CN105201903B - 一种离心泵 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及流体机械领域，特指一种离心泵，其特征在于：在前泵盖和叶轮前盖板之间设有改善前腔内流动特性的前叶片。叶轮出口的流体经由前腔与蜗壳进口交界处进入至前叶片内，该部分流体的涡流强度由于前叶片的作用而减弱，能量损失减小，效率增大，且因前叶片使流体通过其后能量降低而与叶轮进口低能量流体混合产生的扰动减弱，改善了叶轮入流条件。
Description
技术领域
本发明专利涉及流体机械领域，特指一种离心泵，通过在前泵盖与叶轮前盖板之间增设前叶片从而改善腔体内流体流动特性。
背景技术
泵广泛用于农业、化工、航天、航海、食品加工以及电力等领域，则泵的性能的提高是具有重要的社会价值的；泵内叶轮、蜗壳等过流部件的流动特性是人们广为关注的重点，而其泵体与叶轮之间的腔体内的流动特性则关注有限，尤其前腔与叶轮进口、出口相通，直接影响着叶轮的工作条件，通过其泄漏的流体不仅会产生容积损失，更会因与进口流体混合而产生能量损失，因此改善前腔内的流动特性具有非常重大的社会意义。
传统的设计过程中并不涉及到前腔内的流动，使得流体从叶轮出口高压侧流向前腔，经由口环而到叶轮进口低压侧，由于前期内与叶轮前盖板接触的流体会因前盖板的旋转而产生离心力，而与前泵盖接触的流体因其静止而受到叶轮进出口的压力梯度的影响，所以前腔内部会产生轴向和纵向的旋涡，这会将流体流动激励的力传递到叶轮上，使叶轮受力增大，受力同时沿着周向分布不均匀，从而增加了轴功，使叶轮受到周期性不均布的径向力和轴向力。
潘中永等学者为研究泄漏流对离心泵转子振动特性的影响，以及计算由于离心泵前腔泄漏流作用在盖板上的不对称压力形成的涡动力，建立了离心泵前腔泄漏流模型，提出了一种研究离心泵前腔泄漏流诱导产生涡动力的数值计算方法；王秀勇等人提出，泵腔内的流场分布具有非轴对称性, 其流场结构比由转子-定子组成的封闭壳体内的流场结构复杂得多, 但二者的速度场沿轴向的变化规律相似；司乔瑞等人经研究发现，空化造成泵腔内压力脉动的幅值增大，由于前口环的存在，其前泵腔内的压力脉动幅值大于后泵腔;空化的加剧造成泵腔内宽频脉动的增加，以轴频最为明显。
综上所述，目前的研究并未涉及到改善前腔内部的流动特性，本发明提出了在泵前腔内增加前叶片的方式来改善其内部的流动特性，对传统的设计进行了填补，是一种新的关于泵前腔的设计方式。
发明内容
为改善泵前盖与叶轮前盖板之间腔体内流体流动特性，并降低能量损失提高效率，本发明超越传统设计，将叶片放置于前腔中，提出了一种以环列叶片改善前腔内流动特性的前叶片。
一种离心泵，包括前泵盖和叶轮前盖板，其特征在于：在前泵盖和叶轮前盖板之间设有改善前腔内流动特性的前叶片。
进一步地，前叶片固定在前泵盖的内壁。
进一步地，前叶片以环列的形式固定在前泵盖的内壁。
进一步地，前叶片个数为Z, 推荐叶片个数Z为10~14片；前叶片的叶缘与叶轮前盖板之间的距离为τ，τ的取值与前腔的轴向宽度b有关，推荐τ=（0.1~0.2）×b；每相邻两前叶片之间的角度为φ，为360°/Z；前叶片进口直径为Db1，出口直径为Db2，Db1=（0.95~1）×D2，D2为叶轮出口直径，Db2=（1.1~1.3）×Ds，Ds为叶轮进口直径；前叶片的长度为λ，为λ=（Db1-Db2）/2；前叶片的厚度为δ，δ=（0.8~1.2）×σ，σ为叶轮叶片出口圆周厚度。
本发明的优点是: 叶轮出口的流体经由前腔与蜗壳进口交界处进入至前叶片内，而使得该部分流体的涡流强度由于前叶片的作用而减弱,从而使能量损失减小，使效率增大。并且因前叶片使流体通过其后能量降低，而与叶轮进口处的低能量流体混合而产生的扰动减弱，改善了叶轮入流条件和叶轮的工作条件。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的装配图的子午截面示意图。
其中，1——前泵盖；
2——前盖板。
图2是本发明的蜗壳轴截面示意图，视图是由泵后盖向进口观察。
具体实施方式
本发明以离心泵为例，在蜗壳前泵盖内侧设置12片环列叶片，如图2所示。每相邻两个前叶片之间的角度φ由叶片个数Z决定，为360°/Z，本例中Z为12片，则φ=30°；前叶片的进口直径Db1根据公式Db1=（0.95~1）×D2，由叶轮外径D2决定，本例中D2=240 mm，Db1=228mm，前叶片的出口直径Db2由Db2=（1.1~1.3）×Ds决定，Ds为叶轮进口直径，本例中Db2=140mm。如图1所示，前叶片出口直径位于口环上方，前腔子午截面快速收缩段；前叶片的长度λ=（Db1-Db2）/2，本例中λ=44 mm。前叶片的高度因前腔的几何结构的改变而变化，其叶缘与叶轮前盖板之间的间隙τ取定值，根据公式τ=（0.1~0.2）×b来确定，b为前腔的各个位置处的轴向宽度，本例中τ=1.2 mm；前叶片的厚度δ由叶轮叶片的出口圆周厚度σ决定，其公式为δ=（0.8~1.2）×σ，本例中δ=3.5 mm。
当叶轮运转时，其出口的高能量流体会通过前腔经由口环进入叶轮进口，与叶轮进口的低能量流体混合，对叶轮入流产生扰动，该过程中不仅存在容积损失，还存在水里损失；本发明中，在前腔内部设置的前叶片使得进入前腔的流体的流动受阻，减少前腔内轴向旋涡的产生，抑制流体在前腔内部产生的径向力和轴向力，回收泄漏流体的能量，从而降低泄漏流体的能量，使其与叶轮进口处的低能量流体混合时产生的扰动减弱，损失降低。
本例通过三维造型软件进行造型，并通过ICEM进行六面体结构网格划分，再经CFD平台进行数值模拟，采用基于k-epsilon的RNG湍流模型，SIMPLE算法；得到结果：相比传统设计的离心泵，具有本发明内容中涉及到的前叶片的离心泵其最高效率点提升了1.5%，且在叶轮的进、出口部位的压力脉动幅值降低了10%，故本发明在提高离心泵效率，改善离心泵运行性能方面具有良好的效果。
Claims (3)
1.一种离心泵，包括前泵盖和叶轮前盖板，其特征在于：在前泵盖和叶轮前盖板之间设有改善前腔内流动特性的前叶片；叶轮出口的流体经由前腔与蜗壳进口交界处进入至前叶片内，而使得前腔内流体的涡流强度由于前叶片的作用而减弱，从而使能量损失减小，使效率增大；并且因前叶片使流体通过其后能量降低，而与叶轮进口处的低能量流体混合而产生的扰动减弱，改善了叶轮入流条件和叶轮的工作条件；前叶片个数为Z,推荐叶片个数Z为10～14片；前叶片的叶缘与叶轮前盖板之间的距离为τ，τ的取值与前腔的轴向宽度b有关，推荐τ＝(0.1～0.2)×b；每相邻两前叶片之间的角度为φ，为360°/Z；前叶片进口直径为Db1，出口直径为Db2，Db1＝(0.95～1)×D2，D2为叶轮出口直径，Db2＝(1.1～1.3)×Ds，Ds为叶轮进口直径；前叶片的长度为λ，为λ＝(Db1-Db2)/2；前叶片的厚度为δ，δ＝(0.8～1.2)×σ，σ为叶轮叶片出口圆周厚度。
2.如权利要求1所述的一种离心泵，其特征在于：前叶片固定在前泵盖的内壁。
3.如权利要求2所述的一种离心泵，其特征在于：前叶片以环列的形式固定在前泵盖的内壁。
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