CN106090520A - 一种采用大小叶片设计的流场均匀装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用大小叶片设计的流场均匀装置，属于充液管路流场控制领域。该装置包括套管、大叶片、小叶片以及内衬管，大叶片以及小叶片呈周向排布固定安装在套管和内衬管之间，通过合理的叶片分布及叶型设计，可以使涡系在前后多排叶片上进行切割、打散，让大尺度的涡变成小尺度的涡；靠近流道中心位置的流体从内衬管流过，通过内衬管的较长圆柱流道的整流作用，增强了均流装置的中心位置整流效果，最终达到均匀流场的目的。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口进口端以及阀门下游。

Description

一种采用大小叶片设计的流场均匀装置

技术领域

本发明涉及一种采用大小叶片设计的且安装在管路中流体流动状态较差位置的流场均匀装置，属于充液管路流场控制领域。

背景技术

水泵、水轮机等旋转设备作为典型的叶轮机械，其振动噪声水平不仅仅受到转子动平衡等机械因素的影响，工质进流截面速度场状态也是影响其振动水平的主要因素。优化工质进流状态目的是为了提高进流流体的均匀水平，评价进流状态的参数主要包括进流端面的轴向速度分布、平均轴向速度角、压力分布以及非定常速度脉动等。对叶轮机械而言，不合理的进流速度分布会直接影响叶轮进口速度三角形，导致流体在叶片压力面或吸力面发生分离，进而导致叶轮不同叶片以及不同叶片高度位置的做功与设计值不同，最终会导致叶轮机械的振动噪声水平增加，长期工作在这种状态下降低设备的使用寿命。

另外，大型船舶、舰艇等大型设备的机舱舱室内部空间有限，使得系统管路没有足够空间布置足够长的直管段进行整流，过急的系统管路走向会使工质流动状态发生恶化，进而会导致设备的振动加剧，长期如此会缩短其使用寿命，甚至对舰船的隐身特性构成威胁。阀门的节流作用会导致阀门前后流场压力的突变，阀门节流后的流场一般非常紊乱，压力、轴向速度、速度角等在管路流场截面上均匀度很差，且出口压力非定常脉动剧烈，这样也会引起阀门的较大振动噪声及次生噪声。阀门长期工作在节流状态较恶劣的情况，会加剧阀门的振动状态，其使用寿命也会受到影响。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种采用大小叶片设计的流场均匀装置，该装置通过叶片切割打破原有涡系结构，将大尺度涡割裂为小尺度涡；若大尺度涡恰好处于大叶片通道内，则可以通过下游的小叶片进行涡切割，最终达到均匀流场的目的；该装置能够在进口流场恶化的情况下，在有限的长度内对流场进行整流均匀。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种采用大小叶片设计的流场均匀装置，所述流场均匀装置包括套管、大叶片、小叶片以及内衬管；

内衬管在套管的内部，内衬管与套管之间通过大叶片和小叶片进行连接，套管的两端分别与外部管路固定连接；大叶片的叶根与内衬管固定连接，叶尖与套管固定连接，大叶片位于流体的进口端且在内衬管的周向上分布排列；小叶片的叶根与内衬管固定连接，叶尖与套管固定连接，小叶片位于流体的出口端且在内衬管的周向上分布排列。

所述内衬管的长度L与直径D的比值不小于2。

大叶片和小叶片与套管以及内衬管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。

所述大叶片的截面形状与小叶片的截面形状采用相同的叶型或者不同的叶型；叶型的径向积叠规律不限制于直线，可以是直线也可以是曲线。

优选的，大叶片和小叶片在内衬管周向上的分布排列方式为在内衬管的周向上螺旋式分布或者在内衬管周向的同一高度上分布；大叶片和小叶片在内衬管的周向上采用等间距分布或非等间距分布，且大叶片与小叶片在内衬管周向上的夹角不为零。

另外，大叶片与小叶片在内衬管轴向上的间隔距离、大叶片的排数、小叶片的排数根据不同的进流状态以及均流指标要求进行调整。

有益效果：

(1)本发明所述的流场均匀装置采用叶片分流涡系切割设计。流体从转弯半径较小的弯头流出或通过阀门节流后，在管道截面的流场分布非常不均匀，在管道截面上速度分布有较大的梯度及旋度，会在弯头或阀门后部产生较大的涡系。通过合理的叶片分布及叶型设计，可以使涡系在前后多排叶片上进行切割、打散，让大尺度的涡变成小尺度的涡。

(2)本发明所述的流场均匀装置采用内衬管柱状整流设计。靠近流道中心位置的流体从内衬管流过，通过内衬管的较长圆柱流道的整流作用，尤其是长径比L/D比较大的情况下，对流体的径向上的流动有很好的限制作用，狭长的流道便于形成截面均匀的流场，增强了均流装置的中心位置整流效果。

(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口进口端以及阀门下游，用于提高流场的速度、压力均匀度；材质为金属，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等轴侧剖视图。

图2为实施例中所述的流场均匀装置的剖视图。

图3为实施例中所述的流场均匀装置沿套管内部展开图。

其中，1-套管，2-小叶片，3-大叶片，4-内衬管。

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。

一种采用大小叶片设计的流场均匀装置，所述流场均匀装置包括套管1、大叶片3、小叶片2以及内衬管4，如图1所示；

小叶片2的截面形状和大叶片3的截面形状均采用NACA等厚度叶型；套管1、大叶片3、小叶片2以及内衬管4的材质为不锈钢；

内衬管4在套管1的内部，内衬管4与套管1之间通过大叶片3和小叶片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；大叶片3的叶根与内衬管4的外表面焊接，叶尖与套管1的内表面焊接，六个大叶片3位于流体的进口端且在内衬管4周向的同一高度上等间距分布排列；小叶片2的叶根与内衬管4的外表面焊接，叶尖与套管1的内表面焊接，六个小叶片2位于流体的出口端且在内衬管4周向的同一高度上等间距分布排列，而且大叶片3与小叶片2之间等间距交替排列，如图2、图3所示；在焊接完成后，对焊接部位进行打磨处理，保证叶片的叶型及叶片表面的精度。

工作原理：流体从转弯半径较小的弯头流出或通过阀门节流后，会在弯头或阀门后部产生较大的涡系，大尺度的涡通过流体进口端的大叶片3割裂为小尺度涡；若大尺度的涡恰好处于大叶片3通道内，则通过流体出口端的小叶片2进行割裂；靠近流道中心位置的流体从内衬管4流过，通过内衬管4的较长圆柱流道的整流作用，对流体径向上的流动有很好的限制作用，狭长的流道便于形成截面均匀的流场，增强了均流装置的中心位置整流效果，从而达到均匀流场的目的。

采用本实施例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参数以及均流指标要求，调整大叶片3和小叶片2的叶型、积叠规律、周向分布排列方式以及轴向排数。

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 (6)

1.一种采用大小叶片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)、大叶片(3)、小叶片(2)以及内衬管(4)；

内衬管(4)在套管(1)的内部，内衬管(4)与套管(1)之间通过大叶片(3)和小叶片(2)进行连接，套管(1)的两端分别与外部管路固定连接；大叶片(3)的叶根与内衬管(4)固定连接，叶尖与套管(1)固定连接，大叶片(3)位于流体的进口端且在内衬管(4)的周向上分布排列；小叶片(2)的叶根与内衬管(4)固定连接，叶尖与套管(1)固定连接，小叶片(2)位于流体的出口端且在内衬管(4)的周向上分布排列。

2.根据权利要求1所述的一种采用大小叶片设计的流场均匀装置，其特征在于：所述内衬管(4)的长度L与直径D的比值不小于2。

3.根据权利要求1所述的一种采用大小叶片设计的流场均匀装置，其特征在于：大叶片(3)和小叶片(2)与套管(1)以及内衬管(4)之间采用焊接、或者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。

4.根据权利要求1所述的一种采用大小叶片设计的流场均匀装置，其特征在于：大叶片(3)的截面形状与小叶片(2)的截面形状采用相同的叶型或者不同的叶型。

5.根据权利要求4所述的一种采用大小叶片设计的流场均匀装置，其特征在于：所述叶型的径向积叠规律为直线或曲线。

6.根据权利要求1所述的一种采用大小叶片设计的流场均匀装置，其特征在于：大叶片(3)和小叶片(2)在内衬管(4)周向上的分布排列方式为在内衬管(4)的周向上螺旋式分布或者在内衬管(4)周向的同一高度上分布；大叶片(3)和小叶片(2)在内衬管(4)的周向上采用等间距分布或非等间距分布，且大叶片(3)与小叶片(3)在内衬管(4)周向上的夹角不为零。