CN103452910B - 一种错列式离心泵空间导叶体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种错列式离心泵空间导叶体，该空间导叶体由上导叶（2）、下导叶（3）、固定叶（6）、轮毂体（4）和壳体（1）构成。空间导叶体的上导叶（2）和下导叶（3）是由采用传统的方法设计而成的空间导叶叶片沿其中间流线所截上下部分得到，是三维扭曲叶片，同时使上导叶（2）和下导叶（3）错列均匀分布，在圆周方向，上导叶（2）位于其相邻两个下导叶（3）的中部附近。上导叶（2）固定在壳体上，下导叶（3）固定在轮毂体上。本发明通过上、下导叶错列均匀布置来改善空间导叶流道中流体的流动状态，使空间导叶体出口压力、速度分布更为均匀，二次流、轴向旋涡区域明显减少，从而使泵出口压力脉动降低，减振降噪效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及离心泵空间导叶体，属于水力机械领域。
背景技术
空间导叶体也叫导流壳，其主要特点是轴向长径向短，用于各种井用泵（深井泵、潜水泵）和导叶式混流泵，其内部流动复杂，叶片扭曲程度较大，有一定的设计难度。空间导叶起到整个压水室的作用，把叶轮出口液体收集起来送到下级叶轮进口或出口管路、转换速度能为压力能、消除速度环量。设计传统的空间导叶时，应确定导叶进、出口角，内、外流线，轴向长度和中间流线。导叶进口角取大于液流角，出口角一般取90°，内流线为轮毂体与导叶叶片的交线，外流线为壳体与导叶叶片的交线，导叶的轴向长度L=（0.5～0.7）D2（D2为叶轮外径）,中间流线为使其所分的两个小流道通过的流量相等。在空间导叶体中，液体从叶轮出口处流入空间导叶体途经环形空间时流向改变，在空间导叶叶片进口存在大量的回流和旋涡，并且在空间导叶吸力面存在大量的二次流，产生较大的水力损失，影响泵的效率，资料表明空间导叶体中的水力损失占泵内水力损失的40%~50%。与此同时，这些二次流、旋涡等现象更会加剧流体诱发的泵体振动、噪声，降低泵运行稳定性。因此，空间导叶对离心泵的综合性能有较大的影响。
目前，国内对离心泵空间导叶的研究，主要为结构、外特性，对内部流场特别是空间导叶体中压力脉动的研究甚少。文章《导流壳几何参数选取及其对泵性能的影响》（太原理工大学学报,2002,33(4)）研究了空间导叶的几何参数对泵性能的影响。文章《离心泵内流场计算及空间导叶内流动分析》（流体机械，2008,36(07)）对带空间导叶的离心泵进行数值计算，获得了空间导叶内部速度和压力分布。国外文章（HydrodynamicDesignofPumpDiffuserUsingInverseDesignMethodandCFD.JournalofFluidsEngineering,Vol.124/319）采用“三维反设计法”设计空间导叶，并通过计算流体动力学（CFD）和油膜法试验对空间导叶内部流动进行研究,但这些研究都未涉及降低空间导叶出口压力脉动的措施。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种能够降低空间导叶出口压力脉动的错列式离心泵空间导叶体。
一种错列式离心泵空间导叶体，由上导叶、下导叶、固定叶、轮毂体和壳体构成，所述上导叶和所述下导叶错列均匀分布，所述上导叶与固定在所述壳体上，所述下导叶固定在所述轮毂体上，所述轮毂体与所述壳体之间通过所述固定叶固定连接。
上述方案中，所述上导叶在圆周方向上位于其相邻两个下导叶的中间部位。
上述方案中，所述上导叶的叶片数与所述下导叶的叶片数相同。
上述方案中，所述上导叶和所述下导叶是由传统的空间导叶叶片沿其中间流线所截后对应得到的上下两部分，所述上导叶和所述下导叶保持传统的空间导叶叶片的三维扭曲型式。
上述方案中，所述上导叶和下导叶的轴向位置与传统的空间导叶叶片的轴向位置相同。
上述方案中，所述固定叶的数量为4～8片，沿所述轮毂体环列均匀布置。
采用本发明优点是：结构简单，本发明通过上、下导叶错列均匀布置来改善空间导叶流道中流体的流动状态，可以减轻叶轮与空间导叶的动静干涉效应，可使空间导叶体出口速度、压力分布更加均匀，导叶流道中的二次流和轴向旋涡范围及强度明显减少，降低了流体诱发的振动噪声，提高了泵运行平稳性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明
图1为空间导叶体轴面投影图；图中叶片中间实线部分是上导叶和下导叶的分界线，其中上导叶与壳体固定，下导叶和轮毂体固定。
图2为空间导叶体B-B截面图。
图3为空间导叶体俯视图（从A向看）。
图4为错列式空间导叶体出口速度云图4（1）和传统空间导叶体出口速度云图4（2）。
图5为错列式空间导叶体出口压力云图5（1）和传统空间导叶体出口压力云图5（2）。
图6为错列式空间导叶体和传统空间导叶体出口平均压力脉动对比图。纵轴表示压力系数ψ=P/(0.5*ρU),其中P为压力，ρ为流体的密度，U2为叶轮出口圆周速度，横轴表示时间。
图1中1.壳体，2.上导叶，3.下导叶，4.轮毂体，5.叶轮，6.固定叶。
具体实施方式
结合图1、2、3，本发明所述的错列式离心泵空间导叶体包括上导叶2、下导叶3、固定叶6、轮毂体4和壳体1，空间导叶体上导叶2和下导叶3错列均匀分布，上导叶2固定在壳体1上，下导叶3固定在轮毂体4上。上导叶2在圆周方向上位于其相邻两个下导叶3的中间附近。上导叶2和下导叶3是由采用传统的方法设计而成的导叶叶片沿其中间流线所截上下部分得到。上导叶2和下导叶3的轴向位置与原空间导叶的轴向位置相同。轮毂体4通过固定叶6与壳体1联接并固定，固定叶为4～8片叶片，环列均匀布置。此空间导叶体可采用铸造工艺获得，材料根据所输送的介质属性选择。
本发明的技术方案改善了空间导叶体中流体的流动状态以及减轻叶轮与导叶间的动静干涉效应，结合图4、5、6计算流体动力学（CFD）分析结果得到：错列式离心泵空间导叶体出口压力、速度分布更为均匀，二次流、轴向旋涡区域明显减少，泵出口压力脉动降低，从而减少空间导叶体流道中的压力脉动，有效的降低流体诱发的泵体振动及噪声水平。
Claims (4)
1.一种错列式离心泵空间导叶体，其特征在于：由上导叶（2）、下导叶（3）、固定叶（6）、轮毂体（4）和壳体（1）构成，所述上导叶（2）和所述下导叶（3）错列均匀分布，所述上导叶（2）固定在所述壳体（1）上，所述下导叶（3）固定在所述轮毂体（4）上，所述轮毂体（4）与所述壳体（1）之间通过所述固定叶（6）固定连接；所述上导叶（2）在圆周方向上位于其相邻两个下导叶（3）的中间部位；所述上导叶（2）的叶片数与所述下导叶（3）的叶片数相同。
2.如权利要求1所述的错列式离心泵空间导叶体，其特征在于：所述上导叶（2）和所述下导叶（3）是由传统的空间导叶叶片沿其中间流线所截后对应得到的上下两部分，所述上导叶（2）和所述下导叶（3）保持传统的空间导叶叶片的三维扭曲型式。
3.如权利要求1所述的错列式离心泵空间导叶体，其特征在于：所述上导叶（2）和下导叶（3）的轴向位置与传统的空间导叶叶片的轴向位置相同。
4.如权利要求1所述的错列式离心泵空间导叶体，其特征在于：所述固定叶（6）的数量为4～8片，沿所述轮毂体（4）环列均匀布置。
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