CN104912850A - 一种具备流线构造的径向导叶结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于应用于节段式多级离心泵的导叶结构设计领域，具体涉及一种具备流线构造的径向导叶结构。其导叶盘的盘面布置正导叶而背面布置反导叶，每相邻的两个正、反导叶间构成正、反流道；导叶盘在正流道出口处设贯穿盘体的缺口部，缺口部所在导叶盘盘面、正导叶的外侧叶面、导叶盘的外周面以及相对缺口部所在导叶盘盘面设置的导流面共同构成过渡腔道，导流面外形呈弧面状结构，该弧面状导流面的曲率中心位于导叶盘的反导叶所在端，且该弧面状导流面由过渡腔道入水端至过渡腔道出水端曲率半径逐步减小。本发明可减少在过渡段所出现的环流及流体碰撞和漩涡状况，其能量损失可得到有效扼制，工作效能更高。

Description

一种具备流线构造的径向导叶结构

技术领域

本发明属于应用于节段式多级离心泵的导叶结构设计领域，具体涉及一种具备流线构造的径向导叶结构。

背景技术

节段式多级泵，级间需要用导叶过渡，从而使流体从本级到下一级顺利流动，以实现能量的转换和回收，减少流动时能量损失。传统的节段式多级泵用导叶一般分为径向导叶或流道式导叶两种。相较结构繁复而制造工艺不够成熟的流道式导叶而言，径向导叶的设计技术已经定型，并以铸造工艺成熟而性价比高而应用更为广泛。传统径向导叶的流道如图1所示，由以下四部分组成：螺旋线部分——由正导叶10构成，起收集流体作用；扩散段部分——位于正导叶10的出口端处，以降低流速，起转换动能为压能的作用；过渡段——由过渡腔道构成，以使流体转变方向；反导叶20——使流体按要求的速度和环量进入下一级叶轮。目前上述传统径向导叶所存在的缺陷在于：首先，由于流道中过渡段处的结构设计不足，流道受阻面众多，受流体流动状态控制不严及顶部间隙环流影响，流体在此区间往往相互碰撞，被动改变方向，有相当的能量损失。其次，传统径向导叶上的反导叶都为单直径的单圆弧型线式叶片，此单圆弧反导叶形状过于简单，叶片的安放角常常过大，与流线吻合度差，导致流体的流态紊乱复杂，易形成旋涡，从而进一步损失流体动能。通过CFD模拟计算，上述导叶中的能量损失甚至约占叶轮做功13％左右，从而极大的影响了导轮的实际工作效益。如何寻求一种结构更为合理可靠的径向导叶结构，从而能在保留其诸多优点的同时，亦能保证流体运动的顺畅性,最终实现能量损失的降低和工作效能的有效提升，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的为克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理可靠的具备流线构造的径向导叶结构，以减少在过渡段所出现的环流及流体碰撞和漩涡状况，其能量损失可得到有效扼制，工作效能显然更高。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种具备流线构造的径向导叶结构，包括具备旋转轴心的柱盘状的导叶盘，导叶盘的盘面布置涡卷状排布的正导叶而背面布置与正导叶旋向相反的涡卷状排布的反导叶，每相邻的两个正导叶间彼此配合构成供流体行进的正流道，每相邻的两个反导叶间彼此配合构成供流体行进的反流道；导叶盘在正流道出口处设贯穿盘体的缺口部，缺口部所在导叶盘盘面、正导叶的外侧叶面、导叶盘的外周面以及相对缺口部所在导叶盘盘面设置的导流面共同构成用于对应连通各正流道和反流道的过渡腔道，该过渡腔道沿导叶盘的外周面呈环形阵列，所述导流面外形呈向缺口部所在导叶盘盘面弧形过渡的弧面状结构，该弧面状导流面的曲率中心位于导叶盘的反导叶所在端，且该弧面状导流面由过渡腔道入水端至过渡腔道出水端曲率半径逐步减小。

所述反导叶的叶片骨线由进水口至出水口的曲率半径逐步减小。

反导叶的两端部的安放角与设定的液流角吻合布置。

本发明的主要优点在于：

1)、本发明抛弃了传统的棱角众多的过渡腔道结构，通过将构成过渡腔道的一侧腔壁处的导流面设置呈弧线过渡结构，从而达成流体的顺畅流通过渡效果。该弧线符合流线的特点，从弧线起点到终点，曲率半径逐步减小，进而使流体能及时地顺利地拐弯、并进入反导叶所形成的反流道内，最终减少环形空间中的环流状况。通过本发明的上述结构，可有效消除环形空间与反流道中的流体碰撞与旋涡，减少环流，使流体进入反导叶流道更顺畅，其流体的能量损失更少，同时可提高泵整机效率2～3％，成效显著。

2)、在上述结构的基础上，本发明还对反导叶进行结构设计，以杜绝传统的单圆弧型线式叶片所带来的诸多缺陷。本发明的反导叶采用保角变换的方法按流线设计，叶片骨线从起点到终点曲率半径逐步减小，流体经过该型式叶片所形成的流道时更不易产生旋涡，流体流动更顺畅，由此也能进一步的减少此处的能量损失。

附图说明

图1为传统过渡腔道的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3是导流面的曲率弧线示意图；

图4为反导叶叶片骨线形状图。

图示各标号与本发明的结构名称对应关系如下：

a-导叶盘盘面 b-正导叶的外侧叶面

c-导叶盘的外周面 d-导流面

10-正导叶 20-反导叶 30-过渡腔道

具体实施方式

为便于理解，此处结合图2-4对本发明的具体结构及实施效果作以下进一步描述：

本发明的具体结构如图2-4所示，其是在径向导叶的环形空间处，位于正导叶10叶片的末端所在位置A处，即过渡段部位，设置弧线过渡的导流面d，使流体顺利变向。该导流面d所在弧线按从弧线起点到终点曲率半径逐步减小的规律变化，同时该弧线可简化为两段或多段圆弧。而如图2及图4所示，反导叶20则采用保角变换的方法按流线设计，其叶片骨线的曲率半径从弧线起点到终点逐步减小，同时叶片进口应尽量向导叶盘的外周面c处延伸，以提升其流体接引效果。

前述的正导叶的外侧液面b，是径向导叶呈现如图2所示状态时，正流道的两流道侧壁中相对朝外的一侧壁；导叶盘的外周面相应如图2所示。而本实施例中的其它结构按常规形式设置，包括正导叶10设计、轴向尺寸、径向尺寸、反导叶20进出口角的确定等。径向导叶中的流道的组成部分——螺旋线部分和扩散段部分，按传统设计不变；修改过渡段和反导叶的结构与型线尺寸，使其具有流线特征。实际制作时，可充分利用现有径向导叶的空间和材料，其成型以铸造为主，从而不必增加零件数量，零件加工难度变化不大，且增加的制造成本很有限，从而确保其性价比。

本实施例中，在制作反导叶20时，反导叶20头部朝向导叶盘的外周面、尾部朝向内侧轴心线处。反导叶20的头部安放角和尾部的安放角应与设定的流体的液流角一致，也即其两端部的曲率的布置角度和流体相对速度与圆周速度的反方向间的夹角相吻合，以再次提升流体的行进顺畅性，从而进一步提升流体的过流效果。

本发明的工作流程为：从叶轮出来的流体经正导叶10所构成的螺旋线部分收集，进入正流道出口段所形成的扩散段减速，此时部分动能转化为压能。之后流体进入环形空间，在环形空间的过渡腔道30处改变流向并消除一部分环量后进入反导叶20。流体在反导叶20所构成的反流道中充分消除环量后，以适当的角度顺利进入下一级叶轮。在整个流动过程中，由于本发明的贴合流体行进特征的导流面d及反导叶20结构的曲率结构设计，从而使得流体不再产生漩涡，也不会产生激烈的碰撞，其流动极为顺畅，能量损失少，过流效果显著。

Claims (3)

1.一种具备流线构造的径向导叶结构，包括具备旋转轴心的柱盘状的导叶盘，导叶盘的盘面布置涡卷状排布的正导叶(10)而背面布置与正导叶旋向相反的涡卷状排布的反导叶(20)，每相邻的两个正导叶(10)间彼此配合构成供流体行进的正流道，每相邻的两个反导叶(20)间彼此配合构成供流体行进的反流道；导叶盘在正流道出口处设贯穿盘体的缺口部，其特征在于：缺口部所在导叶盘盘面(a)、正导叶的外侧叶面(b)、导叶盘的外周面(c)以及相对缺口部所在导叶盘盘面(a)设置的导流面(d)共同构成用于对应连通各正流道和反流道的过渡腔道(30)，该过渡腔道(30)沿导叶盘的外周面呈环形阵列，所述导流面(d)外形呈向缺口部所在导叶盘盘面弧形过渡的弧面状结构，该弧面状导流面(d)的曲率中心位于导叶盘的反导叶(20)所在端，且该弧面状导流面(d)由过渡腔道入水端至过渡腔道出水端曲率半径逐步减小。

2.根据权利要求1所述的一种具备流线构造的径向导叶结构，其特征在于：所述反导叶(20)的叶片骨线由进水口至出水口的曲率半径逐步减小。

3.根据权利要求2所述的一种具备流线构造的径向导叶结构，其特征在于：反导叶(20)的两端部的安放角与设定的液流角吻合布置。