CN103233914B - 导流式轴流泵叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种导流式轴流泵叶轮。它包括与泵轴键连接的叶轮毂和均布于轮毂上的若干主叶片，轮毂上还均布数量与主叶片数量相等的导流叶片，所述的导流叶片与主叶片间具有有效距离的缝隙。所述导流叶片与主叶片之间的相对位置，在圆周方向的两者距离为0~100mm，在轴向方向的两者距离为0~120mm，导流叶片的翼型截面进口角度为10~50°，主叶片的翼型截面进口角度为15~45°。利用导流叶片的引流作用，使得流体通过导流叶片后，能以冲击较小的方式绕流主叶片；同时利用流体通过缝隙，使之能承受流体的逆压力梯度从而延迟甚至是不产生边界层的分离，降低了叶片表面的阻力，减少了轴功率的损耗而提高轴流泵的工作效率。

Description

导流式轴流泵叶轮

技术领域

本发明涉及轴流式水泵技术领域，特别涉及一种导流式轴流泵叶轮。

背景技术

轴流式水泵是一种高比转速叶片泵，它具有流量大、扬程低的特点，广泛应用在流域调水、农田灌溉、防洪排涝、市政供水、电厂水循环等领域。一般情况下，轴流式水泵在设计工况点附近效率较高，此时具有较稳定的水力性能，若偏离这个区域，水泵水力效率下降，特别是在小流量工况范围，存在不稳定的马鞍区，此时泵内流动紊乱，在叶轮表面容易产生流动分离，从而诱导其他不稳定流动现象的产生，严重影响水泵系统的安全稳定运行。如图1所示，在非设计工况下，流体绕流叶片时，工况的改变导致入流角度发生变化，入流产生了冲击，在叶片的背面发生了流动分离，形成明显可见的漩涡流动结构。由于漩涡区的出现，对叶片产生了较大的阻力作用，消耗更多的轴功率，因此造成泵的水力效率降低。由此可见，设计一种在偏工况运行条件下有效控制叶片表面边界层分离的轴流泵叶轮，对于拓宽轴流式水泵有效工况范围具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的技术问题，提供一种导流式轴流泵叶轮，该轴流泵叶轮可以有效控制偏工况下轴流泵叶片产生的流动分离，减小不稳定流动产生的阻力，提高轴流式水泵的工作效率。

为达到上述目的，对本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

一种导流式轴流泵叶轮，包括与泵轴健连接的叶轮轮毂和均布于轮毂上的若干主叶片，其特征在于：所述轮毂上还均布数量与主叶片数量相等的导流叶片。

所述导流叶片与主叶片在结构上源于同一个轴流泵叶片，在效率较高的设计工况点附近，导流叶片和主叶片拼接为某一原始轴流泵叶轮叶片。

所述导流叶片与主叶片也可以重新分别进行设计，对几何结构做一些调整处理。

所述导流叶片在效率低的工况下，导流叶片进行位置移动，与相邻主叶片之间具有有效的距离，两者之间构成缝隙。

所述导流叶片位于主叶片前缘的前方，导流叶片与主叶片之间的相对位置，在圆周方向的两者距离为0~100mm，在轴向方向的两者距离为0~120mm。

所述导流叶片翼型断面的进口角度为10~50°。

所述主叶片翼型截面的安装角度为15~45°。

本发明的导流叶片的入流端的厚度大于或等于出流端的厚度，优选方案为出流端的厚度接近为0mm。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：

本发明将传统轴流泵叶轮叶片的水力设计分为主叶片和导流叶片，利用导流叶片的引流作用效果，使得主流通过导流叶片后，能以冲击最小的方式绕流主叶片；同时利用流体通过缝隙，使之能能承受流体的逆压力梯度从而延迟甚至是不产生边界层的分离。如图2所示，从本发明优选例子的流场可以看出，对于相同运行工况下的传统轴流泵叶轮，采用本发明的轴流泵叶轮，明显抑制了入流产生的漩涡区，从而降低了由于流动分离产生的不必要的能量损失，改善了轴流式水泵的水力性能，提高了轴流式水泵在非设计工况点的效率和运行稳定性。

附图说明

图1是在偏工况下传统轴流泵叶轮叶片吸力面出现漩涡区的示意图。

图2是本发明的导流式轴流泵叶轮抑制漩涡流场的示意图。

图3是本发明导流式轴流泵叶轮一个优选例的结构示意图。

图4是图3的左视图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于理解，下面结合附图和优选实例，进一步阐述本发明。

实例一：

参看图3和图4，本导流式轴流泵叶轮，包括与泵轴键连接的轮毂41和均布于轮毂41上的主叶片42，主叶片42的数量可以为三、四片或其它数量，主要根据泵的设计要求来选定叶片数量。轮毂41上还均布导流叶片43，导流叶片43位于主叶片42的前端，且两者在数量上相等。

实例二：

本实例与实例一基本相同，特别之处在于如下：

所述叶轮可以为油脂砂、树脂砂或糊金砂铸造叶轮，或者精密铸造的叶轮，也可以为金属加工叶轮或者焊接叶轮。此外，本发明的思想除使用在轴流式水泵的叶轮上，也可用在混流式水泵叶轮上。

主叶片42和导流叶片43结构上可以通过对现成的叶片基础采用分割的方式进行设计，通过改变导流叶片43的位置，使得与主叶片42之间形成缝隙。主叶片42和导流叶片43在叶片压力面和背面的位置位于距离叶片前缘5~40%弦长范围内。

主叶片42和导流叶片43的结构也可以分别进行设计，通过参数化寻优，进行不同方案的组合。

导流叶片43位于主叶片42之间的相对位置，在圆周方向的两者距离为0~100mm，在轴向方向的两者距离为0~120mm。导流叶片43翼型截面的进口角度为10~50°，主叶片42翼型截面的进口安放角度为15~45°。导流叶片43的入流端的厚度大于或等于出流端的厚度，优选方案为出流端的厚度接近为0mm。

通过调整导流叶片43的进口安放角，以及与主叶片42形成的缝隙，能够有效抑制由于流体入流角度的变化而在叶片表面发成边界层分离而形成漩涡区域，通过导流叶片的引流以及缝隙形成的射流，可以改善流体绕流叶片的形态，使得流动更为稳定，有效提高偏工况下轴流泵的水力性能。

从表1可以了解本实例应用于轴流泵时与常规轴流泵的性能对比的情况，在1000r/min的转速下，在非设计流量下的不同工况点，效率都有所提高（表中所列数据均为装置试验的结果）。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离发明精神和范围的前提下，本发明还会有所变化和改进，这些变化和改进都落入本专利要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种导流式轴流泵叶轮，包括与泵轴键连接的叶轮轮毂和均布于轮毂上的若干主叶片，其特征在于，还包括数量与主叶片数量相等的导流叶片，所述的导流叶片设置于主叶片前缘入流方向的前方，所述每个导流叶片与相邻主叶片之间具有一定的缝隙；在效率较高的设计工况点附近，导流叶片和主叶片可拼接为原始轴流泵叶片；在效率低的工况下，导流叶片进行位置移动，与相邻主叶片之间具有有效的距离，两者之间构成合理的缝隙。

2.根据权利要求1所述的导流式轴流泵叶轮，其特征在于，导流叶片与主叶片在结构上可以源于同一个轴流泵叶片，即导流叶片和主叶片可以拼接为某一轴流泵叶轮叶片，也可以重新对主叶片和导流叶片进行参数化设计。

3.根据权利要求1所述的导流式轴流泵叶轮，其特征在于，导流叶片与主叶片之间的相对位置，在圆周方向的两者距离为0~100mm，在轴向方向的两者距离为0~120mm。

4.根据权利要求1所述的导流式轴流泵叶轮，其特征在于，导流叶片翼型截面的进口角度为10~50°。

5.根据权利要求1所述的导流式轴流泵叶轮，其特征在于，导流叶片的入流端的厚度大于或等于出流端的厚度。

6.根据权利要求1所述的导流式轴流泵叶轮，其特征在于，主叶片翼型截面的进口角度为15~45°。