[實用新型]一種具有抗空蝕葉片的離心泵

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201921406659.1
• 申請日: 2019-08-28
• 公開（公告）號: CN211648574U
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 章子成;鄭曉周;張文奇;張毫杰
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F04D29/24
• 分類號: F04D29/24;F04D29/66
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

一種具有抗空蝕葉片的離心泵，包括離心泵本體，所述離心泵本體包括蝸殼、連接軸、電機和葉輪，所述的電機固定于殼體外，所述的連接軸承托于蝸殼并伸入蝸殼內(nèi)；所述的葉輪包括葉片、前蓋板和后蓋板，所述的葉片裝在前后蓋板之間的連接軸上并位于蝸殼內(nèi)，所述的電機通過所述的連接軸與葉輪軸接，所述葉片靠近前蓋板的吸力面設(shè)有非光滑結(jié)構(gòu)，所述非光滑結(jié)構(gòu)為若干凸起。本實用新型的有益效果是：通過對葉輪葉片的表面進行非光滑表面改型，實現(xiàn)抗空蝕性能的顯著提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種具有抗空蝕葉片的離心泵。

背景技術(shù)

離心泵內(nèi)空蝕現(xiàn)象是：在泵內(nèi)空化時密集的小尺寸空泡在葉輪固體壁面處破裂并且和葉輪固體壁面有著直接的接觸，空泡潰滅時釋放高強度的脈沖壓力持續(xù)不斷反復(fù)沖蝕葉輪壁面的過程。空蝕與空泡的演化密切相關(guān)，離心泵內(nèi)空蝕產(chǎn)生的本質(zhì)原因是空泡群周期性破裂的結(jié)果。空蝕由于其瞬態(tài)性和隨機性，很難精準(zhǔn)預(yù)測空蝕強度和空蝕區(qū)域。對于工作中的離心泵，目前很難做到完全克服由空化引起的空蝕損傷問題。實際上，空泡對離心泵葉輪壁面的空蝕損傷程度，不僅與離心泵葉輪壁面的材料性能有關(guān)，還取決于離心泵葉輪壁面的幾何形狀。因為葉輪固體表面不同的幾何形狀會影響空泡潰滅時與葉輪壁面相互作用的形式，如空泡潰滅時產(chǎn)生微射流的沖擊角度大小、沖擊速度大小、沖擊區(qū)域分布及流場變化對空泡潰滅的影響。

通過仿生學(xué)原理對特定工況下的工業(yè)機械進行結(jié)構(gòu)的改進，是工程改型中新穎又卓有成效的一種方法，非光滑表面結(jié)構(gòu)是一種應(yīng)用前景廣闊的仿生技術(shù)。在離心泵內(nèi)運用仿生非光滑表面可以有效地改善離心泵的性能，有很多設(shè)計改進了葉輪、蝸殼等水力元件的結(jié)構(gòu)，以起到抑制空化的作用，但是本實用新型以新穎的角度，提出了一種能夠在空化發(fā)生時，大幅度減少空化造成的損傷(空蝕)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，即抗空蝕葉片表面非光滑結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本實用新型提出了一種可以改善流場結(jié)構(gòu)的特點和提高離心泵抗空蝕損傷的能力的具有抗空蝕葉片的離心泵。

本實用新型所述的一種具有抗空蝕葉片的離心泵，包括離心泵本體，所述離心泵本體包括蝸殼、連接軸、電機和葉輪，所述的電機固定于殼體外，所述的連接軸承托于蝸殼并伸入蝸殼內(nèi)；所述的葉輪包括葉片、前蓋板和后蓋板，所述的葉片裝在前后蓋板之間的連接軸上并位于蝸殼內(nèi)，所述的電機通過所述的連接軸與葉輪軸接，其特征在于：所述葉片靠近前蓋板的吸力面設(shè)有非光滑結(jié)構(gòu)，所述非光滑結(jié)構(gòu)為若干凸起。

所述凸起成列設(shè)置，并且每列凸起從葉輪中心呈螺旋型延伸至向葉輪邊沿。

所述凸起為球狀凸起。根據(jù)對皮皮蝦生物表面結(jié)構(gòu)特征參數(shù)進行提取，皮皮蝦表皮的結(jié)構(gòu)形態(tài)主要表現(xiàn)在各個流動凹凸結(jié)構(gòu)之間；再根據(jù)其表皮結(jié)構(gòu)構(gòu)造符合流線型的特征結(jié)構(gòu)，例如球狀凸起結(jié)構(gòu)，球狀凸起結(jié)構(gòu)特性比較符合流體的流動形態(tài)。

所述球狀凸起沿葉片長度方向成列分布，每列球狀凹坑等間距布置。考慮到離心泵空化最先發(fā)生在葉輪進口處，葉片吸力面靠近前蓋板位置，且葉片前緣的型線和吸力面的形狀對離心泵空化性能影響很大。通過仿生原理將皮皮蝦背脊結(jié)構(gòu)簡化成的球狀凸起結(jié)構(gòu)，添加到離心泵葉輪靠近前蓋板的吸力面位置處。

空蝕損傷是造成離心泵葉輪壁面失效的主要原因，當(dāng)泵內(nèi)空泡逐漸長大，隨著液流流動進入高壓區(qū)后，空泡受到周圍高壓液體的作用開始潰滅。當(dāng)空泡在離心泵固體壁面處破裂時，空泡周圍高壓水體以高速填充破裂的空泡，形成高速微射流和沖擊波，對離心泵固體壁面造成空蝕損傷。當(dāng)離心泵長期處于空蝕損傷狀態(tài)時，葉片金屬壁面首先出現(xiàn)空蝕針孔，大量氣泡反復(fù)不斷的潰滅，使得空蝕針孔壁不斷剝落，一段時間后空蝕針孔逐步擴大形成空蝕坑。本實用新型為了更好的改善離心泵的空蝕損傷性能，通過仿生的原理在離心泵葉輪吸力面處建立仿生非光滑表面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為一種圓形結(jié)構(gòu)。由于非光滑葉片的表面有著凸起結(jié)構(gòu)，并不符合流體的流態(tài)特征，在凹坑處易產(chǎn)生漩渦，消耗了能量，影響了壓力能向速度能的轉(zhuǎn)變，造成了揚程和效率的降低。但是非光滑表面較好地擬合了液流的流動曲線，沒有過大的彎角，所以其揚程和效率較貼近光滑葉片，外特性下降幅度極小。