[實用新型]一種減弱軸流泵葉頂泄漏流和泄漏渦的葉片結構

有效

• 申請號: 201320574194.7
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN203604248U
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 張德勝;邵佩佩;施衛東;王海宇;潘大志;胡啟祥
• 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: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到一種用于減弱軸流泵葉頂泄漏流和泄漏渦的葉片結構，葉頂設計為鋸齒形的迷宮式結構，屬于流體機械產品技術領域。?

背景技術

軸流泵因其流量大、揚程低、結構簡單、使用方便等特點，在農田排灌、防洪排澇、城市給排水、跨流域調水工程等方面得到了廣泛應用，因此提高軸流泵的效率和運行穩定性具有重要的現實意義。在軸流泵葉輪中，由于軸流式葉輪的結構特征，葉輪葉片葉頂與轉輪室之間不可避免存在間隙，雖然葉片頂部間隙的幾何尺寸同整個流道相比很小，但卻對葉片流道將近20％區域的流動產生影響。在軸流泵葉片工作面與吸力面之間的壓力作用下，一部分流體介質越過葉頂間隙，形成泄漏流動。泄漏流與主流發生卷吸而形成葉頂泄漏渦，泄漏渦在向下游發展的過程中漩渦強度和尺度逐漸增大，堵塞主流，尤其在小流量工況，易誘導軸流泵進入旋轉失速不穩定工況，因此，軸流泵葉頂泄漏渦對流場結構、能量傳輸、負荷能力及損失有著重要影響。泄漏流造成的損失與泄漏流量有關，泄漏流量越多，泄漏流造成的損失越大。因此通過某種方法將葉頂泄漏流阻礙在葉頂壓力面側，減小其向吸力面的泄漏量，使得更多的流體通過葉輪做功，可有效地降低葉頂泄漏流和泄漏渦對葉輪性能造成的不利影響，可提高泵的揚程和水力效率，并改善軸流泵的水力穩定性。?

經檢索，已公開的專利“一種軸流泵葉輪葉片(申請號：02133456.0)”，其設計出葉端及葉根部分采用了加長前傾的扭曲形狀的葉片。但這種葉片形狀較復雜，不易加工，增加了工作量，且還有可能不能滿足葉輪原始設計；已授權專利“一種高效軸流泵葉輪(專利號：ZL200920043160.9)”，其通過調整葉片的不同圓周截面的翼型形狀來獲得較優的水力性能，但在葉輪葉片的葉頂區域仍采用的傳統的結構。由此可見，目前軸流泵葉片的改善大都是對葉片形狀的整體改變，尚未提出一種改善葉片葉頂形狀以減弱葉頂泄漏流和泄漏渦的葉片結構。本專利通過發明軸流泵葉輪葉頂端面結構，依靠間隙中的節流過程和空腔內的動能耗散來實現流體密封，結構簡單，可有效減弱軸流泵葉片葉頂泄漏流和泄漏渦，最終提高軸流泵的水力性能和水力穩定性。?

發明內容

為了解決上述軸流泵葉頂泄漏流和泄漏渦發生的問題，本發明目的在于提供一種軸流泵的葉片結構，用以減弱軸流泵葉頂泄漏流和泄漏渦，提高葉輪水力效率，改善軸流泵的運行穩定性。?

本發明為解決其技術問題所采用的技術方案是：將軸流泵葉片的葉頂設計成迷宮式的端面結構，該迷宮式的端面結構型式為鋸齒形，具有一定的節流間隙、高度、寬度、齒數及齒根角等參數特征。軸流泵葉輪葉片流道間的液體由于葉片壓力面和吸力面之間的壓差作用，通過葉頂間隙，從葉片壓力面泄漏到吸力面，經過葉頂的鋸齒形迷宮結構，能夠增大流體流動阻力，使流經葉頂間隙的流體部分動能被消耗，能夠達到減小泄漏量的效果，有效抑制葉頂泄漏渦的形成，減小了泄漏損失，提高了水力效率和運行穩定性。?

本發明的葉片結構可通過數控加工實現制造，直接在軸流泵葉片葉頂端面處加工出鋸齒狀的迷宮式結構，加工方法成熟，簡單方便，尤其適用于大型泵站的軸流泵葉輪葉片(葉輪直徑1000mm以上)。?

本發明的有益效果是，通過軸流泵葉片葉頂端面迷宮式結構，可將葉頂泄漏流阻礙在葉頂壓力面側，減小其向吸力面的泄漏量，使得更多的流體通過葉輪做功，微小的泄漏流誘導產生泄漏渦的能量可大幅降低，最大限度地降低葉頂泄漏流和泄漏渦對葉輪性能造成的不利影響，提高泵的揚程和水力效率，并改善軸流泵的水力穩定性。?

附圖說明

下面結合附圖和對本發明進一步說明。?

圖1是軸流泵葉輪在泵殼內的示意圖。?

圖2是附圖1中，本發明所提及的一種減弱軸流泵葉頂泄漏流和泄漏渦的葉片結構局部放大示意圖。?

圖3是圖2的葉尖鋸齒形迷宮式結構放大剖視圖。?

圖中，1是葉輪葉片，2是葉輪輪轂，3是轉輪室，4為葉輪間隙，5是葉頂，6是壓力面，7是吸力面，8是鋸齒形迷宮結構，9是葉頂泄漏流和泄漏渦，10是葉輪流道主流，11是輪轂面。?

圖3中，C表示葉頂間隙大小，H表示鋸齒高度，W表示齒寬，α表示齒頂角，D₂表示葉片輪緣外徑。?

具體實施方式

軸流泵的部分示意圖1中，包括了軸流泵的葉輪葉片(1)，葉輪輪轂(2)，轉輪室(3)，葉輪間隙(4)以及葉頂(5)。本發明所述的鋸齒形迷宮式結構設計于葉頂(5)，葉輪葉片(1)和轉輪室(3)的壁面之間的距離即是葉輪間隙(4)。葉輪葉片通過固定件固定在葉輪輪轂(2)上。軸流泵葉輪葉片流道間的液體(10)由于葉片壓力面(7)和吸力面(6)之間的壓差作用，通過葉頂間隙(4)，從葉片壓力面(7)泄漏到吸力面(6)，經過葉頂的鋸齒形迷宮結構(8)，增大了流體流動阻力，使流經葉頂間隙的流體部分動能被消耗，從而減小葉頂間隙泄漏量，并抑制葉頂泄漏渦的形成。圖2中葉輪葉片葉頂鋸齒形迷宮結構(8)，其齒尖處流動截面小，流速增大，液體產生射流現象，壓力能轉化為動能，壓力大幅度降低；當液體進入兩個矩形齒之間的大空腔內部，由于空腔流動截面較大，液體流速降低，在葉頂鋸齒形迷宮結構(8)的空腔內部形成大的旋渦，流體的部分動能被耗散掉。由于齒尖處的節流和密封腔室內的動能耗散作用，從而降低流體壓力，達到密封的效果，從而降低了葉輪間隙(4)處的泄漏流，有效地抑制了葉頂泄漏流和泄漏渦(9)的形成。結合圖3葉頂鋸齒形迷宮式結構的主要參數，葉頂間隙C，取值為葉片輪緣外徑的千分之一(即D2／1000)；齒數由葉片外緣翼型的厚度確定，其等于厚度與寬度W的比值；鋸齒高度H取葉片輪緣外徑的千分之三至千分之五(即3D₂≤H≤5D₂／1000)；高度H與寬度S之比為(H／S)_opt≈0.5；齒頂角α取值范圍為30°～35°。?