CN104776052A - 一种具有椭圆形叶片出口形状的离心泵叶轮 - Google Patents

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    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
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Abstract

一种具有椭圆形叶片出口形状的离心泵叶轮。该椭圆形叶片出口边（1）、（2）分别与叶片工作面（3）和叶片背面（4）相连并且光滑相切。该椭圆形叶片出口通过调整叶片出口形状，改善叶片出口尾迹流动结构，降低叶片出口工作面与背面的速度梯度，减小叶片出口不良的掺混流动结构，以实现叶轮出口流场均匀重构，降低离心泵叶轮的水力损失，达到提升离心泵性能的目的。该椭圆形叶片出口边（1）、（2）形状光滑，具有相同的椭圆几何形状，与叶片工作面（3）和叶片背面（4）相连并且光滑相切；该椭圆形出口边（1）、（2）的终点（5）和叶轮出口边（6）齐平；该椭圆形叶片出口的切线夹角θ对离心泵的性能影响极为显著，其变化范围为20-60°。

Description

一种具有椭圆形叶片出口形状的离心泵叶轮
技术领域
本发明涉及一种离心泵叶轮，属于流体机械领域。
背景技术
离心泵作为一种通用机械在国民经济的各个领域中扮演着重要的角色，同时也消耗了大量的电力，因此提高离心泵的效率对新型节约型社会的建设具有重要意义；叶轮作为离心泵系统中的关键核心设备，其性能对离心泵的效率有极为显著的影响，离心泵叶轮叶片形状较为复杂，几何参数多，控制难度大，同时各个几何参数的匹配特性对离心泵叶轮的性能影响显著，因此高效离心泵叶轮的设计是提高整泵效率的关键点。
由离心泵内部流动规律可知：叶轮出口流动极为复杂，叶片工作面和背面的相对流速差异明显，形成显著的尾迹结构，该流动结构容易造成较大的水力损失，从而影响离心泵叶轮的效率；同时由传统方法设计的离心泵叶轮叶片出口沿圆周方向的厚度较大，受叶片工作面和背面较大速度梯度的影响，流体将在该区域产生掺混作用，该种不良的湍流混合过程也是造成叶轮水力损失的重要原因，因此离心泵叶轮的出口形状对其效率的影响不容忽视，设计合理的叶片出口形状可以显著地提高离心泵叶轮的水力效率，进而提高整泵的效率。
目前针对如何提高离心泵叶轮效率，绝大部分研究都集中在探索叶轮不同的参数匹配特性对泵性能的影响，未能重视叶轮出口不良流动的影响；本发明通过控制叶片出口几何形状，均匀重构叶片出口的流动结构，从而控制叶片出口的流动损失，进而降低叶轮的水力损失，达到提高泵能量性能的目的，因此离心泵叶轮出口形状的控制对提高离心泵的性能具有实际意义。
发明内容
为了进一步提高离心泵的性能，本发明从控制离心泵叶轮出口不良的掺混流动结构出发，提出一种具有椭圆形叶片出口形状的离心泵叶轮，该叶轮出口结构简单、合理、实施容易，有效减小了叶轮出口的不良湍流掺混过程，均匀重构了叶轮出口复杂的流场分布特性，提高了叶轮效率，进一步改善了离心泵的性能。
本发明提出一种具有椭圆形叶片出口形状的离心泵叶轮，其特征在于：叶片工作面和叶片背面在叶片出口边的圆周方向相交，并成椭圆形叶片出口边。
所述的椭圆形叶片出口边为两边，分别与叶片工作面和叶片背面相连并相切；该椭圆形叶片出口边形状光滑，具有相同的椭圆几何形状。
所述的椭圆形出口边的终点和叶轮出口边齐平。
该椭圆形叶片出口边的切线夹角θ对离心泵的性能影响极为显著，其变化范围为20-60°。
本发明的优点是：从控制叶轮出口不良的流动结构出发，通过改变叶轮出口的几何形状，调整叶轮出口的流场结构，均匀重构了叶轮出口复杂湍流结构，降低了叶轮出口的不良掺混流动过程造成的能量损失，进一步改善离心泵叶轮的性能。同时本发明还具有结构简单、合理、加工实施方便等优点。
附图说明
图1为本发明提出的一种具有椭圆形叶片出口形状的离心泵叶轮的轴截面示意图。
图2为具有传统叶片出口形状的离心泵叶轮的轴截面示意图。
图3为两种具有不同叶片出口形状离心泵的性能对比图。
    图中（1）、（2）分别为椭圆形叶片出口边；（3）、（4）分别为叶片工作面和背面；（5）为椭圆形叶片出口边的终点；（6）为叶轮出口边。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1给出了本发明提出的一种具有椭圆形叶片出口形状的离心泵叶轮的轴截面示意图，由图可知：该椭圆形叶片出口边分别与叶片工作面和叶片背面相连；该椭圆形叶片出口边形状光滑，具有相同的椭圆几何形状，并且与叶片工作面和叶片背面相切；该椭圆形出口边的终点和叶轮出口边齐平；该椭圆形叶片出口边的切线夹角θ为30°。
图2给出了具有传统叶片出口形状的离心泵叶轮：叶片工作面3和叶片背面4在叶片出口边6的圆周方向分开，叶片出口在圆周方向具有较大的厚度。
由图3可知：本例中采用CFD手段对具有不同叶片出口形状的离心泵进行性能进行预测，在相同叶轮和蜗壳条件下，可以看出在不同的工况下，具有椭圆形叶片出口形状的离心泵效率皆高于具有传统叶片出口形状的离心泵；在离心泵设计点处，采用椭圆形叶片出口形状后，泵效率提高了2.5个百分点。因此本发明改善了叶轮出口流动结构，从而达到减小叶轮出口流动损失的目的，进而提高泵的性能。

Claims (5)

1.一种具有椭圆形叶片出口形状的离心泵叶轮，其特征在于：叶片工作面和叶片背面在叶片出口边的圆周方向相交，并成椭圆形叶片出口边。
2.如权利要求1所述的一种具有椭圆形叶片出口形状的离心泵叶轮，其特征在于：所述的椭圆形叶片出口边为两边，分别与叶片工作面和叶片背面相连并相切；该椭圆形叶片出口边形状光滑，具有相同的椭圆几何形状。
3.如权利要求1所述的一种具有椭圆形叶片出口形状的离心泵叶轮，其特征在于：所述的椭圆形出口边的终点和叶轮出口边齐平。
4.如权利要求1所述的一种具有椭圆形叶片出口形状的离心泵叶轮，其特征在于：椭圆形叶片出口边的切线夹角θ对离心泵的性能影响极为显著，其变化范围为20-60°。
5.如权利要求1所述的一种具有椭圆形叶片出口形状的离心泵叶轮，其特征在于：椭圆形叶片出口边的切线夹角θ对离心泵的性能影响极为显著，其变化范围为30°。
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