CN104832460B - 一种匹配泵径向非对称导叶体的扩散型导流环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种匹配泵径向非对称导叶体的扩散型导流环，属于流体机械领域，其特征在于：径向导叶体的前后盖板的出口段延长形成导流环。为了提高水力效率，本发明还可以采用以下技术方案：径向导叶体由叶片和前后盖板组成，叶片位于前后盖板之间；正对环形压水室出口端按逆时针排布的两片叶片分别为第一片叶片和第二片叶片；第一片叶片与中心线的夹角为β1,第二片叶片与中心线的夹角为β2,且β1=β2，β1的取值范围是15~300，优选为240，其余十片叶片沿圆周方向对称布置。本发明扩散型导流环改善了非对称导叶体与压水室的水力匹配性能，进而提高了泵的效率和运行稳定性。

Description

一种匹配泵径向非对称导叶体的扩散型导流环
技术领域
本发明涉及一种匹配泵径向非对称导叶体的扩散型导流环，属于流体机械领域。
背景技术
导流环广泛应用于风机和汽轮机上，主要起到对来流的整流作用，改变来流方向。在风机上导流环的分流作用改变了气流对叶片的集中冲刷磨损，消除了叶片的积尘振动。但是导流环在水泵领域的运用极少，在本发明中是在导叶体出口处加一个导流环。
导叶体是一种广泛应用于水泵中的装置，在一些水泵中，由于结构及设计等原因常需要将压水室设计成环形结构，由于环形压水室和叶轮的匹配特性较低，流体在环形压水室中产生较大的水力损失，导致泵效率较低；导叶体可以将从叶轮流出的液体收集输送至下游，并将部分液流的动能转化为压能，消除液流的旋转，可显著地提高泵效率；传统的导叶体流体从导叶体出口直接进入环形压水室，流体在环形压水室内流动非常紊乱，导致环形压水室内损失很大，研究资料还表明，环形压水室中水力损失在整泵中占据较大的比例。
目前导流环在水泵中运用的很少，而针对导叶体的研究主要集中于叶片型线、几何参数、叶片数等因素的优化，尚未从对导叶体出口流体进行整流方面及从导叶叶片的布置方式方面进行研究。因此打破传统导叶体流体出口方式及传统导叶叶片布置方式具有实际意义。
发明内容
为了提高整泵的效率，本发明打破传统导叶体流体出口方式，并且改变导叶叶片布置方式，提出了一种匹配混流泵径向非对称导叶体的扩散型导流环。
本发明的一种匹配泵径向非对称导叶体的扩散型导流环，包括进口段、环形压水室、叶轮和径向导叶体，径向导叶体由叶片和前后盖板组成，叶片位于前后盖板之间，为了提高水力效率，其特征在于：径向导叶体的前后盖板的出口段延长形成导流环。
进一步地，导流环的长度L大于0小于35mm，优选为15mm。
进一步地，导流环安装于径向导叶体和环形压水室之间，导流环内壁与中心线的夹角为θ，θ的取值范围是0~300；优选为150。
为了提高水力效率，本发明还可以采用以下技术方案：径向导叶体由叶片和前后盖板组成，叶片位于前后盖板之间；正对环形压水室出口端按逆时针排布的两片叶片分别为第一片叶片和第二片叶片；第一片叶片与中心线的夹角为β1, 第二片叶片与中心线的夹角为β2,且β1=β2，β1的取值范围是15~300，优选为240，其余十片叶片沿圆周方向对称布置。
为了获得最优的水力效率，本发明可以同时采用以上两种结构。
所述导流环的直径D2与导叶出口直径D1及后泵盖的直径D3之间的关系式为：D1+ D3/2 D2 =0.9~1.2。
所述导叶出口直径D1与环形压水室直径D4之间的关系式为：D4 / D1=1.3~1.6。
本发明的优点是：
1.通过对导叶体出口流体的整流，使其在导流环内进一步把液流的部分动能转化成压能，消除液流的旋转。减小液流在环形压水室的紊乱程度，改善了导叶体与压水室的水力匹配性能，可提高泵的效率和运行稳定性。
2.通过扩大正对压水室出口两叶片之间的夹角，让更多的流体从导叶体直接进入压水室出口，减小流体在压水室内因漩涡、回流造成的损失，改善了导叶体与压水室的水力匹配性能，可提高泵的效率和运行稳定性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是传统的不匹配导流环的对称导叶体轴面示意图。
图2是传统的不匹配导流环的对称导叶体轴截面示意图。
图3是本发明的匹配扩散型导流环的对称导叶体轴面示意图。
图4是本发明的匹配扩散型导流环的对称导叶轴截面示意图。
图5是本发明的不匹配导流环的非对称导叶体轴面示意图。
图6是本发明的不匹配导流环的非对称导叶体轴截面示意图。
图7是本发明的匹配扩散型导流环的非对称导叶体轴面示意图。
图8是本发明的匹配扩散型导流环的非对称导叶体轴截面示意图。
图9是不同导流环长度下（θ=00）整泵水力效率对比图，由图L优化为15mm。
图10是不同导流环扩散角度下（L=15mm）整泵水力效率对比图，由图θ优化为150。
图11是加导流环（L=15mm, θ=150）的对称导叶体和不加导流环的对称导叶体的整泵水力效率全工况对比图。
图12不加导流环的非对称导叶体不同β1下整泵水力效率对比图，由图β1优化为240。
图13是不加导流环的非对称导叶体（β1=240）和不加导流环的对称导叶体整泵水力效率全工况对比图
图14是加导流环（L=15mm, θ=150）的非对称导叶体（β1=240）和不加导流环的对称导叶体的整泵水力效率全工况对比图。
1、导流环；2、径向导叶体；3、叶轮；4、盖板；5、环形水压室；6、叶片；7、环形
水压室出口端；8、进口端。
具体实施方式
如图2所示在按传统设计方法完成导叶体之后，叶片采用非对称布置方式，非对称导叶体由叶片6和盖板4组成，叶片6固定在盖板4上，正对环形压水室出口端7并且按逆时针排布的两片叶片分别为第一片叶片和第二片叶片；第一片叶片与中心线的夹角为β1, 第二片叶片与中心线的夹角为β2,且β1=β2，β1的取值范围是15~300，优选为240，其余十片叶片沿圆周方向对称布置。
如图4所示在非对称导叶体之后，在导叶体出口匹配一个导流环，该导流环由导叶体盖板4出口端延伸一段组成，其长度为为L；L大于0小于35mm，优选为15mm；
导流环安装于径向导叶体2和环形压水室5之间，导流环内壁与中心线的夹角为θ，θ的取值范围是0~300, 优选为150。
本例采用CFD手段对泵的性能进行预测，在相同叶轮和压水室的条件下，采用加导流环的的对称导叶体，泵的效率比采用不加导流环的对称导叶体提高0.204%，L=15
mm，θ=150；采用不加导流环的非对称导叶体，泵的效率比采用不加导流环的对称导叶体提高0.301%，β1=240；采用加导流环的的非对称导叶体，泵的效率比采用不加导流环的对称导叶体提高0.621%；L=15mm, θ=150，β1=240。
导叶体采用精密铸造工艺完成，安装时保证导叶体相对压水室的位置，本发明减小了环形压水室内的水力损失，改善了导叶体与压水室的匹配性能，进而提高泵的效率和运行稳定性。

Claims (8)

1.一种匹配有径向非对称导叶体的扩散型导流环的泵，泵包括进口段、环形压水室、叶轮和径向导叶体，径向导叶体由叶片和前后盖板组成，叶片位于前后盖板之间，为了提高水力效率，径向导叶体的前后盖板的出口段延长形成导流环，其特征在于：径向导叶体由叶片和前后盖板组成，叶片位于前后盖板之间；正对环形压水室出口端按逆时针排布的两片叶片分别为第一片叶片和第二片叶片；第一片叶片与中心线的夹角为β1,第二片叶片与中心线的夹角为β2,且β1＝β2，β1的取值范围是15～30°，其余十片叶片沿圆周方向对称布置。
2.如权利要求1所述的一种匹配有径向非对称导叶体的扩散型导流环的泵，其特征在于：导流环的长度L大于0小于35mm。
3.如权利要求2所述的一种匹配有径向非对称导叶体的扩散型导流环的泵，其特征在于：导流环的长度L为15mm。
4.如权利要求1所述的一种匹配有径向非对称导叶体的扩散型导流环的泵，其特征在于：导流环安装于径向导叶体和环形压水室之间，导流环内壁与中心线的夹角为θ，θ的取值范围是0～30°。
5.如权利要求4所述的一种匹配有径向非对称导叶体的扩散型导流环的泵，其特征在于：θ的取值为15°。
6.如权利要求1所述的一种匹配有径向非对称导叶体的扩散型导流环的泵，其特征在于：β1的取值范围是24°。
7.如权利要求1所述的一种匹配有径向非对称导叶体的扩散型导流环的泵，其特征在于：所述导流环的直径D2与导叶出口直径D1及后泵盖的直径D3之间的关系式为：D1+D3/2D2＝0.9～1.2。
8.如权利要求1所述的一种匹配有径向非对称导叶体的扩散型导流环的泵，其特征在于：所述导叶出口直径D1与环形压水室直径D4之间的关系式为：D4/D1＝1.3～1.6。
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