CN106015097A - 一种基于收缩曲线设计的流场均匀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于收缩曲线设计的流场均匀装置，属于充液管路振动噪声控制领域。该装置包括套管、叶片以及曲线收缩体，曲线收缩体在套管的内部，叶片的叶根与曲线收缩体固定连接，叶尖与套管固定连接。本发明所述的装置基于流道收缩和扩张的曲线设计，实现在轴向上对流体进行整流的目的；采用周向叶片导流切割设计，达到对流体在周向上进行流道划分的作用，最终达到在有限的长度内对紊乱流场进行整流均匀目的；该装置结构紧凑，安装空间需求小，适用于安装在进流状态较差的泵进口端以及阀门下游，用于提高流场的速度及压力均匀度，降低泵及阀门的振动噪声。

Description

一种基于收缩曲线设计的流场均匀装置
技术领域
本发明涉及一种基于收缩曲线且采用叶片进行设计的流场均匀装置，属于充液管路振动噪声控制领域。
背景技术
一般来说大型船舶的机舱等舱室内部空间有限，在泵进口和阀门出口位置等没有足够的空间布置直管段进行整流，且过急的系统管路走向会直接影响水泵等设备进流状况，导致叶轮进口部分流道的进口速度场发生畸变。根据叶轮机械流体进口速度三角形，过小或过大的进口速度角都使得流体在叶轮叶片发生分离，一方面会导致叶轮的整体受力不均匀，进而会导致设备的振动加剧，另一方面会使得泵的轴频及叶频噪声大幅升高。设备长期运行在此进口状态下，会减少设备的使用寿命，另外设备振动加剧产生振动噪声，会通过系统管网及通海口向外辐射噪声，影响舰船的隐身性能。目前针对水泵进口弯头以及阀门出口流场的整流设计集中在导流叶片上，但是导流叶片对加工及安装角度要求较高，效果较差。目前尚未见到一种流场均匀装置能够适用于在水、油等流体介质领域，又能够在较短的长度范围内提高流场均匀性。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于收缩曲线设计的流场均匀装置，该装置基于流道收缩和扩张的曲线设计，实现在轴向上对流体进行整流的目的；采用轴向叶片导流切割设计，达到对流体在周向上进行流道划分的作用，最终达到在有限的长度内对紊乱流场进行整流均匀目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种基于收缩曲线设计的流场均匀装置，所述流场均匀装置包括套管、叶片以及曲线收缩体；
曲线收缩体在套管的内部，曲线收缩体与套管之间通过叶片进行连接，套管的两端分别与外部管路固定连接；叶片的叶根与曲线收缩体固定连接，叶尖与套管固定连接，且叶片在曲线收缩体外表面中部的周向上分布排列。
所述曲线收缩体分为前导流段、前收缩段、后收缩段以及后导流段四部分；前导流段的外形为叶型，后导流段的外形为直线型或叶型，前收缩段的外型线与后收缩段的外型线成轴对称。
所述前收缩段的外型线和后收缩段的外型线优选Witozinsky曲线、Batchelor-Shaw曲线、Pennsylvania曲线、双三次曲线及其优化曲线、五次方曲线、钱学森曲线、萨诺扬曲线。
所述叶片与套管以及曲线收缩体之间采用焊接或一体铸造成型技术进行连接；采用焊接时，需要对焊接后的位置进行打磨处理。
本发明所述的流场均匀装置中，根据外部管路中流体的进流状态以及均匀指标的要求，确定叶片的叶型和周向分布角度以及曲线收缩体结构的设计；叶型的径向积叠规律不限制于直线。
有益效果：
(1)本发明所述的流场均匀装置基于流道收缩及扩张的曲线设计，实现轴向上对流体进行整流的目的。在所述均匀装置轴向上采用曲线收缩体，将其沿轴向划分成先收缩后扩张的流道，流体通过曲线收缩体与套管形成的流道时，流体首先通过叶型前导流体，然后进入曲线收缩体形成的流道加速，流体在加速过程中，先前形成的涡系会加速湮灭，再通过流道渐扩的流道，流体完成减速增压的过程，从而完成流体的轴向整流。流体通过先加速再减速设计，进口流体中的涡系结构能够较快的湮灭，形成较为均匀的流场，且流道的阻力损失维持在较低的水平。
(2)本发明所述的流场均匀装置采用周向叶片导流切割设计，达到对流体在周向上进行流道划分的作用。在所述流场均匀装置的周向布置叶片，一方面对曲线收缩体起支撑固定的作用，另一方面将流道的周向划分为了不同的区域。一般说来，圆柱型流道的中心区域流速较快，易于涡系结构的耗散，而靠近边缘的部分由于流速较小的原因，涡系结构耗散所需的长度较大。通过叶片对流道周向的划分，可以加速破坏进口涡系的大结构，且可以根据实际安装位置，将叶片对准最大涡系来流位置。通过上述结构的设计，一方面可以抑制速度场在周向上的发展，另一方面可以将较大结构的涡系打散。
(3)本发明所述的流场均匀装置结构紧凑，安装空间需求小；适用于安装在进流状态较差的泵进口端以及阀门下游，用于提高流场的速度及压力均匀度，降低泵及阀门的振动噪声；全金属结构，可耐海水腐蚀，环境适应性强。
附图说明
图1为实施例中所述的流场均匀装置的结构示意图。
图2为实施例中所述的流场均匀装置的剖视图。
图3为实施例中所述的曲线收缩体的结构示意图。
其中，1-套管，2-叶片，3-曲线收缩体，3-1-前导流段，3-2-前收缩段，3-3后收缩段，3-4-后导流段。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种基于收缩曲线设计的流场均匀装置，所述流场均匀装置包括套管1、叶片2以及曲线收缩体3；
所述叶片2设计成对称等厚度的NACA叶型；所述曲线收缩体3分为前导流段3-1、前收缩段3-2、后收缩段3-3以及后导流段3-4四部分；前导流段3-1的外形为叶型，后导流段3-4的外形为直线型；套管1、叶片2以及曲线收缩体3的材质为不锈钢；前收缩段3-2的外型线与后收缩段3-3的外型线成轴对称且为优化的双三次曲线；
曲线收缩体3在套管1的内部，曲线收缩体3与套管1之间通过叶片2进行连接，套管1的两端通过法兰分别与外部管路固定连接；叶片2的叶根与曲线收缩体3的外表面焊接，叶尖与套管1的内表面焊接，六个叶片2在曲线收缩体3外表面中部的的周向上等间距分布排列；焊接完成后，将焊接的部位打磨平整。
工作原理：本实施例所述的流场均匀装置工作时，外部管路中的流体首先通过曲线收缩体3减速增压，然后通过叶片2切割打破原有涡系结构且割裂为更小尺度的涡，最后再通过曲线收缩体3增速减压，最终达到均匀流场的目的。
采用本实施所述的流场均匀装置进行整流时，根据外部管路中流体的具体进流状态以及均匀指标要求，调整叶片2的叶型、积叠规律、在曲线收缩体3周向上的分布角度及安装位置、确定曲线收缩体3的结构。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于收缩曲线设计的流场均匀装置，其特征在于：所述流场均匀装置包括套管(1)、叶片(2)以及曲线收缩体(3)；
曲线收缩体(3)在套管(1)的内部，曲线收缩体(3)与套管(1)之间通过叶片(3)进行连接，套管(1)的两端分别与外部管路固定连接；叶片(2)的叶根与曲线收缩体(3)固定连接，叶尖与套管(1)固定连接，且叶片(2)在曲线收缩体(3)外表面中部的周向上分布排列。
2.根据权利要求1所述的一种基于收缩曲线设计的流场均匀装置，其特征在于：所述曲线收缩体(3)分为前导流段(3-1)、前收缩段(3-2)、后收缩段(3-3)以及后导流段(3-4)四部分；前导流段(3-1)的外形为叶型，后导流段(3-4)的外形为直线型或叶型，前收缩段(3-2)的外型线与后收缩段(3-3)的外型线成轴对称。
3.根据权利要求2所述的一种基于收缩曲线设计的流场均匀装置，其特征在于：前收缩段(3-2)的外型线和后收缩段(3-3)的外型线为Witozinsky曲线、Batchelor-Shaw曲线、Pennsylvania曲线、双三次曲线及其优化曲线、五次方曲线、钱学森曲线或萨诺扬曲线。
4.根据权利要求1所述的一种基于收缩曲线设计的流场均匀装置，其特征在于：所述叶片(2)与套管(1)以及曲线收缩体(3)之间采用焊接或一体铸造成型技术进行连接；采用焊接时，需要对焊接后的位置进行打磨处理。
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