CN100516547C - 轮盖上开有射流通孔的离心闭式叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮盖上开有射流通孔的离心闭式叶轮，包括轮盖、轮盘以及多个叶片组成的叶轮，整个叶轮绕转轴旋转。至少要有三个以上射流通孔沿圆周均匀开在叶轮的轮盖上，该射流通孔将叶轮内的流道和离心叶轮外部连通起来，使得离心叶轮外部气流以射流方式流到叶片通道内，对叶轮内部的低速气流区域进行干扰，以消除低速或分离区，或冲刷叶片通道内部的积灰，从而提高离心叶轮性能和整机性能。该类射流通孔可以采用各种方法生成，如钻孔、用管子作为通孔，通孔的两端也不必是平齐的或与轮盖的表面平齐。离心闭式叶轮的叶片可以是各种类型的离心风机叶片，如前弯、径向出口和后弯的，板型的或翼型的。

Description

轮盖上开有射流通孔的离心闭式叶轮

技术领域

本发明属于流体机械领域，涉及一种离心闭式叶轮，特别是一种轮盖上开有射流通孔的离心闭式叶轮。

背景技术

离心式风机和压缩机是广泛应用在各个工业系统中的通用机械，工作介质复杂，比如可用于具有高含尘的气固两相流体，且能耗大、长期连续运行，因此，提高离心式风机和压缩机的运行效率、扩大其稳定工况范围，保证其能长期连续工作，是提高整个运行系统效率、节能减耗的关键问题，对于建设节约型社会也具有非常重大的意义。

离心式风机和压缩机的叶轮内部流动非常复杂，气体在叶轮内部经过90度转弯，在此过程中，由于离心力、哥氏力和粘性力等的共同作用，叶片通道内将出现很大的压力梯度，在轮盘、轮盖之间，叶片压力面和吸力面之间出现很强的二次流，导致叶轮出口流场非常不均匀，一般低速区出现在轮盖和叶片吸力面上，且随着流量减小，该低速区会越来越大，甚至出现流动分离。

其次，叶轮内部流场随着工况的变化还会发生相应的变化，因此，在叶片通道内不可避免地要出现一些流动分离和低速区域，如果流体介质是气固两相，则固体灰尘将会黏附于流动分离区域的叶片角落里，出现积灰、结块，导致叶轮振动。如果在低速区内引入一股射流，将可以提高低速区的流体能量，防止分离，从而提高叶轮效率，同时也可以减轻叶轮内部的积灰结垢现象。

为了减小离心叶轮内的分离和低速区，扩大高效范围，国内外都有人采用串列叶栅方法形成射流，以提高低速区流体能量，从有限的资料看，该方法在大流量区域效果明显，但在小流量区域效果一般，而气固两相流动积灰却常常发生在小流量工况下，因此，如何改进离心叶轮在小流量工况下的性能，是本申请研究的目的。

发明内容

如前所述，一般情况下，特别是小流量时，低速流体容易积聚在轮盖和叶片吸力面，导致效率降低、叶轮积灰和振动。

本发明的目的在于，提供了一种轮盖上开有射流通孔的离心闭式叶轮结构，以提高离心闭式叶轮的运行效率和运行稳定性。

本发明采取的技术方案是，一种轮盖上开有射流通孔的离心闭式叶轮，包括轮盖、轮盘以及多个叶片，整个叶轮绕转轴中心旋转，其特征在于，所述的轮盖圆周上至少均匀开有三个以上射流通孔，该射流通孔将叶轮的叶片流道和离心叶轮外部连通，将离心叶轮外部的高压流体以射流方式引入叶片通道内的低速区域，为低速流体提供能量，消除或减弱流动分离，减轻固体灰粒粘附在叶轮上的趋势，提高离心叶轮的效率，提高压力，且减弱叶轮的积灰结垢的趋势。

这种射流通孔沿圆周可以存在于每一个离心叶片通道上或每间隔几个离心叶片通道开设，每个叶片通道沿流向可以有一个或多个射流通孔。

本发明和现有技术相比，具有以下的技术效果：

以往采用射流技术消除低速或分离区的方法就是采用串列叶栅或叶片上面开设射流口，但有限的实验数据表明，串列叶栅对设计和大流量工况较有效，对小流量工况效果不明显。但离心式叶轮的小流量工况是非常重要的工作区域，此时的叶片吸力面分离区大，效率下降明显，且当叶轮工作在气固两相流条件下，低速和分离区域的固体灰粒将会从主流区域分离出来，黏附在叶片的非工作面上，叶轮非常容易出现积灰结垢，严重影响叶轮安全稳定运行。本发明提出的轮盖上开有射流通孔的离心闭式叶轮，则是利用离心叶轮外部的高压气体，在轮盖的特定的位置开设射流通孔，向叶片通道中的低速和分离区气体进行射流，从而提高气体能量，消除低速和分离区。由于该射流是利用叶轮外部和叶轮内部的气体压力差实现，在小流量工况下，该压差将增大，从而提供更大更强的射流流动，因此，本发明可明显改善离心叶轮的设计和小流量工况，特别适合高压离心叶轮和用于气固两相介质的离心叶轮，可提高叶轮工作效率和安全稳定运行性能。

附图说明

图1是轮盖上开有射流通孔的离心闭式叶轮的子午面结构简图，图中的标号为：1.轮盖，2.轮盘，3.离心叶轮叶片，4.各种射流通孔，5.离心闭式叶轮转轴中心线。

图2是轮盖上开有射流通孔的离心闭式叶轮的回转面结构简图，图中的标号意义与图1中相同。

下面结合附图对本发明的结构和工作原理作详细说明。

具体实施方式

参见图1，本发明的轮盖上开有射流通孔的离心闭式叶轮，包括轮盖1、轮盘2以及多个叶片3组成的叶轮，整个叶轮绕转轴中心旋转，至少要有三个以上射流通孔4沿圆周均匀开在叶轮的轮盖1上，该射流通孔将叶轮内部流道和离心叶轮外部连通起来，整个叶轮绕转轴中心5旋转。

射流通孔4位于轮盖上，且沿流动方向，从叶轮的入口到出口通道之间的任何地方，数目不限。

射流通孔4沿周向方向，开在每个叶片通道内，或每隔几个叶片通道开一些射流通孔4。

射流通孔4是圆孔、方孔、长方孔、狭长的窄缝或其他几何形状，射流通孔4的两端不必平齐也不必与叶轮或叶盖平齐，也可以与轮盖面成一定角度。

闭式离心叶轮的叶片可以是正常的各种离心叶轮叶片，包括前弯、径向出口和后弯的，板型的或翼型的。射流通孔将开在轮盖上，由于这些射流通孔的存在，叶轮外部的高压流体将通过射流通孔向叶片通道内部流动，当位置合适时，这些射流气流可以消除或减弱离心叶轮内部的分离流动或低速区域，从而提高闭式离心叶轮性能和整机性能。

本发明的工作原理是，当离心叶轮转动时，气体在离心叶轮的做功下，出口流体的压力大大增加，闭式离心叶轮内外的流体具有较大的压力差，且随着流量的减少，出口压力和叶轮内的压力差也会变得越来越大，同时，位于轮盖和叶片吸力面的低速和分离流动越来越严重，相应地，叶轮效率开始下降。特别是当流体是气固两相流体时，固体灰粒将特别倾向于在分离流动区域黏附于叶轮上，形成积灰结垢，导致叶轮振动。此时，如果在分离区域引入其他高能量气流冲击分离流动，为低速流体提供能量，就可以减弱甚至消除分离流动。因此，通过在叶轮中的轮盖上开设相应的射流通孔，将离心叶轮外部的高压流体以射流方式引入叶片通道内的低速区域，就可以为低速流体提供能量，从而消除或减弱流动分离，也减轻固体灰粒黏附在叶轮上的趋势，进而提高离心叶轮的效率，提高压力，且减弱叶轮的积灰结垢的趋势，这就是本发明的工作原理。

计算例：按本发明的技术方案，用得到广泛应用的商业流场计算程序，对我国风机行业推广使用的9-19型离心风机进行计算对比，原9-19风机叶轮是前向叶轮，带有旋转扩压器。算例为6号风机，申请人首先对风机整机的性能曲线进行了计算，与实际测试结果非常吻合，证明算法和网格等各个计算设置是正确的。其次，在直径500毫米处，在叶轮的每个叶片通道上的轮盖上，在靠近叶片吸力面位置都开了个5毫米×8毫米的长方形射流通孔4，对改进后的风机特性曲线也进行了计算，在整个计算区间，开有射流通孔4的风机效率都比原始风机效率高。特别是在设计点和小流量区域，改进后的风机效率最大提高了1.1％，压力最大提高了2.1％，流场显示表明，原风机叶轮内的分离流动在改进后有了很大的改善，特别是在设计流量和小流量工况。这仅仅是申请人任意在轮盖上某位置开了射流通孔4，以验证本发明的效果。相信，当该风机用于气固两相流体时，本发明提出的改进措施将大大改善叶轮的积灰结垢现象。另外，申请人还对轮盖开射流通孔后的叶轮应力变化进行了计算对比，叶轮应力分布基本没有发生变化。

Claims (3)

1.一种轮盖上开有射流通孔的离心闭式叶轮，包括轮盖(1)、轮盘(2)以及多个叶片(3)，整个叶轮绕转轴中心旋转，其特征在于，所述的轮盖(1)圆周上至少均匀开有三个以上射流通孔(4)，该射流通孔(4)将叶轮的叶片流道和离心叶轮外部连通，将离心叶轮外部的高压流体以射流方式引入叶片通道内的低速区域，为低速流体提供能量，消除或减弱流动分离，减轻固体灰粒粘附在叶轮上的趋势，提高离心叶轮的效率，提高压力，且减弱叶轮的积灰结垢的趋势。

2.如权利要求1所述的轮盖上开有射流通孔的离心闭式叶轮，其特征在于，所述的射流通孔(4)沿轮盖周向方向，开在每个叶片通道内，或每隔几个叶片通道开一些射流通孔(4)。

3.如权利要求1所述的轮盖上开有射流通孔的离心闭式叶轮，其特征在于，所述的射流通孔(4)是圆孔、方孔、长方孔、狭长的窄缝或其他几何形状的孔，射流通孔(4)的两端不必平齐，也不必与叶轮或叶盖平齐，或者与轮盖面成一定角度。

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