CN100582490C - 一种超小型离心泵叶轮 - Google Patents
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Abstract
一种超小型离心泵叶轮，涉及其叶轮直径在5～50mm之间的超小型离心泵叶轮的结构设计。本发明在设计中采用了提高泵水力性能的新概念，其技术特点是该叶轮的出口面积与进口面积比在0.9～1.0之间；叶片的进口冲角为10°～30°，出口安放角为30°～55°，叶片数为5～11枚；叶片的进口向泵进口方向延伸，直至轮毂与叶片的交线转为轴向的点为止。实验结果表明，无论是泵内部流动特性、还是泵外部性能，本发明都优于传统叶轮。在最优运行工况点，本发明与传统叶轮相比：流量之比大于2.0，扬程之比大于1.5，做功能力之比大于3.5，最有效率达65%。可用于血液泵，小型燃料电池冷却系统中的循环泵等。
Description
技术领域
本发明涉及一种离心泵叶轮，尤其涉及其叶轮直径在5～50mm之间的超小型离心泵叶轮，可广泛应用于例如胸心外科手术中的血液体外循环的血液泵，小型燃料电池冷却系统中的循环泵等，属于微小型泵技术领域。
背景技术
鉴于环境问题日益突出，为高效利用能源，发展小型、微型机电技术已成为十分重要的发展方向，泵也不例外，其中叶轮是技术的关键。
对于尺寸要求较小的血液泵、小型燃料电池泵压式冷却系统中的循环泵等，尽管人们希望泵的重量再轻些、尺寸再小些，但目前已有的泵叶轮直径均大于50mm。这是因为根据传统设计理论，随着尺度减小，叶轮内部离心力和惯性力的减弱(即雷诺数减小)，而其他因素(如摩擦力等)的影响将随之增加，造成叶轮机械的整体效率下降。日本学者赤松教授所研究的血液泵叶轮直径为50mm，泵最高效率为50％。在我国，据了解目前用于燃料电池辅助系统中的小型泵，其叶轮直径为50～60mm，最高效率约为50％左右。
近年来，设计水平、机械加工技术、计算机硬件、计算流体力学(CFD)等的迅猛发展，为开展微小型泵的研究、进一步提高其性能提供了可能性。
发明内容
本发明的目的是提供一种超小型离心泵叶轮(D2＝5～50mm)，旨在改善叶轮内部流动规律，提高超小型离心泵效率，在进一步缩小离心泵体积的同时，提高泵的水力特性。
本发明的技术方案如下：一种超小型离心泵叶轮，包括轮毂和设置在轮毂上的叶片，其叶轮直径为5～50mm，其特征在于：所述叶轮的出口面积与进口面积比在0.9～1.0之间；所述的叶片的进口冲角为10°～30°，出口安放角为30°～55°，叶片数为5～11枚。
本发明的技术特征还在于：在叶轮进口处，叶片的进口向泵进口方向延伸，直至轮毂与叶片的交线转为轴向的点为止，以改善进口的流动状态。
本发明提供的超小型离心泵叶轮，在设计中采用了提高泵水力性能的新概念，经与按常规设计方法设计的离心泵叶轮进行对比实验——数值模拟及性能实验，结果表明，无论是泵内部流动特性、还是泵外部性能，本发明提供的叶轮都优于传统叶轮。在最优运行工况点，在最优运行工况点，本发明与传统叶轮相比：流量之比大于2.0，扬程之比大于1.5，做功能力之比大于3.5，最有效率达65％。可用于血液泵，小型燃料电池冷却系统中的循环泵等。
附图说明
图1为叶轮的主视图。
图2为图1的侧视图。
图3为叶轮叶片的翼型示意图。
图4为叶轮叶片进口速度三角形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体结构作进一步的说明。
图1、图2为叶轮的结构示意图。该叶轮包括轮毂2和固定在轮毂上的叶片1。在轮毂的中心部位设有叶轮轴孔3。
图3为叶轮叶片的翼型示意图。在叶片1的进口处，其骨线的切线方向与该半径处的圆周切线方向(与叶轮旋转方向相反)之间的夹角为βb1，即进口安放角。在叶片1的出口处，其骨线的切线方向与该半径处的圆周切线方向(与叶轮旋转方向相反)之间的夹角为βb2，即出口安放角。
图4为叶轮叶片进口速度三角形。其中W1为液流在进口处的相对速度，V1为液流在进口处的绝对速度，U1为在进口处的牵连速度，则β1为进口水流角。
在具体设计中本发明采用了如下的结构特征：1)与通常的离心式叶轮相比，采用了较多的叶片数，如图1所示，叶片数最好是5～11枚，以提高叶轮的整体做功能力；2)对于超小型叶轮，由于流量较小，一般叶轮进口水流角β1(如图4所示)很小，本叶轮叶片的进口安放角(如图3中的βb1)选用了较大的冲角(＝βb1-β1)，应大于10°，一般为10°～30°；3)叶轮叶片的出口安放角同样选用了较大角度，如图3中的βb2，最好是30°～55°；4)叶轮的出口面积CD与进口面积AB之比(ACD/AAB)在0.9～1.0之间，如图1所示，以减小流动分离发生的可能性；5)在叶轮进口处，叶片的进口向泵进口方向延伸，直至轮毂与叶片的交线转为轴向的点(如图2中的B点)为止，以改善进口的流动状态，使流动由轴向平顺地转为径向。
Claims (2)
1.一种超小型离心泵叶轮，包括轮毂和设置在轮毂上的叶片，其叶轮直径为5～50mm，其特征在于：所述叶轮的出口面积与进口面积之比在0.9～1.0之间；所述的叶片的进口冲角为10°～30°，出口安放角为30°～55°，叶片数为5～11枚。
2.按照权利要求1所述的超小型离心泵叶轮，其特征在于：在叶轮进口处，叶片的进口向泵进口方向延伸，直至轮毂与叶片的交线转为轴向的点为止。
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| 低比转速离心泵叶轮的设计. 赵彤涌.山西机械，第1期. 2002 |
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