CN105604977A - 一种具有开缝式单枚包络状叶片的单流道泵叶轮 - Google Patents

一种具有开缝式单枚包络状叶片的单流道泵叶轮 Download PDF

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张德胜
杨阳
季磊磊
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Abstract

本发明公开了一种具有开缝式单枚包络状叶片的单流道泵叶轮，该叶轮为闭式叶轮，由一枚大包角的叶片包络形成一个流道。通过一次铸造成型或者后期机械加工的方法断开分成两段或多段，两段之间形成缝隙，缝隙宽度为1～2mm，缝隙方向与弦线夹角为5°～25°。液体从叶片压力面经缝隙射入吸力面，将吸力面壁面附近低能流体冲走从而削弱吸力面的流动分离。本发明有益效果是：通过对单流道泵叶轮的叶片开缝，减弱单流道泵叶轮吸力面的流动分离，改善其速度及压力分布，提高其效率及运行稳定性；同时采用单流道型式的叶轮，最大限度地确保泵的通过能力。

Description

一种具有开缝式单枚包络状叶片的单流道泵叶轮
技术领域
本发明涉及一种无堵塞泵叶轮，特别适用于输送含有长纤维和固体颗粒的物料，属于流体机械技术领域，特别涉及一种具有开缝式单枚包络状叶片的单流道泵叶轮。
背景技术
随着科技的进步，泵输送物质日益增多，当泵输送含有纤维状物质及悬浮固体物时，易出现缠绕堵塞现象，影响泵的正常运转甚至导致电机烧毁。普通离心泵叶轮效率较高，但无堵塞性能差，不适合输送含有较多杂质的流体；半开式叶轮效率低，残余轴向力大。为满足输送该类物质的要求，需开发特殊的无堵塞泵。通过减少叶轮叶片数可有效增大流道过流断面面积，提高叶轮的通过能力。因此只有一枚叶片的单流道泵叶轮具有极佳的抗缠绕、防堵塞能力，同时单流道泵扬程曲线陡峭、功率曲线平坦、无过载性能好，特别适用于纺织、造纸、市政工程、河道疏浚、排污等行业，具有广阔的应用前景。由于单流道泵叶轮只有一枚叶片，叶轮对流体控制能力显著减弱，叶轮内二次流、流动分离、射流-尾迹等现象较普通离心泵更为明显，其二次流损失、尾迹损失显著增加；同时叶轮内流动滑移现象也进一步加剧，同样的扬程需要更大的叶轮外径，其圆盘损失也显著增加。因此单流道泵效率比普通离心泵低得多，并且由于叶轮内部流动较为紊乱，泵的压力脉动、振动噪声也较为明显，单流道泵的运行稳定性及可靠性还有待进一步提高。目前国内市场的单流道泵以小型泵为主，还未形成批量化、系列化生产。
发明内容
为提高单流道泵的效率及运行稳定性，本专利发明了一种叶片开缝的单流道泵叶轮，叶轮结构简单，不需添加额外装置即可改善叶轮内的流动情况，兼具效率高与无堵塞性能好的特点。
本发明采用的技术方案：该叶轮采用闭式结构，只有一枚叶片，叶片包角为300°～400°，叶片宽度为普通离心泵的1.2～1.5倍，由该叶片包络形成一个单一流道，最大限度地增加叶轮的过流断面面积，确保叶轮的无堵塞性能。通过一次铸造成型或者后期机械加工的方法断开分成两段或多段，两段之间形成缝隙，缝隙的两个断面为平面以减小加工铸造的难度,缝隙进出口处倒圆角光滑过渡，缝隙宽度为1～2mm，缝隙方向与缝隙处叶片弦线的夹角为5°～25°。利用吸力面、压力面间的压差形成缝隙射流，减弱流道内横向二次流，增加吸力面分离区内低能流体的能量，使该区域低能流体具有更强的抗分离能力，控制或削弱吸力面流动分离，同时也可改变叶片的载荷分布，以改善叶轮内的流动情况，提高泵的效率及运行稳定性。
本发明具有的有益效果是：采用单流道型式，最大限度地确保泵的通过能力，通过对叶片开缝，不需添加额外装置即可改善叶轮内的流动情况，结构简单，运行平稳，兼具效率高与无堵塞性能好的特点。
附图说明
图1是本发明的二维结构图，
其中图(a)为叶轮轴面图，图(b)为叶轮中间截面图，图(c)为叶片开缝处局部放大图。
图2是叶片开缝的单流道泵叶轮三维图。
图3是叶片开缝的单流道泵叶轮叶片三维图。
图1中，1.前盖板，2.叶片，3.后盖板，4.叶轮轮毂，5.叶片进口，6.叶片出口，7.叶片吸力面，8.叶片压力面，θ为叶片包角，δ为缝隙宽度，β为缝隙与弦线夹角，I.缝隙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
图1中，该叶轮采用闭式结构，单流道泵叶轮由前盖板(1)、叶片(2)、后盖板(3)、叶轮轮毂(4)组成，叶轮轮毂(4)通过键与泵轴连接，叶轮由轴带动旋转，主要通过叶片(2)对流体做功，将机械能转换为液体的能量。为提高泵的无堵塞性能，单流道泵只有一枚叶片，通过采用大包角叶片来增强叶轮的做功能力，从叶片进口(5)到叶片出口(6)形成包角θ为300°～400°。由于单流道泵叶轮只有一枚叶片，对叶轮内流体的约束能力明显减弱，泵正常运行时在吸力面(7)易形成漩涡、脱流等现象，降低了泵的效率及运行稳定性。本发明通过一次铸造或者后期机械加工的方法将叶片断开分成两段或多段，两段之间形成缝隙(Ⅰ)，缝隙的两个断面为平面以减小加工铸造的难度,缝隙进出口处倒圆角光滑过渡，即断面角均倒圆角，利用叶片压力面(8)与叶片吸力面(7)之间的压差形成缝隙射流，缝隙宽度δ为1～2mm，缝隙方向与缝隙处叶片弦线的夹角β为5°～25°。压力面(8)附近的高压流体经过缝隙(Ⅰ)加速射入吸力面(7)，冲掉吸力面附近的附面层流体，使其加速，增加吸力面分离区内低能流体的能量，使该区域低能流体具有更强的抗分离能力，控制或削弱吸力面流动分离，同时也可改变叶片的载荷分布，从而提高泵的效率及运行稳定性。

Claims (3)

1.一种具有开缝式单枚包络状叶片的单流道泵叶轮，其特征在于，叶轮为闭式叶轮,由一枚大包角的叶片包络形成一个流道，叶片包角为300°～400°；叶片通过一次铸造成型或者后期机械加工的方法断开分成两段或多段，段与段之间形成缝隙。
2.如权利要求1所述的一种具有开缝式单枚包络状叶片的单流道泵叶轮，其特征在于，形成缝隙的两段叶片的两个断面为平面,缝隙进出口处倒圆角，缝隙宽度为1～2mm，缝隙方向与缝隙处叶片弦线的夹角为5°～25°。
3.如权利要求2所述的一种具有开缝式单枚包络状叶片的单流道泵叶轮，其特征在于叶轮工作时，利用叶片压力面与叶片吸力面之间的压差形成缝隙射流，压力面附近的高压流体经过缝隙加速射入吸力面，冲掉吸力面附近的附面层流体，使其加速缓解或避免吸力面的流动分离。
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