CN108626165A - 一种离心泵半开式叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种离心泵半开式叶轮，其包括半开式叶轮和导流板，且两者一体成型，半开式叶轮包括多个弯曲的叶片，叶片包括叶片工作面和叶片背面，每个叶片的叶顶处附有导流板，导流板呈近似月牙形，其外周轮廓由导流板起始曲端面、导流板尾曲端面和导流板第二曲端面围成，导流板起始曲端面位于两个叶片之间且靠近其中一个叶片的叶片工作面，且导流板起始曲端面为曲率叶片工作面的曲率相等的圆弧面，且平行于叶片工作面，导流板尾曲端面为和叶轮后盖板的圆周面曲率相等的圆弧面，导流板沿圆周方向的宽度随着流体流出叶轮的方向逐渐变宽，导流板尾曲端面处最宽。本发明的叶轮可有效地改善流动状态，增加叶轮的效力，提高离心泵的能量利用率。
Description
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半开式叶轮。
背景技术
离心泵作为石油化工、冶金以及电力行业的主要耗功设备，广泛应用于国民经济中的各个领域。随着节能减排的要求越来越高，离心泵也在不断地向高性能、低耗能的方向发展。
叶轮作为离心泵的核心部件，主要有闭式叶轮、半开式叶轮和开式叶轮三种基本结构形式。半开式叶轮没有前盖板，进水侧敞开，常用于输送易于沉淀或含固体悬浮物的液体。理论上，半开式叶轮没有前盖板减少了圆盘损失。但由于叶轮侧面与泵体间的间隙很大，有一部分流体从叶轮出口倒流回进口，泄漏损失也很大，并往往伴随着流动分离、射流-尾迹及跨叶片流动等复杂流动，所以效率也不高。
在叶轮内，流体的实际流动可以近似认为是其自身的轴向旋涡运动和流经不动叶轮的贯流运动的合成运动，这种合成运动使得流体从叶片工作面到叶片背面的相对速度逐渐增大。当叶轮内流体进口速度增加或者压力升高时，会被分流流线明显划分出低能区和高能区。在叶片工作面上的边界层流动是不稳定的，且有沿着叶轮后盖板向前盖板流动的趋势，会出现一个被分离的低能区域造成尾流以及主流也就是工作面上的射流的组合流动状态，就是所说的射流-尾迹结构。它们分别是两个具有不同流动属性的区域，没有明显的分离边界，从叶轮开始旋转就有着复杂的相互掺混的过程，直至流出叶轮进入到其他过流部件，这一过程最终导致了能量的损失。
对于半开式离心叶轮来说，一般都会保留一定的叶顶间隙。流体在叶轮中流动时，由于叶片表面压差的作用，间隙层的流体会形成流动分离、泄漏涡以及跨叶片流动等复杂流动，并且间隙处的泄漏流与主流相互掺混和干扰，影响叶轮性能。在叶片压力面和吸力面之间压差会促使间隙涡形成，在小流量工况下，在叶轮进口处靠近中间位置的叶顶间隙层区域存在回流，产生间隙泄漏涡，流体流动比较紊乱，在叶轮出口附近靠近叶顶间隙层处，且集中在叶片中部至尾缘区域，有大面积回流；在大流量工况下，在叶轮进口处流体流动比较稳定，可在叶轮出口处依然有较大的回流，且由于流量的增大，间隙层内的流速变大，还存在明显的局部高速区。那么双侧压差导致间隙中发生潜流，进而促使发生附加的潜流丧失，使得流动发生阻塞，造成明显的熵增，降低了叶轮的效力，带来不可忽视的能量损失。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种离心泵半开式叶轮，改善半开式叶轮内部流动结构，提高叶轮工作效率。具体技术方案如下：
一种离心泵半开式叶轮，其特征在于，其包括半开式叶轮和导流板，所述半开式叶轮和导流板一体成型，所述的半开式叶轮包括多个弯曲的叶片，所述的叶片包括叶片工作面和叶片背面，每个叶片的叶顶处附有导流板，所述的导流板呈近似月牙形，其外周轮廓由导流板起始曲端面、导流板尾曲端面和导流板第二曲端面围成，所述的导流板起始曲端面位于两个叶片之间且靠近其中一个叶片的叶片工作面，且导流板起始曲端面为曲率叶片工作面的曲率相等的圆弧面，且平行于叶片工作面，所述的导流板尾曲端面为和叶轮后盖板的圆周面曲率相等的圆弧面，所述导流板沿圆周方向的宽度随着流体流出叶轮的方向逐渐变宽，导流板尾曲端面处最宽。
进一步地，所述的导流板尾曲端面上端边和下端边均具有三角齿。
进一步地，所述的导流板第二曲端面与导流板尾曲端面的交接处位于靠近流道出口的中间位置。
进一步地，所述的导流板起始曲端面和导流板第二曲端面的交接处位于叶片的叶顶中部，且交接处向上表面倒角，形成导流板的头部。
进一步地，所述导流板第二曲端面的端边的曲率γ1比所述导流板起始曲端面的端边曲率γ2大。
进一步地，所述导流板第二曲端面的端边曲率γ1和所述导流板起始曲端面的端边曲率γ2满足以下公式：γ2＝K1γ1，其中K1为比例系数，取值为1.35-1.75，γ1和γ2的单位是mm-1。
进一步地，所述的导流板厚度δ和叶片最大厚度δ1满足以下公式：δ＝K2δ1，其中K2为比例系数，取值为0.6-0.9，δ和δ1的单位是mm。
进一步地，所述的导流板起始曲端面超出叶片工作面的距离l与导流板厚度δ满足以下公式：l＝1.2δ，l和δ的单位是mm。
进一步地，所述的叶片的各个面的连接处、导流板的各个面的连接处以及叶片与导流板的连接处均进行倒角或修边处理。
进一步地，所述的半开式叶轮和导流板一体铸造成型。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的离心泵半开式叶轮，为一体成型件，可以有效的模糊离心泵叶轮射流尾迹区域，抑制吸力面的脱流，降低间隙涡的形成，弱化射流尾迹相互掺混和跨叶片流动等复杂的流动状态，降低叶轮背面出口处流体的高流速，同时不影响离心泵输送含纤体杂质流体，使得流体流动更加稳定，减少熵增，增加叶轮的效力，提高叶轮的气动性能，避免了能量的浪费。
附图说明
图1为本发明实施例所述离心泵半开式叶轮结构示意图；
图2为本发明实施例所述离心泵半开式叶轮正视图；
图3为本发明实施例所述离心泵半开式叶轮左视图。
其中：1、半开式叶轮；2、导流板；11、叶片；111、叶片工作面；112、叶片背面；12、后盖板；121、后盖板边缘线；21、导流板头部；22、导流板上端面；23、导流板起始曲端面；231、导流板起始曲端面上端边；232、导流板起始曲端面下端边；24、导流板尾曲端面；241、导流板尾曲端面上端边；242、导流板尾曲端面下端边；243、三角齿；25、导流板第二曲端面；251、导流板第二曲端面上端边；252、导流板第二曲端面下端边。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“前端”、“后端”、“头部”、“根部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连；可以是焊接，也可以是其他方式的连接。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。
如图1-3所示，本实施例提供的离心泵半开式叶轮，包括半开式叶轮1和导流板2，半开式叶轮1和导流板2为一个整体铸件，半开式叶轮1上有四个弯曲的叶片11，每个叶片包括叶片工作面111和叶片背面112，每个叶片叶顶处附有导流板2，导流板2呈近似月牙形，其外周轮廓由导流板起始曲端面23、导流板尾曲端面24和导流板第二曲端面25围成，所述的导流板起始曲端面23位于两个叶片11之间且靠近其中一个叶片11的叶片工作面111，且导流板起始曲端面23为与叶片工作面111的曲率相等的圆弧面，且其平行于叶片工作面111，导流板尾曲端面24为和叶轮后盖板的圆周面曲率相等的圆弧面，所述导流板2沿圆周方向的宽度随着流体流出叶轮的方向逐渐变宽，导流板尾曲端面24处最宽。导流板尾曲端面上、下端边241、242均具有三角齿243。
所述的导流板第二曲端面25与导流板尾曲端面24的交接处位于靠近流道出口的中间位置。所述的导流板起始曲端面23和导流板第二曲端面25的交接处位于叶片的叶顶中部，且交接处向上表面倒角，形成导流板的头部。导流板第二曲端面25的端边的曲率γ1比所述导流板起始曲端面23的端边曲率γ2大，且满足以下公式：γ2＝K1γ1，其中K1为比例系数，取值为1.35-1.75，γ1和γ2的单位是mm-1。导流板2厚度δ和叶片最大厚度δ1满足以下公式：δ＝K2δ1，其中K2为比例系数，取值为0.6-0.9，δ和δ1的单位是mm。
导流板起始曲端面23到固定该导流板的叶片的叶片工作面111的距离为l。导流板起始曲端面23超出叶片工作面111的距离为l与导流板2的最大厚度δ满足以下公式：l＝1.2δ，l和δ的单位是mm。导流板尾曲端面上、下端边241、242具有三角齿243的齿高h＝0.75δ，齿距b＝0.75δ。
由以上所有公式中确定的各项参数γ1、γ2、K1、δ、K2、l、h和b均经过优化设置，其保证了导流板能更有效的降低高速流体流动速度，抑制间隙泄漏涡，提高流体流动稳定性。
导流板头部21位于叶片叶顶的中间位置，与叶片叶顶连接处具有30°坡度，坡度起始位置即坡度与叶片叶顶连接位置进行微圆弧过渡处理，坡度结束位置即坡度与导流板头部21连接位置同样进行微圆弧过渡处理，导流板起始曲端面上、下端边231、232进行圆弧过渡修边处理，导流板尾曲端面24与导流板起始曲端面23和导流板第二曲端面25连接处均有圆弧过渡修边处理，导流板第二曲端端面两个端边251、252同样进行圆弧过渡修边处理。所述导流板下端面与叶片工作面111和背面112连接处，进行圆弧过渡修边处理，且从导流板头部21至导流板根部圆弧沿圆周方向逐渐增大。
综上所述，本实施例的离心泵半开式叶轮，为整体铸造构件，导流板2与叶片11铸造连接，且导流板2与叶片11的每一连接处、导流板起始端面上、下端边231、232和导流板第二曲端面上、下端边251、252都进行了修边处理，由于导流板头部21位于叶片叶顶中部位置，导流板曲尾端面24位于叶片叶顶根部，导流板尾曲端面上、下端边241、242上三角齿243的设计，是考虑到离心泵半开式叶轮1经常会输送一些含纤体杂质的流体，导流板尾曲端面端边上、下端边241、242三角齿可以完成对缠绕在导流板2上的纤体的切割。本发明的叶轮设计能够有效地降低离心泵叶轮叶片背面112低能区流体的高流速，很大程度上了减缓了叶片中部至尾缘区域的大面积回流和绕流，抑制了间隙泄漏涡的产生，也弱化了在大流量工况下叶轮1出口产生的明显的局部高速流动，抑制吸力面的脱流，脱落叶片11尾缘涡结构，模糊离心泵叶轮1射流尾迹区域，抑制吸力面的脱流，降低间隙涡的形成，弱化射流尾迹相互掺混和跨叶片流动等复杂的流动状态，降低叶轮1背面出口处流体的高流速，同时不影响离心泵输送含纤体杂质流体，使得流体流动更加稳定，减少熵增，增加叶轮1的效力，提高叶轮1的气动性能，避免了能量的浪费。这样既可以提高流动稳定性，又不影响离心泵输送含纤体杂质流体。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例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。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种离心泵半开式叶轮，其特征在于，其包括半开式叶轮(1)和导流板(2)，所述半开式叶轮(1)和导流板(2)一体成型。所述的半开式叶轮(1)包括多个弯曲的叶片(11)，所述的叶片包括叶片工作面(111)和叶片背面(112)，每个叶片(11)的叶顶处附有导流板(2)，所述的导流板(2)呈近似月牙形，其外周轮廓由导流板起始曲端面(23)、导流板尾曲端面(24)和导流板第二曲端面(25)围成，所述的导流板起始曲端面(23)位于两个叶片(11)之间且靠近其中一个叶片(11)的叶片工作面(111)，且导流板起始曲端面(23)为曲率叶片工作面(111)的曲率相等的圆弧面，且平行于叶片工作面(111)，所述的导流板尾曲端面(24)为和叶轮后盖板的圆周面曲率相等的圆弧面，所述导流板(2)沿圆周方向的宽度随着流体流出叶轮的方向逐渐变宽，导流板尾曲端面(24)处最宽。
2.根据权利要求1所述的离心泵半开式叶轮，其特征在于，所述的导流板尾曲端面上端边(241)和下端边(242)均具有三角齿(243)。
3.根据权利要求1所述的离心泵半开式叶轮，其特征在于，所述的导流板第二曲端面(25)与导流板尾曲端面(24)的交接处位于靠近流道出口的中间位置。
4.根据权利要求1所述的离心泵半开式叶轮，其特征在于，所述的导流板起始曲端面(23)和导流板第二曲端面(25)的交接处位于叶片的叶顶中部，且交接处向上表面倒角，形成导流板的头部。
5.根据权利要求1所述的离心泵半开式叶轮，其特征在于，所述导流板第二曲端面(25)的端边的曲率γ1比所述导流板起始曲端面(23)的端边曲率γ2大。
6.根据权利要求1所述的离心泵半开式叶轮，其特征在于，所述导流板第二曲端面(25)的端边曲率γ1和所述导流板起始曲端面(23)的端边曲率γ2满足以下公式：γ2＝K1γ1，其中K1为比例系数，取值为1.35-1.75，γ1和γ2的单位是mm-1。
7.根据权利要求1所述的离心泵半开式叶轮，其特征在于，所述的导流板(2)厚度δ和叶片最大厚度δ1满足以下公式：δ＝K2δ1，其中K2为比例系数，取值为0.6-0.9，δ和δ1的单位是mm。
8.根据权利要求1所述的离心泵半开式叶轮，其特征在于，所述的导流板起始曲端面(23)超出叶片工作面(111)的距离l与导流板厚度δ满足以下公式：l＝1.2δ，l和δ的单位是mm。
9.根据权利要求1所述的离心泵半开式叶轮，其特征在于，所述的叶片的各个面的连接处、导流板的各个面的连接处以及叶片与导流板的连接处均进行倒角或修边处理。
10.根据权利要求1所述的离心泵半开式叶轮，其特征在于，所述的半开式叶轮和导流板一体铸造成型。
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