纹凹坑可以将尾部的雷诺数稍微增加，可以打破周期性的卡门涡街，改变涡脱落的相位，同时表面螺纹凹坑也可以达到整流作用，从而降低水流的紊乱，减弱水压力脉动的影响，消除周期性卡门涡街产生的噪声。
有益效果
14.通过本发明的改进，可以将灯泡体尾部流态进一步优化。表面螺纹可以达到整流减阻的效果，使得出水流道水流流态稳定，减少不良流态，减少水力损失，同时减小噪音，提升水泵效率与运行稳定性。使水泵的实用性更高，从而拓宽市场，创造更高的经济效益。
附图说明
15.图1为未使用圆锥装置灯泡贯流泵过流状态俯视图。
16.图2为加装圆锥装置后的灯泡贯流泵俯视图。
17.图3 为圆锥体在泵整体上的右视图。
18.图4为圆锥表面螺纹凹坑起始处的截面尺寸图。
19.图中：1进水流道、2叶轮、3-1前置导叶、3-2后置导叶、4-1灯泡体中部圆柱体、4-2灯泡体后部圆台体、5出水流道、6圆锥体。
具体实施方式
20.以下结合附图以及附图说明对本发明作进一步详细说明。
21.一种消涡整流的灯泡贯流泵装置，包括安装在水流流道内的灯泡贯流泵，灯泡贯流泵的两端分别设有进水口、出水口，灯泡贯流泵的进水口处安装有叶轮2，灯泡贯流泵的内壁安装有前置导叶3-1和后置导叶3-2，且叶轮2位于前置导叶3-1、后置导叶3-2之间；还设置有灯泡体4，灯泡体4前端面向后置导叶3-2，灯泡体4末端面向灯泡贯流泵的出水口；在灯泡体4后部安装新型有圆锥体6；设灯泡体4后部与圆锥体6接触一面的半径为a,则，圆锥体6底部的半径为a，圆锥体6高为3a；此外，在圆锥体6表面设有沿水流方向顺时针延伸的阿基米德螺旋形的螺纹凹坑。
22.进一步的，灯泡体4包括灯泡体前部体、灯泡体中部圆柱体4-1、灯泡体后部圆台体4-2，灯泡体中部圆柱体4-1置于灯泡体前部体、灯泡体后部圆台体4-2之间，且灯泡体前部体、灯泡体中部圆柱体4-1、灯泡体后部圆台体4-2一体加工成型。
23.灯泡体后部圆台体4-2与圆锥体6接触一面的半径与圆锥体6底部的半径相同，圆锥体6高为灯泡体后部圆台体4-2与圆锥体6接触一面半径的3倍。
24.进一步的，阿基米德螺旋线的俯视图极坐标方程为r=b*θ，其中θ为角度，θ范围为0-6π，b为常数a/6π；螺旋线终点为圆锥底部上顶点；螺纹截面中的l1为0.05a，l2为0.1a；螺纹截面为椭圆形，其截面尺寸沿水流方向呈比例减少，至圆锥顶底处为0。
25.使用时，启动灯泡贯流泵，叶轮2转动，水流从进水流道1流入经过前置导叶3-1、叶轮2和后置导叶3-2之后，水流经过灯泡体主体4后从出水流道5排出；当水流通过灯泡体4后，会在灯泡体4尾部形成周期性的反向涡旋对，即卡门涡街；反向涡旋对会使得水流产生一定的反向流动；通过灯泡体4的水流会受到反向涡旋对的阻碍作用，造成更大的水力损失，引起更大的振动，造成更大噪声，严重影响水泵的高效运行稳定；采用圆锥体6之后，圆锥体6形式改变了卡门涡产生的完整形式，降低卡门涡的强度；圆锥体6表面的螺纹凹坑可以将尾部的雷诺数稍微增加，可以打破周期性的卡门涡街，改变涡脱落的相位，同时表面螺纹凹坑也可以达到整流作用，从而降低水流的紊乱，减弱水压力脉动的影响，消除周期性卡门涡街产生的噪声。

技术特征：
1.一种消涡整流的灯泡贯流泵装置，包括安装在水流流道内的灯泡贯流泵，所述灯泡贯流泵的两端分别设有进水口、出水口，灯泡贯流泵的进水口处安装有叶轮（2），灯泡贯流泵的内壁安装有前置导叶（3-1）和后置导叶（3-2），且叶轮（2）位于前置导叶（3-1）、后置导叶（3-2）之间；还设有灯泡体（4），灯泡体（4）前端面向后置导叶（3-2），灯泡体（4）末端面向灯泡贯流泵的出水口；其特征是：所述灯泡体（4）后部安装新型有圆锥体（6）；设灯泡体（4）后部与圆锥体（6）接触一面的半径为a,则，圆锥体（6）底部的半径为a，圆锥体（6）高为3a；所述圆锥体（6）表面设有沿水流方向顺时针延伸的阿基米德螺旋形的螺纹凹坑。2.根据权利要求1所述的一种消涡整流的灯泡贯流泵装置，其特征是：所述灯泡体（4）包括灯泡体前部体、灯泡体中部圆柱体（4-1）、灯泡体后部圆台体（4-2），灯泡体中部圆柱体（4-1）置于灯泡体前部体、灯泡体后部圆台体（4-2）之间，且灯泡体前部体、灯泡体中部圆柱体（4-1）、灯泡体后部圆台体（4-2）一体加工成型。3.根据权利要求2所述的一种消涡整流的灯泡贯流泵装置，其特征是：所述灯泡体后部圆台体（4-2）与圆锥体（6）接触一面的半径与圆锥体（6）底部的半径相同，圆锥体（6）高为灯泡体后部圆台体（4-2）与圆锥体（6）接触一面半径的3倍。4.根据权利要求1所述的一种消涡整流的灯泡贯流泵装置，其特征是：阿基米德螺旋线的俯视图极坐标方程为r=b*θ，其中θ为角度，θ范围为0-6π，b为常数a/6π；螺旋线终点为圆锥底部上顶点；螺纹截面中的l1为0.05a，l2为0.1a；螺纹截面为椭圆形，其截面尺寸沿水流方向呈比例减少，至圆锥顶底处为0。5.利用权利要求1-4任意一项权利要求所述的一种消涡整流的灯泡贯流泵装置消涡整流的方法，其特征是：启动灯泡贯流泵，叶轮（2）转动，水流从进水流道（1）流入经过前置导叶（3-1）、叶轮（2）和后置导叶（3-2）之后，水流经过灯泡体主体（4）后从出水流道（5）排出；当水流通过灯泡体（4）后，会在灯泡体（4）尾部形成周期性的反向涡旋对，即卡门涡街；反向涡旋对会使得水流产生一定的反向流动；通过灯泡体（4）的水流会受到反向涡旋对的阻碍作用，造成更大的水力损失，引起更大的振动，造成更大噪声，严重影响水泵的高效运行稳定；采用圆锥体（6）之后，圆锥体（6）形式改变了卡门涡产生的完整形式，降低卡门涡的强度；圆锥体（6）表面的螺纹凹坑可以将尾部的雷诺数稍微增加，可以打破周期性的卡门涡街，改变涡脱落的相位，同时表面螺纹凹坑也可以达到整流作用，从而降低水流的紊乱，减弱水压力脉动的影响，消除周期性卡门涡街产生的噪声。

技术总结
本发明涉及一种消涡整流的灯泡贯流泵装置及其方法，包括安装在水流流道内的灯泡贯流泵，灯泡贯流泵的两端分别设有进水口、出水口，灯泡贯流泵的进水口处安装有叶轮，灯泡贯流泵的内壁安装有前置导叶和后置导叶，且叶轮位于前置导叶、后置导叶之间；还设有灯泡体，灯泡体前端面向后置导叶，灯泡体末端面向灯泡贯流泵的出水口；灯泡体后部安装新型有圆锥体；设灯泡体后部与圆锥体接触一面的半径为a,则，圆锥体底部的半径为a，圆锥体高为3a；所述圆锥体表面设有沿水流方向顺时针延伸的阿基米德螺旋形的螺纹凹坑。通过本发明，在灯泡体后安装新型圆锥装置，在一定程度上消除卡门涡的影响，达到减少水力损失，稳定流态的作用。稳定流态的作用。稳定流态的作用。


技术研发人员：叶露曦 成立 张洪银 袁铭斌 曹惟伟 田欣怡 刘明昌 焦伟轩
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/9