[發(fā)明專利]一種應(yīng)急防洪水泵及高速抗汽蝕葉輪的設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310551282.3
• 申請(qǐng)日: 2023-05-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116428197A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 司喬瑞;賀嘉維;田鼎;王鵬;袁建平;居遠(yuǎn)哲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): F04D13/06
• 分類號(hào): F04D13/06;F04D29/18;F04D15/00;F04D15/02;F04D29/00;F04D29/70;F04D29/66;G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 鄭粟文

1.一種應(yīng)急防洪水泵，其特征在于：包括：

浮箱，所述浮箱用于承載和提供浮力；

防洪泵，所述防洪泵設(shè)置于所述浮箱上或內(nèi)部，所述防洪泵用于對(duì)水體進(jìn)行抽吸，所述防洪泵的葉輪為高速抗汽蝕葉輪，所述高速抗汽蝕葉輪包括同軸設(shè)置的混流部分和軸流部分，所述混流部分和所述軸流部分沿著水流動(dòng)的方向布設(shè)且兩者通過(guò)過(guò)渡部光滑過(guò)渡連接；

運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述防洪泵運(yùn)行工況并根據(jù)所述防洪泵的運(yùn)行工況控制所述防洪泵始終處于高效運(yùn)行區(qū)域。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)急防洪水泵，其特征在于：所述防洪泵的進(jìn)液口位于所述防洪泵的底部并朝下設(shè)置，所述防洪泵的出液口設(shè)置于所述防洪泵的側(cè)部。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)急防洪水泵，其特征在于：所述浮箱圍設(shè)于所述防洪泵的周側(cè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)急防洪水泵，其特征在于：所述運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集所述防洪泵中電機(jī)的電流信號(hào)，通過(guò)傅里葉變換實(shí)現(xiàn)電流頻譜分析，得到所述電機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速和所述防洪泵的實(shí)時(shí)揚(yáng)程信息，所述控制系統(tǒng)通過(guò)控制所述電機(jī)轉(zhuǎn)速以及所述出液口處閥門(mén)的開(kāi)度調(diào)節(jié)流量和揚(yáng)程，當(dāng)所述電機(jī)電流超閾值時(shí)，所述控制系統(tǒng)控制所述防洪泵緊急停機(jī)；轉(zhuǎn)速以及閥門(mén)開(kāi)度變化由PID控制算法結(jié)合所述防洪泵與管路特性曲線進(jìn)行控制，以最低能耗達(dá)到所需揚(yáng)程或流量，該所述控制系統(tǒng)包括以下三種模式：

模式一：流量需要變化，當(dāng)需要供給流量增大時(shí)，此時(shí)加大所述電機(jī)轉(zhuǎn)速，所述防洪泵揚(yáng)程增加，流量增加導(dǎo)致能耗升高，為達(dá)到降低能耗的目的，增大所述閥門(mén)開(kāi)度補(bǔ)充流量，所述閥門(mén)開(kāi)度增加引起揚(yáng)程下降和流量增加，下降揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速增加揚(yáng)程相抵，此時(shí)所述防洪泵揚(yáng)程不變，流量增加；

模式二：揚(yáng)程需要變化，當(dāng)需要提高所述防洪泵揚(yáng)程時(shí)，提高所述電機(jī)轉(zhuǎn)速，同樣也會(huì)增大揚(yáng)程，增加流量導(dǎo)致能耗增加，此時(shí)，所述控制系統(tǒng)控制所述閥門(mén)開(kāi)度減小，所述閥門(mén)開(kāi)度減小引起揚(yáng)程增加，流量減小，減小部分流量與轉(zhuǎn)速增加部分流量相抵，此時(shí)揚(yáng)程增加；

模式三：當(dāng)流量及揚(yáng)程不需要變化時(shí)，根據(jù)所述防洪泵揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速以及流量判斷所述防洪泵目前運(yùn)行區(qū)域，當(dāng)檢測(cè)到所述防洪泵偏離高效區(qū)域運(yùn)行時(shí)，所述控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)所述電機(jī)轉(zhuǎn)速以及所述閥門(mén)開(kāi)度，使所述防洪泵始終運(yùn)行在高效區(qū)域，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)急防洪水泵，其特征在于：所述浮箱相對(duì)的兩側(cè)均設(shè)置有能夠折疊的把手，所述浮箱側(cè)壁設(shè)置有與所述把手相匹配的容納槽，所述把手折疊于所述容納槽內(nèi)，所述把手伸展時(shí)垂直于所述浮箱側(cè)壁。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)急防洪水泵，其特征在于：所述防洪泵的電機(jī)是由轉(zhuǎn)子、定子以及永磁體組成的12槽10極的海爾貝克型永磁電機(jī)，可通過(guò)變頻調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)速。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)急防洪水泵，其特征在于：所述防洪泵的電機(jī)設(shè)置于密封腔體內(nèi)，所述電機(jī)的主電纜和控制電纜穿過(guò)所述密封腔體時(shí)通過(guò)密封裝置做密封處理。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)急防洪水泵，其特征在于：所述混流部分與所述軸流部分的表面陣列設(shè)置有三角形微凸體，且同一排中任意相鄰的兩個(gè)所述三角形微凸體具備重疊部分，所述三角形微凸體尖端指向葉輪出水方向，任意兩排相鄰的所述三角形微凸體之間形成凹陷部，所述凹陷部中開(kāi)設(shè)有微孔。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)急防洪水泵，其特征在于：還包括攔網(wǎng)座，所述攔網(wǎng)座能夠轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置于所述進(jìn)液口處，朝一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)所述攔網(wǎng)座能夠使得所述攔網(wǎng)座位于所述進(jìn)液口的正下方，朝另一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)所述攔網(wǎng)座能夠?qū)⑺鰯r網(wǎng)座轉(zhuǎn)至高度不低于所述應(yīng)急防洪水泵的下底面。

10.一種高速抗汽蝕葉輪的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：包括：

首先采用傳統(tǒng)方法借助計(jì)算機(jī)輔助軟件完成對(duì)混流部分與軸流部分的初步設(shè)計(jì)，其中防洪泵的總揚(yáng)程由混流部分、軸流部分和過(guò)渡部共同承擔(dān)，即：

H_總＝H_混+H_軸+H_渡；

其中H_總為防洪泵整體的目標(biāo)揚(yáng)程，H_混為混流部分設(shè)計(jì)揚(yáng)程，H_軸為軸流部分設(shè)計(jì)揚(yáng)程，H_軸為過(guò)渡部設(shè)計(jì)揚(yáng)程，其中混流部分揚(yáng)程不得小于目標(biāo)揚(yáng)程的60％，過(guò)渡部揚(yáng)程不得大于目標(biāo)揚(yáng)程10％；

為保證所述高速抗汽蝕葉輪水力性能以及抗汽蝕性能最優(yōu)，軸流部分與混流部分流道光滑過(guò)渡，所述高速抗汽蝕葉輪按照下式進(jìn)行水力以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

Z_m＝Za

S_m＝S_a

其中，β₂為混流部分對(duì)應(yīng)的葉輪出口角，°，Q為設(shè)計(jì)流量，m³/s，ψ為高速抗汽蝕葉輪排擠系數(shù)，D為高速抗汽蝕葉輪最大外徑，m，D_h為高速抗汽蝕葉輪最大輪轂直徑，m，D_i為軸流部分第i個(gè)沿徑向的控制圓柱面對(duì)應(yīng)的直徑，m,Z_m為混流部分葉片數(shù)，S_m為混流部分葉片真實(shí)厚度，mm，Z_a為軸流部分葉片數(shù)，S_a為軸流部分葉片真實(shí)厚度，mm；

然后通過(guò)數(shù)值模擬手段檢驗(yàn)設(shè)計(jì)葉輪揚(yáng)程、效率等外特性是否達(dá)標(biāo)，若達(dá)標(biāo)，則進(jìn)行葉輪汽蝕性能數(shù)值計(jì)算，不達(dá)標(biāo)，需要通過(guò)修改幾何參數(shù)進(jìn)行改型，直至外特性達(dá)標(biāo)，若汽蝕性能不達(dá)標(biāo)，需重新修改葉輪幾何參數(shù)，直至汽蝕性能達(dá)標(biāo)，最后進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，若效率、揚(yáng)程、汽蝕性能都達(dá)標(biāo)，設(shè)計(jì)結(jié)束，若前面某一項(xiàng)指標(biāo)未達(dá)標(biāo)，需要進(jìn)行改型，直至試驗(yàn)通過(guò)。