[發(fā)明專利]一種帶無葉分流片的離心葉輪

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410538121.1
• 申請(qǐng)日: 2014-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN104405678B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高波;張寧;楊敏官;何光國
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué);江蘇金麟化工機(jī)械有限公司
• 主分類號(hào): F04D29/22
• 分類號(hào): F04D29/22
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所32207
• 代理人: 盧亞麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種離心泵葉輪，屬于流體機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)

離心泵是一種用途極為廣泛的通用型流體機(jī)械，在各個(gè)領(lǐng)域中扮演著重要角色，同時(shí)也消耗了大量的電力，因此提高離心泵的性能對(duì)于新型節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)具有重要意義。離心泵主要由葉輪和蝸殼兩大水力部件組成，兩者的匹配特性共同決定了離心泵的性能。蝸殼的幾何參數(shù)少，設(shè)計(jì)較為簡單，而葉輪型線呈空間扭曲形狀，幾何參數(shù)復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大，因此高效離心葉輪的設(shè)計(jì)成為離心泵設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問題；高效葉輪的設(shè)計(jì)原則是盡量降低葉輪內(nèi)部的水力損失，使流體沿著葉片型線平滑流動(dòng)。

由附圖5常規(guī)葉輪內(nèi)部真實(shí)流動(dòng)規(guī)律可知：受有限葉片數(shù)影響，離心泵葉輪出口呈現(xiàn)典型的射流—尾跡結(jié)構(gòu)，即靠近葉片出口工作面的相對(duì)流速大于葉片背面的流速，在葉片背面形成明顯的尾流區(qū)，造成較大的水力損失；同時(shí)射流與尾流區(qū)之間存在較大的速度梯度，容易形成射流-尾跡剪切層，同樣也會(huì)造成部分水力損失，因此控制葉輪出口的流動(dòng)狀態(tài)，改善有害流動(dòng)結(jié)構(gòu)可以有效地提高離心泵的性能。

目前針對(duì)離心泵葉輪的研究主要集中于葉片型線、幾何參數(shù)、葉片數(shù)等因素的優(yōu)化。陸偉剛，張德勝，王凱等人都對(duì)葉輪幾何參數(shù)對(duì)泵性能的影響進(jìn)行了研究；目前大部分研究都從優(yōu)化葉輪幾何參數(shù)出發(fā)，探索不同參數(shù)配比對(duì)泵性能的影響，未能從改善葉輪出口流動(dòng)結(jié)構(gòu)本質(zhì)出發(fā)，研究射流—尾跡結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響，從而可以進(jìn)一步提高泵的能量性能，因此通過控制葉輪出口流動(dòng)狀態(tài)對(duì)提高泵的性能具有實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了進(jìn)一步提高離心泵的性能，本發(fā)明從控制葉輪出口射流—尾跡結(jié)構(gòu)原理出發(fā)，提出一種帶無葉分流片的離心葉輪，該葉輪簡單、合理，有效降低了葉輪出口的水力損失，進(jìn)一步提高了泵的揚(yáng)程，改善離心泵的性能。

本發(fā)明為一種帶無葉分流片的離心葉輪，該無葉分流片是一種具有均勻厚度的彎曲薄片，該無葉分流片與葉輪前蓋板和葉輪后蓋板相連，位于相鄰兩葉片之間，沿葉輪圓周均布。

該結(jié)構(gòu)通過堵塞葉輪出口的部分流道，以實(shí)現(xiàn)葉輪出流流場均勻重構(gòu)，達(dá)到提升泵性能的目的；其外表面和葉輪出口齊平，厚度與葉片出口邊厚度相同，個(gè)數(shù)和葉輪葉片數(shù)相同；無葉分流片遠(yuǎn)離葉片工作面，更靠近葉片背面，其中心距離葉片出口背面的距離a為相鄰兩葉片間圓弧長度的（1/4~1/2），其堵塞面積為葉輪出口流道過流斷面面積的（1/6~1/3）。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：從控制葉輪出口的射流—尾跡結(jié)構(gòu)出發(fā)，采用無葉分流片結(jié)構(gòu)堵塞葉輪出口的部分流道，減小其過流面積，強(qiáng)制增加靠近葉片背面的流體速度，改善葉輪流道內(nèi)的速度梯度分布特性，提高泵的揚(yáng)程，有利于在葉輪設(shè)計(jì)中適當(dāng)降低葉輪外徑，降低圓盤摩擦損失，提高機(jī)械效率，進(jìn)一步改善泵的性能。同時(shí)本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡單、合理、加工方便等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的帶無葉分流片的離心葉輪軸面投影圖。

圖2為本發(fā)明的帶無葉分流片的離心葉輪平面投影圖。

圖3為本發(fā)明的帶無葉分流片的離心葉輪出口流道過流斷面的平面展開圖。

圖4為本發(fā)明的帶無葉分流片的離心葉輪出口流動(dòng)結(jié)構(gòu)圖。

圖5為傳統(tǒng)的離心葉輪的出口流動(dòng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1給出了離心葉輪的軸面投影圖，由圖可知：該無葉分流片5與葉輪前蓋板1和葉輪后蓋板2相連。

由圖2可知：葉輪葉片數(shù)為5，無葉分流片5均勻分布在葉輪各個(gè)流道之間，其厚度和葉片出口邊7厚度相等，取為5mm，其外表面和葉輪出口6齊平。

圖3給出了葉輪出口流道過流斷面的平面展開圖，無葉分流片5中心距葉片背面4的距離小于距葉片工作面3的距離，且其中心距葉片背面的距離a為葉輪出口相鄰葉片間流道長度的30%，其堵塞面積為葉片出口相鄰流道過流斷面面積的20%。

圖4、5給出了本發(fā)明的帶無葉分流片的離心葉輪和傳統(tǒng)的離心葉輪的出口流動(dòng)結(jié)構(gòu)圖，通過對(duì)比可知：增加無葉分流片結(jié)構(gòu)后，葉輪出口尾跡區(qū)內(nèi)速度明顯增加，射流-尾跡結(jié)構(gòu)得到顯著改善，而常規(guī)離心葉輪的出口存在較為顯著的尾流區(qū)，該區(qū)內(nèi)相對(duì)速度較小，容易造成能量耗散，增加泵的水力損失，降低其性能。

本例中采用CFD手段對(duì)泵的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，在相同葉輪和蝸殼條件下，離心泵設(shè)計(jì)點(diǎn)處，采用無葉分流片結(jié)構(gòu)后，離心泵的揚(yáng)程上升了7%，效率提高了0.5%。本發(fā)明改善了葉輪出口流動(dòng)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到減小泵內(nèi)部流動(dòng)損失的目的，進(jìn)而提高泵的性能。