CN101109394B - 叶片与轮盘/轮盖具有间隙的离心式闭式叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叶片与轮盘轮盖之间具有间隙的离心式闭式叶轮，包括轮盖、轮盘以及多个离心叶轮叶片，整个叶轮绕转轴中心旋转，在叶轮中的至少一个叶片上开有至少一条间隙，该间隙位于叶片与轮盘之间，或者叶片与轮盖之间，或者叶片同时与轮盘、轮盖两者之间。离心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。由于这些间隙的存在，叶片压力面的气流将向吸力面流动，在间隙内将产生射流气流，从而消除或减弱闭式离心叶轮轮盘或轮盖表面边界层内的二次流动，提高闭式离心叶轮性能和整机性能。
Description
技术领域
本发明属于流体机械领域，涉及一种离心式闭式叶轮，特别是一种叶片与轮盘/轮盖具有间隙的离心式闭式叶轮，该种叶轮可以有效提高离心式风机和压缩机闭式叶轮的效率，全面提高离心式流体机械性能。
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，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，是提高整个运行系统效率、节能减耗的关键问题，同时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，在盘、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，产生所谓的射流-尾迹结构。这种射流-尾迹结构，会对后续元件内部流场产生强烈的不均匀性，导致其后元件损失大大增加，效率降低，同时，射流-尾迹结构也导致叶轮内部流动损失大大增加。
为了减轻射流-尾迹结构以提高效率，国内外工程技术和科研人员采用了多种方法，如改变叶片与轮盘的夹角、叶片表面刻槽、采用串列叶栅技术将叶片分段等方法，但各个方法都有明显的缺点，如改变叶片与轮盘的夹角的方法，叶片强度问题突出；叶片表明刻槽，导致加工工艺复杂；采用串列叶栅，在小流量工况下基本没有改善叶轮性能。
发明内容
针对上述现有方法存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种叶片与轮盘/轮盖具有间隙的离心式闭式叶轮，以提高离心式叶轮的运行效率。
为了实现上述任务，本发明采取的技术方案是，一种叶片与轮盘/轮盖具有间隙的离心式闭式叶轮，包括轮盖、轮盘以及多个离心叶轮叶片，整个叶轮绕转轴中心旋转，其特征在于，所述的叶轮中的至少一个叶片上开有至少一条间隙，该间隙位于叶片与轮盘之间，或者叶片与轮盖之间，或者叶片两端与轮盘、轮盖之间。
间隙可以是存在于每一个离心叶轮叶片上，或每间隔几个离心叶轮叶片有一个开有间隙的离心叶轮叶片。
叶片上只有一个或多个间隙，间隙只存在离心叶轮叶片和轮盖之间，或只在离心叶轮叶片和轮盘之间，或离心叶轮叶片两端的轮盘和轮盖之间都有。
本发明和现有技术相比，具有以下的技术效果：
以往离心式闭式叶轮，离心叶轮叶片与轮盘轮盖之间都是完全连续焊接在一起的，而且要求连续满焊，以满足设计思想的要求。本发明提出的叶片和轮盘/轮盖具有间隙的闭式离心叶轮，则是利用离心叶轮叶片和轮盖或轮盘之间的间隙，使通过间隙中的射流气流阻挡离心叶轮中轮盘轮盖表面边界层内的二次流动，从而减轻离心叶轮出口的射流-尾迹结构，提高离心叶轮的效率和整机效率。
附图说明
图1是离心叶轮叶片与轮盘/轮盖具有间隙的离心式闭式叶轮结构简图，图中的标号为：1.轮盖，2.轮盘，3.离心叶轮叶片，4.叶片与轮盘轮盖之间的各种间隙示例，5.离心式闭式叶轮转轴中心线。
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，本发明的叶片与轮盘轮盖具有间隙的离心式闭式叶轮，包括轮盖1、轮盘2以及多个离心叶轮叶片3，整个叶轮绕转轴中心旋转，在叶片3其中的至少一个叶片与轮盘2或/和轮盖1之间开有一些间隙4，这些间隙4一直连续开到叶轮出口或仅仅在叶片入口和出口之间的轮盘或轮盖表面，也可以在离心叶轮的每个叶片上都开间隙4，或只选择其中一些叶片开有间隙4。整个叶轮绕转轴中心5旋转。
离心叶轮叶片3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。间隙将开在叶片的两端某处，由于这些间隙的存在，叶片压力面的气流将向吸力面流动，在间隙内将产生射流气流，从而消除或减弱闭式离心叶轮轮盘或轮盖表面边界层内的二次流动，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，气体在旋转离心叶轮内经受离心力、哥氏力、粘性力等多种性质的力场作用，且经过90度转弯，叶轮内出现很强的二次流，导致叶轮出口流场非常不均匀，出现射流-尾迹结构。这种不均匀出口流场恶化了后续元件的流动，导致整机性能下降。其中从叶片压力面到吸力面的二次流在叶轮的轮盖面和轮盘面的边界层运动，造成叶片吸力面附近的区域流速相对其他区域低，如果引入其他气流与这种二次流运动方向相反，就可以减弱甚至消除这个二次流影响因素。本发明通过在叶轮中的叶片两端与轮盘和轮盖之间相应的位置开一定大小和数量的间隙，靠叶片压力和吸力面两侧的压差在间隙内产生气流射流，就可以产生与轮盘和轮盖表面边界层内的二次流方向相反的射流，从而减弱或消除离心式闭式叶轮的二次流强度，减弱射流-尾迹结构，进而提高离心叶轮的性能和整机性能，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，对美国航空航天局(NASA)Lewis研究中心公开发表的一台低速大尺度离心压缩机LSCC叶轮进行了计算对比。原LSCC叶轮是半开式叶轮，申请人首先对原叶轮的性能进行了计算，验证算法的正确性。其次，将该叶轮按闭式叶轮计算；计算完成后，对该闭式叶轮的每个叶片，从其入口到叶轮出口的75％长度位置，在每个叶片和轮盖之间开凿一宽2.5毫米的间隙，再按同样网格和计算模型进行数值计算，在高效率点工况附近，采用本发明的叶片开缝的闭式叶轮效率比完全闭式叶轮的效率高1.0％多。这仅仅是申请人根据经验任意在某位置开的一个缝隙，以验证本发明的效果，当然，在此基础上还可以对本发明进行详细地优化分析，确定间隙的大小以及在叶片上的分布。
Claims (4)
1.一种叶片与轮盘/轮盖具有间隙的离心式闭式叶轮，包括轮盖(1)、轮盘(2)以及多个离心叶轮叶片(3)，整个叶轮绕转轴中心旋转，其特征在于，所述的叶片(3)中的至少一个叶片上开有至少一条间隙(4)，该间隙(4)位于叶片与轮盘(2)之间，或者叶片与轮盖(1)之间，或者叶片两端与轮盘、轮盖之间。
2.如权利要求1所述的叶片与轮盘/轮盖具有间隙的离心式闭式叶轮，其特征在于，所述的间隙(4)沿轮盘/轮盖从某处一直连续开到叶轮出口或仅仅开在沿轮盘/轮盖表面的叶片中间某处。
3.如权利要求1所述的叶片与轮盘/轮盖具有间隙的离心式闭式叶轮，其特征在于，所述的间隙(4)开在每个叶片上，或者每隔几个叶片有一个开有间隙(4)的叶片。
4.如权利要求1所述的叶片与轮盘/轮盖具有间隙的离心式闭式叶轮，其特征在于，所述的间隙(4)是狭长的窄缝或其他形状的缝隙。
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