CN106089797B - 一种离心泵叶片的尾部修型方法、离心泵叶轮及离心泵 - Google Patents

一种离心泵叶片的尾部修型方法、离心泵叶轮及离心泵 Download PDF

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    • F04D29/669—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for liquid pumps

Abstract

本发明涉及离心泵技术领域，尤其涉及一种离心泵叶片的尾部修型方法、离心泵叶轮及离心泵，包括以下步骤：在叶片的原出口边上取一个A点，使A点距离叶片的压力边的弧作为修型后的出口边；轮盘的圆心与A点连线的延长线作为x轴，A点为切点做叶片的出口圆的切线作为y轴；以A点为起点做与y轴正向呈锐角或直角并沿x轴负向延伸的射线；以轮盘的圆心为圆心，做直径小于叶片的出口圆直径的第一辅助圆，射线与第一辅助圆的第一个交点为B点；直线连接A点与B点，做斜角切割；以轮盘的圆心为圆心，做直径小于第一辅助圆直径的第二辅助圆，叶片的吸力边与第二辅助圆的交点为C点；弧线过渡切割连接B点与C点。

Description

一种离心泵叶片的尾部修型方法、离心泵叶轮及离心泵
技术领域
本发明涉及离心泵技术领域，尤其涉及一种离心泵叶片的尾部修型方法、离心泵叶轮及离心泵。
背景技术
目前离心泵的工作过程实际上就是一个能量传递和转换的过程，它把电动机的高速旋转的机械能转化为水的动能和势能。如今，离心泵广泛应运于国民经济各个部门和航天航空等尖端领域。研究表明，离心泵内非定常叶片流激振动现象是影响水泵可靠性的最主要因素之一。因此提高离心泵稳定性，将在我们生产生活方面带来巨大的经济效益。
在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反，并排成有规则的双列旋涡，我们称之为卡门涡。当卡门旋涡的脱落频率与离心泵叶片的固有频率相近时就会发生共振现象，产生变形和振动。
一般来说离心泵需要在设计工况附近运行，在该工况条件下，水泵运行较为稳定，压力脉动、振动都比较低。但是在实际工程中，由于选型不合理等原因，水泵往往处于偏离设计工况的工作点运行，使得实际流量偏大或者偏小。再则，某些泵站不同季度期间进出水池水位或需水量变幅大，要求水泵在较宽的流量范围内工作，需要通过改变水泵转速的方法来调整水泵扬程和流量。在这种偏工况运行或者变转速运行的状态时，特别是小流量工况下，水泵运行不稳定因素增多，容易发生振动。
在前期的工作中，取如图1所示的离心泵叶轮，对在其轮盘2上的叶片1进行修型，对离心泵的叶片1的尾部进行简单斜向切割，形成如图2所示的叶片尾部。结果表明，发生共振的流量范围变小、吸力边的旋涡脱落点随着流量发生变化，这些因素都有利于提高离心泵运行的稳定性。但是，单纯的斜向切割并不能最大程度的避免由于卡门涡引起的共振问题。采用斜向切割结合圆弧过渡的方法对离心泵叶片尾部进行修型后，实验研究表明，离心泵只在单流量点发生共振，同时吸力边的旋涡脱落点随着流量发生变化，增加了水力阻尼。
根据斯特劳哈尔相似准则：
Sr＝fl/v
卡门旋涡的脱落频率也符合斯特劳哈尔相似准则。修型前后叶片尾部厚度l(文中叶片尾部圆周方向厚度用Su表示)发生改变，速度v不变，在斯特劳哈尔数Sr不变的条件下，频率f一定会发生变化。频率变化后卡门旋涡脱落结构将发生改变。当离心泵运行不稳定时，频率f发生变化，则可以避开共振工况，提高水泵运行稳定性。
修型前后叶片出口边安放角不同，叶片尾部吸力边经过修型后，相对液流角增大，根据欧拉公式：
gHth＝u2cu2-u1cu1
可知，叶片尾部经过修型后，圆周速度u2不变，绝对速度在圆周上的分量cu2变大，修型后离心泵的扬程有所提高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的离心泵叶轮在对叶片的尾部进行修型后，并不能使离心泵最大程度的避免由于卡门旋涡引起的共振的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种离心泵叶片的尾部修型方法，包括以下步骤：
S1，在叶片的原出口边上取一个A点，使A点距离叶片的压力边的弧作为修型后的出口边；
S2，以A点为原点建立坐标系，轮盘的圆心与A点连线的延长线作为x轴，以轮盘的圆心指向A点的方向为x轴正向，A点为切点做叶片的出口圆的切线作为y轴，以轮盘的旋转方向为y轴正向；
S3，以A点为起点做与y轴正向呈锐角或直角并沿x轴负向延伸的射线；
S4，以轮盘的圆心为圆心，做直径小于叶片的出口圆直径的第一辅助圆，射线与第一辅助圆的第一个交点为B点；
S5，直线连接A点与B点，做斜角切割；
S6，以轮盘的圆心为圆心，做直径小于第一辅助圆直径的第二辅助圆，叶片的吸力边与第二辅助圆的交点为C点；
S7，弧线过渡连接B点与C点，做弧线过渡切割。
其中，所述修型后的出口边为所述叶片的原出口边的弧长1/3。
其中，所述射线与y轴正向呈70°角。
其中，所述第一辅助圆的直径为所述叶片的出口圆直径的19/20。
其中，所述第二辅助圆的直径为所述叶片的出口圆直径的9/10。
本发明还提供了一种离心泵叶轮，包括轮盘及多个叶片，所述叶片的一侧与所述轮盘连接，多个所述叶片沿周向均匀分布且所述叶片向所述轮盘的转动方向凸起弯曲设置，所述叶片的吸力边包括由所述轮盘的内侧向外侧依次连接设置的基本段、弧形过渡段和斜角切割段；所述叶片的出口边为所述叶片的出口圆上所述基本段向所述轮盘的外侧延伸后与所述叶片的压力边所夹弧长的1/3；所述斜角切割段的一端与所述叶片的出口边连接，且连接处所在的所述叶片的出口圆上沿所述轮盘的转动方向的切线与所述斜角切割段的夹角为70°角，所述斜角切割段的另一端与所述弧形过渡段的一端连接，且连接处位于圆心为所述轮盘的圆心，直径为所述叶片的出口圆的直径的19/20的圆上；所述弧形过渡段的另一端与所述基本段连接，且连接处位于圆心为所述轮盘的圆心，直径为所述叶片的出口圆的直径的9/10的圆上。
本发明还提供了一种离心泵，包括如上所述的离心泵叶轮。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明离心泵叶片的尾部修型方法定量的对离心泵叶片尾部进行修型，在叶片尾部的原压力边上确定出A点，在原吸力边上确定出B点和C点，对A点至B点采用斜角切割形成直线段，并结合对B点至C点采用圆弧过渡的方法，对叶片的尾部进行光滑的过渡修型，对于离心泵叶片的尾部修型给出了一个具体的操作方法。在共振工况下对离心泵叶片尾部进行修型，改变脱落涡结构，可以有效避开共振工况。其次，对离心泵叶片尾部的吸力边进行切割，可以改变离心泵外特性，可以增大离心泵扬程。当离心泵运行部稳定时，修型可以改变离心泵叶片尾部脱落涡结构，增加水力阻尼，提高水泵运行稳定性。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
图1是现有的离心泵叶轮的结构示意图；
图2是现有的离心泵叶轮的叶片尾部修型后结构示意图；
图3是本发明实施例二中离心泵叶轮的机构示意图；
图4是图3中E的局部放大图。
图中：1：叶片；2：轮盘；3：第一辅助圆；4：第二辅助圆；5：出口圆；11：吸力边；12：压力边；13：出口边；111：基本段；112：弧形过渡段；113：斜角切割段。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
实施例一
本发明实施例一提供的离心泵叶片的尾部修型方法，包括以下步骤：
S1，在叶片的原出口边上取一个A点，使A点距离叶片的压力边的弧作为修型后的出口边；
S2，以A点为原点建立坐标系，轮盘的圆心与A点连线的延长线作为x轴，以轮盘的圆心指向A点的方向为x轴正向，A点为切点做叶片的出口圆的切线作为y轴，以轮盘的旋转方向为y轴正向；
S3，以A点为起点做与y轴正向呈锐角或直角并沿x轴负向延伸的射线；
S4，以轮盘的圆心为圆心，做直径小于叶片的出口圆直径的第一辅助圆，射线与第一辅助圆的第一个交点为B点；
S5，直线连接A点与B点，做斜角切割；
S6，以轮盘的圆心为圆心，做直径小于第一辅助圆直径的第二辅助圆，叶片的吸力边与第二辅助圆的交点为C点；
S7，弧线过渡连接B点与C点，做弧线过渡切割。
本发明离心泵叶片的尾部修型方法定量的对离心泵叶片尾部进行修型，在叶片尾部的原压力边上确定出A点，在原吸力边上确定出B点和C点，对A点至B点采用斜角切割形成直线段，并结合对B点至C点采用圆弧过渡的方法，对叶片的尾部进行光滑的过渡修型，对于离心泵叶片的尾部修型给出了一个具体的操作方法。在共振工况下对离心泵叶片尾部进行修型，改变脱落涡结构，可以有效避开共振工况。其次，对离心泵叶片尾部的吸力边进行切割，可以改变离心泵外特性，可以增大离心泵扬程。当离心泵运行部稳定时，修型可以改变离心泵叶片尾部脱落涡结构，增加水力阻尼，提高水泵运行稳定性。
具体的，修型后的出口边为叶片的原出口边的弧长1/3。其中，射线与y轴正向呈70°角。其中，第一辅助圆的直径为叶片的出口圆直径的19/20。其中，第二辅助圆的直径为叶片的出口圆直径的9/10。
实际应用中，如图3和图4所示，可优选一个圆柱式叶片的离心泵叶轮，叶片1的出口圆5直径D1为1000mm，叶片1的出口边13的弧长，即出口边13圆周方向的厚度Su为30mm，在叶片1的出口边13离压力边12的弧长为1/3Su时，即10mm处取点A；以轮盘2的圆心为圆心做一个直径为19/20D1，即直径D2为950mm的第一辅助圆3，过点A做一条射线，与A点在出口圆5上的切线成α角为70°，射线与第一辅助圆3交点为点B；以轮盘2的圆心为圆心做一个直径为9/10D1，即D3为900mm的第二辅助圆4，第二辅助圆4与叶片1的吸力边11的交点为点C。点A和点B连接成长度为27mm的直线段，做斜角切割；点B和点C圆弧过渡连接，圆弧的半径为106mm，圆弧角度为14°光滑过渡，实现尾部斜角切割结合圆弧过渡修型。
实施例二
如图4所示，本发明还提供了一种利用实施例一的修型方法进行叶片修型后的离心泵叶轮，包括轮盘2及多个叶片1，叶片1的一侧与轮盘2连接，多个叶片1沿周向均匀分布且叶片1向轮盘2的转动方向凸起弯曲设置，叶片1的吸力边11包括由轮盘2的内侧向外侧依次连接设置的基本段111、弧形过渡段112和斜角切割段113；叶片1的出口边13为叶片1的出口圆5上基本段111向轮盘2的外侧延伸后与叶片1的压力边12所夹弧长的1/3；斜角切割段113的一端与叶片1的出口边连接，且连接处所在的叶片1的出口圆5上沿轮盘2的转动方向的切线与斜角切割段113的夹角α为70°角，斜角切割段113的另一端与弧形过渡段112的一端连接，且连接处位于圆心为轮盘2的圆心，直径为叶片1的出口圆5的直径的19/20的圆上；弧形过渡段112的另一端与基本段111连接，且连接处位于圆心为轮盘2的圆心，直径为叶片1的出口圆5的直径的9/10的圆上。
本发明离心泵叶轮对叶片尾部进行了修型，叶片尾部的压力边比原压力边短，即修型前后叶片尾部厚度发生改变，叶轮的轮盘转速不变，在斯特劳哈尔数不变的条件下，频率一定会发生变化。频率变化后卡门旋涡脱落结构将发生改变。当离心泵运行不稳定时，频率发生变化，则采用本发明的离心泵叶轮可以改变脱落涡结构，避开共振工况，增加水力阻尼，提高离心泵运行稳定性。同时，修型前后叶片出口边安放角不同，叶片尾部吸力边经过修型后，原部分吸力边作为基本段，通过修型后形成的弧形过渡段与斜角切割段与压力边连接，使相对液流角增大，以增大离心泵扬程。叶片尾部经过修型后，圆周速度不变，绝对速度在圆周上的分量变大，离心泵叶片尾部的吸力边进行切割，可以改变离心泵外特性，可以增大离心泵扬程。当离心泵运行部稳定时，修型可以改变离心泵叶片尾部脱落涡结构，增加水力阻尼，提高水泵运行稳定性。
本实施例中的离心泵叶轮，如图4所示，叶片1的出口圆5的直径D1为1000mm，叶片1的出口边13的弧长Su'为10mm，斜角切割段113的长度为27mm，弧线过渡段112的圆弧半径为106mm，圆弧角度为14°，将斜角切割段113与基本段111光滑过渡，形成尾部斜角切割结合圆弧过渡修型后的离心泵叶轮。当离心泵运行部稳定时，修型可以改变离心泵叶片尾部脱落涡结构，增加水力阻尼，提高水泵运行稳定性。
实施例三
本发明还提供了一种离心泵，包括上述实施例二中的离心泵叶轮。
本发明离心泵的叶轮能够保证离心泵安全稳定运行，尤其是在多工况，变转速等复杂条件下，离心泵的低压力脉动、低振动运行中，采用的离心泵叶轮改变了叶片尾部漩涡脱落结构和增大水力阻尼，进而提高运行稳定性。
综上所述，本发明离心泵叶片的尾部修型方法、离心泵叶轮及离心泵中，离心泵叶片的尾部修型方法定量的对离心泵叶片尾部进行修型，在叶片尾部的原压力边上确定出A点，在原吸力边上确定出B点和C点，对A点至B点采用斜角切割形成直线段，并结合对B点至C点采用圆弧过渡的方法，对叶片的尾部进行光滑的过渡修型，对于离心泵叶片的尾部修型给出了一个具体的操作方法。在共振工况下对离心泵叶片尾部进行修型，改变脱落涡结构，可以有效避开共振工况。其次，对离心泵叶片尾部的吸力边进行切割，可以改变离心泵外特性，可以增大离心泵扬程。当离心泵运行部稳定时，修型可以改变离心泵叶片尾部脱落涡结构，增加水力阻尼，提高水泵运行稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种离心泵叶片的尾部修型方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，在叶片的原出口边上取一个A点，使A点距离叶片的压力边的弧作为修型后的出口边；
S2，以A点为原点建立坐标系，轮盘的圆心与A点连线的延长线作为x轴，以轮盘的圆心指向A点的方向为x轴正向，A点为切点做叶片的出口圆的切线作为y轴，以轮盘的旋转方向为y轴正向；
S3，以A点为起点做与y轴正向呈锐角或直角并沿x轴负向延伸的射线；
S4，以轮盘的圆心为圆心，做直径小于叶片的出口圆直径的第一辅助圆，射线与第一辅助圆的第一个交点为B点；
S5，直线连接A点与B点，做斜角切割；
S6，以轮盘的圆心为圆心，做直径小于第一辅助圆直径的第二辅助圆，叶片的吸力边与第二辅助圆的交点为C点；
S7，弧线过渡连接B点与C点，做弧线过渡切割。
2.根据权利要求1所述的离心泵叶片的尾部修型方法，其特征在于：所述修型后的出口边为所述叶片的原出口边的弧长1/3。
3.根据权利要求2所述的离心泵叶片的尾部修型方法，其特征在于：所述射线与y轴正向呈70°角。
4.根据权利要求3所述的离心泵叶片的尾部修型方法，其特征在于：所述第一辅助圆的直径为所述叶片的出口圆直径的19/20。
5.根据权利要求4所述的离心泵叶片的尾部修型方法，其特征在于：所述第二辅助圆的直径为所述叶片的出口圆直径的9/10。
6.一种离心泵叶轮，其特征在于：包括轮盘及多个叶片，所述叶片的一侧与所述轮盘连接，多个所述叶片沿周向均匀分布且所述叶片向所述轮盘的转动方向凸起弯曲设置，所述叶片的吸力边包括由所述轮盘的内侧向外侧依次连接设置的基本段、弧形过渡段和斜角切割段；所述叶片的出口边为所述叶片的出口圆上所述基本段向所述轮盘的外侧延伸后与所述叶片的压力边所夹弧长的1/3；所述斜角切割段的一端与所述叶片的出口边连接，且连接处所在的所述叶片的出口圆上沿所述轮盘的转动方向的切线与所述斜角切割段的夹角为70°角，所述斜角切割段的另一端与所述弧形过渡段的一端连接，且连接处位于圆心为所述轮盘的圆心，直径为所述叶片的出口圆的直径的19/20的圆上；所述弧形过渡段的另一端与所述基本段连接，且连接处位于圆心为所述轮盘的圆心，直径为所述叶片的出口圆的直径的9/10的圆上。
7.一种离心泵，其特征在于：包括如权利要求6所述的离心泵叶轮。
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