CN106958534B - 一种提高抗汽蚀性能的轴流泵叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明属于泵设计技术领域，具体地讲涉及一种提高抗汽蚀性能的轴流泵叶轮。本发明包括设置在轮毂上的叶片，所述叶片包括压力面和吸力面，其特征在于：所述叶片的周向外缘设有连接所述压力面和吸力面的顶面，所述顶面呈向远离轮毂一侧凸出的凸面状。本发明通过对叶片顶面进行翼型化的设计，有效地减少了叶片吸力面的空气泡数目、减弱了叶片顶面处的各种漩涡，提高了叶片抗汽蚀性能，提升了泵的工作性能。

Description

一种提高抗汽蚀性能的轴流泵叶轮

技术领域

本发明属于泵设计技术领域，具体地讲涉及一种提高抗汽蚀性能的轴流泵叶轮。

背景技术

随着科技的进步和社会发展的需要，泵已经成为现代使用比较广泛的机械之一，其中轴流泵占了较大的比例，而轴流泵的叶轮及叶片是轴流泵的核心部件，它们的设计直接影响轴流泵的运行性能。传统的轴流泵叶轮的叶片顶面形状类似于矩形形状，当流体流过叶片顶面区域时，在叶片顶面进口处会产生角涡，出口处会产生脱离涡和泄漏涡，使泵的抗汽蚀性能变差，会对叶片吸力面造成加速汽蚀和损坏等不良影响，严重时会引起泵流量、扬程和效率等性能降低，甚至引起断流影响泵的正常运行。

发明内容

根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种提高抗汽蚀性能的轴流泵叶轮，可以有效减弱叶片顶面处的各种漩涡，提高叶片抗汽蚀性能，提升泵的工作性能。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种提高抗汽蚀性能的轴流泵叶轮，包括设置在轮毂上的叶片，所述叶片包括压力面和吸力面，其特征在于：所述叶片的周向外缘设有连接所述压力面和吸力面的顶面，所述顶面呈向远离轮毂一侧凸出的凸面状。

优选的，所述顶面的朝向压力面的一侧以平滑相切的方式与所述压力面相连接；所述顶面和吸力面之间为平滑地过渡顺连。

优选的，构成顶面的各点与所述压力面或吸力面之间的径向间距为顶面相应点处的顶面厚度，设T为顶面的最大厚度，C为顶面与叶轮所在管道的管内壁之间的最短距离，则间隙尺寸比δ可按下式计算：

所述间隙尺寸比δ＝1。

优选的，所述顶面的顶点即顶面与所述轮毂之间的最远点彼此相连形成叶轮外缘线，所述叶轮外缘线上的任一点与所述轮毂的中心轴线之间的距离均相等。

优选的，所述顶面顶点构成的叶轮外缘线沿轮毂的中心轴线方向处于所述顶面的中间位置。

进一步的，处于叶轮外缘线的偏向压力面一侧的顶面的曲率半径小于处于叶轮外缘线的偏向吸力面一侧的顶面的曲率半径。

本发明的有益效果在于：

1)本发明通过对叶片顶面进行翼型化的设计，有效地减少了叶片吸力面的空气泡数目、减弱了叶片顶面处的各种漩涡，提高了叶片抗汽蚀性能，提升了泵的工作性能。

2)本发明当顶面顶点构成的叶轮外缘线沿轮毂的中心轴线方向处于所述顶面的中间位置时，泵的抗汽蚀性能达到最佳。

附图说明

图1为本发明正面结构示意图。

图2为本发明俯视结构示意图。

图3为本发明局部剖视结构示意图。

图4为本发明中的尖峰型、均匀型、S型与现有技术中的基础型四种翼型化叶片顶面示意图。

图5为本发明间隙尺寸比δ的计算公式中T和C的示意图。

图6、图7、图8为本发明间隙尺寸比δ分别为0.5、0.75、1时，尖峰型、均匀型、S型、基础型等四种翼型化叶片临界汽蚀余量特性曲线图。

附图标记：

10-叶片 11-压力面 12-吸力面 13-顶面 131-叶轮外缘线

20-轮毂

30-管道

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

如图1、图2所示，一种提高抗汽蚀性能的轴流泵叶轮，包括设置在轮毂20上的叶片10，所述叶片10包括压力面11和吸力面12，所述叶片的周向外缘设有连接所述压力面11和吸力面12的顶面13。

如图3、图4、图5所示，所述顶面13呈向远离轮毂20一侧凸出的凸面状。事实上，图4中的D部分所示叶片的基础型顶面即为常规的叶片设计结构，由此可看出，传统的轴流泵叶轮的叶片顶面13较为平直。而本发明中的叶片顶面13在传统的基础型顶面上做了改进，这种改进即将基础型顶面的靠近压力面的一侧和靠近吸力面的一侧均设置为向叶轮轮毂的方向弯曲，从而形成了如图4中的A、B、C中所示的呈凸面状的顶面13，即本发明中顶面13上的各点与管道30管内壁之间的距离从压力面11一侧向吸力面一侧逐渐缩小又逐渐扩大。

如图5所示，所述顶面13的朝向压力面11的一侧以平滑相切的方式与所述压力面11相连接，即顶面13的上部与压力面11相切；所述顶面13和吸力面12之间为平滑地过渡顺连。

如图2所示，所述顶面13的顶点即顶面13与所述轮毂20之间的最远点彼此相连形成叶轮外缘线131，所述叶轮外缘线131上的任一点与所述轮毂20的中心轴线之间的距离R均相等。

如图5所示，构成顶面13的各点与所述压力面11或吸力面12之间的径向间距为顶面相应点处的顶面厚度，设T为顶面13的最大厚度，C为顶面13与叶轮所在管道30的管内壁之间的最短距离，则间隙尺寸比δ可按下式计算：

，本发明中所述间隙尺寸比δ＝1。

如图4所示，图4中的A、B、C分别展示了三种类型的叶片顶面13，其中A部分代表着顶面13的顶点偏向压力面11一侧的形似尖峰一类翼型，B部分代表着顶面13的顶点处于压力面11和吸力面12之间的中间位置的形似抛物线一类翼型，C部分代表着顶面13的顶点偏向压力面11一侧且顶面截面轮廓形似S形状的一类翼型，图4中的A、B、C三种叶片顶面13形状方案分别记为尖峰型、均匀型以及S型，传统叶片顶面13方案记为基础型。

仿真模拟中取扬程下降3％的空化余量为临界空化点NPSHc,NPSHc值等于泵的汽蚀余量值，由于泵的汽蚀余量不易测量，故用NPSHc来代替测量，NPSHc值越小，泵的抗汽蚀性能越佳。在相同情况下，测试图4中三种翼型的叶片顶面13形状方案相对传统的基础型叶片顶面13的改进效果，测试结果如图6、图7、图8和表1所示。

表1：

间隙尺寸比δ	性能参数	尖峰型(A)	均匀型(B)	S型(C)	基础性(D)
						0.5	NPSHc/m	0.429	0.425	0.428	0.468
0.75	NPSHc/m	0.423	0.422	0.427	0.452
						1	NPSHc/m	0.410	0.407	0.411	0.432

由表1分别得到4种翼型方案的NPSHc，尖峰型和S型在间隙尺寸比δ分别为0.5、0.75、1的情况下分别比基础型方案降低了8.33％、6.41％、5.09％和8.54％、5.53％、4.86％，均匀型在间隙尺寸比分别为0.5、0.75、1的情况下比基础型方案降低了9.19％、6.64％、5.79％，因此，尖峰型、均匀型和S型三种翼型化叶片的顶面13对抗汽蚀性能均有改进效果，其中在小流量下，均匀型翼型叶片顶面13改善效果最明显。

如图4的B部分所示，所述顶面13顶点构成的叶轮外缘线131沿轮毂20的中心轴线方向处于所述顶面13的中间位置。

如图4的A、B、C三部分所示，处于叶轮外缘线131的偏向压力面11一侧的顶面的曲率半径小于处于叶轮外缘线131的偏向吸力面12一侧的顶面的曲率半径。

Claims (3)

1.一种提高抗汽蚀性能的轴流泵叶轮，包括设置在轮毂(20)上的叶片(10)，所述叶片(10)包括压力面(11)和吸力面(12)，其特征在于：所述叶片的周向外缘设有连接所述压力面(11)和吸力面(12)的顶面(13)，所述顶面(13)呈向远离轮毂(20)一侧凸出的凸面状；

所述顶面(13)的顶点即顶面(13)与所述轮毂(20)之间的最远点彼此相连形成叶轮外缘线(131)，所述叶轮外缘线(131)上的任一点与所述轮毂(20)的中心轴线之间的距离均相等；

所述顶面(13)顶点构成的叶轮外缘线(131)沿轮毂(20)的中心轴线方向处于所述顶面(13)的中间位置；

处于叶轮外缘线(131)的偏向压力面(11)一侧的顶面的曲率半径小于处于叶轮外缘线(131)的偏向吸力面(12)一侧的顶面的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的一种提高抗汽蚀性能的轴流泵叶轮，其特征在于：所述顶面(13)的朝向压力面(11)的一侧以平滑相切的方式与所述压力面(11)相连接；所述顶面(13)和吸力面(12)之间为平滑地过渡顺连。

3.根据权利要求1或2所述的一种提高抗汽蚀性能的轴流泵叶轮，其特征在于：构成顶面(13)的各点与所述压力面(11)或吸力面(12)之间的径向间距为顶面相应点处的顶面厚度，设T为顶面(13)的最大厚度，C为顶面(13)与叶轮所在管道(30)的管内壁之间的最短距离，则间隙尺寸比δ可按下式计算：

所述间隙尺寸比δ＝1。

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