[發明專利]一種匹配環形壓水室的高效非對稱導葉體

有效

• 申請號: 201310001965.8
• 申請日: 2013-01-04
• 公開（公告）號: CN103032370A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 高波;張寧;楊敏官
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F04D29/18
• 分類號: F04D29/18
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明涉及一種匹配環形壓水室的高效非對稱導葉體，屬于流體機械領域。

背景技術

導葉體是一種廣泛應用于水泵中的裝置。在一些水泵中，由于結構及設計等原因常需要將壓水室設計成環形結構，由于環形壓水室和葉輪的匹配特性較低，流體在環形壓水室中產生較大的水力損失，導致泵效率較低。導葉體可以將從葉輪流出的液體收集輸送至下游，并將部分液流的動能轉化為壓能，消除液流的旋轉，可顯著地提高泵效率。傳統的導葉體葉片均采用沿圓周方向均勻布置的結構，根據流體流動規律可知：沿葉輪旋轉方向流出導葉體的流量逐漸增加，當采用葉片均勻布置的結構時，每個流道內的流量不同將導致液體速度分布不均，導致導葉體內水力損失增加，降低泵效率，甚至誘發泵體振動，對泵運行穩定性產生影響。研究資料還表明，導葉體中水力損失在整泵中占據較大的比例。

目前針對導葉體的研究主要集中于葉片型線、幾何參數、葉片數等因素的優化。黃輝等研究了導葉體的出口直徑、葉片出口安放角對葉輪匹配特性及泵性能的影響。張德勝等研究了斜流泵導葉葉片數對泵性能及壓力脈動的影響。周嶺等對深井泵進行研究，分析了具有圓柱型和扭曲型兩種不同葉片形式導葉體對泵性能的影響。目前的研究均以葉片沿圓周均勻布置的導葉體為研究對象，尚未從葉片的布置結構研究導葉性能，以進一步提高導葉體的效率及與葉輪、壓水室的匹配性能。因此打破傳統設計對導葉體進行結構重構具有實際意義。

發明內容

為了提高導葉體的效率，本發明打破傳統的葉片沿圓周方向均勻布置方式，提出了一種葉片沿圓周方向非對稱布置的導葉體。

本發明一種匹配環形壓水室的高效非對稱導葉體，該導葉體由葉片，蓋板組成，導葉體安裝于葉輪和環形壓水室之間。所述導葉體的葉片沿圓周非對稱布置，以第一片葉片為起點，沿葉輪旋轉方向，相鄰葉片的出口邊與前一葉片出口邊的夾角為θ，該夾角與葉片數有關，按2~5°逐漸增加，且所有夾角之和為360°第一片葉片的出口邊所在半徑和環形壓水室出口中心線之間最佳夾角為0~15°，所有葉片的安放角、包角等結構參數都相同。本發明提出的非對稱結構均適用于圓柱型徑向導葉和扭曲型空間導葉的設計。

本發明的優點是：根據導葉體出口過流斷面上流體沿水泵旋轉方向流量增加這一特性，通過逐漸增加葉片之間的角度，重構每一流道的過流能力，符合真實流動規律，使導葉體內流體速度分布均勻，從而達到減小泵內部流動損失的目的，非對稱布置的導葉體改善了葉輪及壓水室的水力匹配性能，可提高泵的效率和運行穩定性。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

圖1是本發明的非對稱機構導葉軸截面示意圖。

圖2是傳統的葉片均勻布置的導葉體軸截面圖。

具體實施方式

如圖1所示在按傳統設計方法完成導葉體之后，葉片采用非對稱布置方式，葉片1固定在蓋板2上，導葉體安裝在葉輪3和環形壓水室4之間。在設計圓柱型的徑向導葉和扭曲型的空間導葉時，采用葉片沿圓周非對稱布置結構，以圖1為例：該導葉葉片數為11片，以第一片葉片為起點，第二片葉片與第一片葉片的夾角θ為22.7°，相鄰葉片的出口邊與前一葉片出口邊的夾角以2°逐漸增加，第一片葉片的出口邊和環形壓水室出口中心線最佳安放角度為15°，所有葉片的安放角、包角等結構參數相同，傳統的葉片布局如圖2所示，采用相同的葉輪3和壓水室4，導葉葉片1沿圓周均勻布置，相鄰葉片的夾角均為32.7°。本例中采用CFD手段對泵的性能進行預測，在相同葉輪和壓水室的條件下，采用非對稱的導葉體時，泵的效率比采用傳統均勻布置導葉體提高1.0%。導葉體采用精密鑄造工藝完成，安裝時保證導葉體相對壓水室的位置。本發明改善了導葉體內流體的速度場分布，使各個葉片流道間液流速度分布均勻，降低水力損失，從而達到減小泵內部流動損失的目的，非對稱布置的導葉體改善了葉輪及壓水室的匹配性能，進而提高泵的效率和運行穩定性。