CN108869386B - 一种改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构，包括叶片、叶轮轮毂、轮缘引流片，所述叶片安装在叶轮轮毂上，所述轮缘引流片安装在叶片轮缘并位于叶片进口边一侧。本发明通过在叶片轮缘处安装轮缘引流片，使得叶片轮缘间隙刮起涡产生的气泡得到有效隔离，而泄漏涡空化产生的气泡溃灭在远离叶片表面的区域，从而改善了叶片轮缘的空蚀破坏，延长了叶轮的使用寿命。通过紧定螺钉将轮缘引流片固定在叶片轮缘处，当轮缘引流片被空蚀破坏后，也可以通过直接更换轮缘引流片的方式，不必拆卸整个叶轮，降低了全寿命周期成本。

Description

一种改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构
技术领域
本发明属于流体机械技术领域，尤其是涉及一种改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构。
背景技术
混流泵是一种性能和结构介于离心泵和轴流泵之间水力机械，具有大流量、高效率、抗汽蚀性能强等优点，在农业排灌、城市供排水、大型水利工程和核电站的循环水系统等领域发挥着重要作用。由于混流泵特殊结构，其叶轮叶片轮缘和转轮室端壁之间存在间隙，叶轮在旋转过程中，由于叶片压力面和吸力面压差较大，间隙处极易产生间隙泄漏流动，而泄漏流和主流卷吸形成间隙泄漏涡。研究发现，在叶片进口轮缘处，轮缘间隙刮起涡和泄漏涡的涡心压力较低，容易产生气泡，气泡跟随主流向后方流道高压区流动，容易在叶片吸力面轮缘附近溃灭，从而在叶片轮缘处、端壁区产生空蚀破坏。发生空蚀损坏后的叶轮，做功能力下降，混流泵的性能和效率急剧降低。因此，减少叶片进口轮缘处气泡的产生或避免气泡溃灭在叶片吸力面轮缘附近，能够减小叶轮叶片表面和端壁区的空蚀破坏，从而延长混流泵叶轮的使用寿命，降低叶轮全寿命周期成本。
经检索，已公开的专利CN207049062U在传统叶片的基础上，在叶片的工作面开射流孔，利用工作面与背面之间的压差推动液体经孔洞冲击向叶片背面，打碎在叶片背面产生的气泡。但该种方法破坏了叶片的整体结构，流体的能量损失也大，对改善叶轮的空蚀破坏能力有限。专利CN105443433A在叶片压力面流线计算步骤中，取叶轮翼型最大截面厚度处到翼型头部距离与该截面上翼型弦长的比值为60％～69％。但该叶轮只是将流动分离点后移，叶片空化发生区域也只是向叶轮后方移动，对泵空化性能的提高不明显。专利CN204610363U在叶片背面距进水边75％弦长处焊接一个宽为3％弦长，高为2％弦长的挡条，但是这破坏了叶轮原始过流面，造成水力损耗，使水力性能下降。因此，有必要设计一种能够改善混流泵叶轮叶片轮缘空蚀的结构。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构，使得混流泵叶片轮缘产生的气泡在溃灭时远离叶轮叶片表面，进而避免叶轮表面产生空蚀破坏。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构，其特征在于，包括叶片、叶轮轮毂、轮缘引流片，所述叶片安装在叶轮轮毂上，所述轮缘引流片安装在叶片轮缘并位于叶片进口边一侧。
进一步地，所述叶片轮缘上设有螺纹孔，所述轮缘引流片上钻有沉头孔，所述叶片轮缘上的所述螺纹孔和轮缘引流片上的所述沉头孔位置一一对应、且数量相一致；所述轮缘引流片采用完全位于所述沉头孔内部的紧定螺钉装在叶片轮缘上的螺纹孔内。
进一步地，所述轮缘引流片为一近似“三角形”板材弯曲而成，所述轮缘引流片的出水侧的型线从叶轮叶片进口边开始逐渐远离叶片的表面；所述轮缘引流片的进水侧的型线和叶片轮缘的型线相一致，所述轮缘引流片的进水侧长度小于叶片轮缘的长度。
进一步地，所述轮缘引流片的厚度小于所述叶片轮缘和管壁的间隙。
进一步地，所述轮缘引流片的最宽处为5～20倍的叶片的厚度。
进一步地，所述轮缘引流片的尖角和所述叶轮叶片进口边的相齐平。
进一步地，所述轮缘引流片的尖角和叶轮叶片进口边均做倒圆角处理。
进一步地，所述轮缘引流片的进水侧和出水侧均做倒圆角处理。
进一步地，所述轮缘引流片的材质为合金钢或橡胶。
本发明所述的改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构的工作原理与使用方法如下：当叶轮高速旋转时，叶片轮缘间隙刮起涡和泄漏涡的涡心低压区易产生气泡。由于在叶片轮缘安装了所述轮缘引流片，刮起涡空化产生的气泡将被所述轮缘引流片与叶片隔离开。同时，轮缘泄漏流因安装了所述轮缘引流片将被引流到远离叶片吸力面轮缘处产生泄漏涡，从而使泄漏涡空化产生的气泡偏离叶片表面，避免了在叶片表面产生空蚀破坏。
本发明所述的一种改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构，通过在叶片轮缘处安装轮缘引流片，使得叶片轮缘间隙刮起涡产生的气泡得到有效隔离，而泄漏涡空化产生的气泡溃灭在远离叶片表面的区域，从而改善了叶片轮缘的空蚀破坏，延长了叶轮的使用寿命。通过紧定螺钉将轮缘引流片固定在叶片轮缘处，当轮缘引流片被空蚀破坏后，也可以通过直接更换轮缘引流片的方式，不必拆卸整个叶轮，降低了全寿命周期成本。
附图说明
图1为本发明所述的改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构的示意图。
图2为所述的叶片放大图。
图3为所述轮缘引流片示意图。
图4为所述轮缘引流片A向的断面图。
图中：
1-叶片，2-叶轮轮毂，3-轮缘引流片，4-沉头孔，5-叶片轮缘，6-叶片进口边，7-螺纹孔，8-轮缘引流片的尖角，9-轮缘引流片的出水侧，10-轮缘引流片的进水侧，11-紧定螺钉。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构，包括叶片1、叶轮轮毂2、轮缘引流片3。所述叶片1安装在叶轮轮毂2上，所述轮缘引流片3安装在叶片轮缘5并位于叶片进口边6一侧。
具体的，所述轮缘引流片3通过紧定螺钉11安装在叶片轮缘5上。所述叶片轮缘5上设有螺纹孔7，用于安装所述轮缘引流片3，所述螺纹孔7的内径小于所处位置处的叶片厚度，如图2所示。所述轮缘引流片3上钻有沉头孔4，用于将所述轮缘引流片3固定在叶片轮缘5处。所述叶片轮缘5上的所述螺纹孔7和轮缘引流片3上的所述沉头孔4位置一一对应，所述螺纹孔7和所述沉头孔4的数量相一致。所述轮缘引流片3采用紧定螺钉11和叶轮叶片轮缘5固定，所述紧定螺钉11完全位于所述沉头孔4内部。
所述轮缘引流片3为一近似“三角形”板材弯曲而成，所述轮缘引流片的进水侧10的型线和叶片轮缘5的型线相一致，所述轮缘引流片的进水侧10长度小于叶片轮缘5的长度。所述轮缘引流片的出水侧9的型线从叶轮叶片进口边6开始逐渐远离叶片1的表面。所述轮缘引流片3的最宽处为5～20倍的叶片厚度。所述轮缘引流片的尖角8和所述叶片进口边6的相齐平，所述轮缘引流片的尖角8和叶轮叶片进水边6均做倒圆角处理，如图3所示。所述轮缘引流片3的厚度小于所述叶片轮缘5和管壁的间隙。所述轮缘引流片3的材质为合金钢或橡胶。所述轮缘引流片的进水侧10和出水侧9均做倒圆角处理，如图4所示。
当叶轮高速旋转时，叶片轮缘5间隙刮起涡和泄漏涡的涡心低压区易产生气泡。由于在叶片轮缘5安装了所述轮缘引流片3，刮起涡空化产生的气泡将被所述轮缘引流片3与叶片隔离开。同时，轮缘泄漏流因安装了所述轮缘引流片3将被引流到远离叶片吸力面轮缘处产生泄漏涡，从而使泄漏涡空化产生的气泡偏离叶片表面，避免了在叶片表面产生空蚀破坏。因此，本发明通过在叶片轮缘处安装轮缘引流片，使得叶片轮缘间隙刮起涡产生的气泡得到有效隔离，而泄漏涡空化产生的气泡溃灭在远离叶片表面的区域，从而改善了叶片轮缘的空蚀破坏，延长了叶轮的使用寿命。通过紧定螺钉将轮缘引流片固定在叶片轮缘处，当轮缘引流片被空蚀破坏后，也可以通过直接更换轮缘引流片的方式，不必拆卸整个叶轮，降低了全寿命周期成本。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构，其特征在于，包括叶片（1）、叶轮轮毂（2）、轮缘引流片（3），所述叶片（1）安装在叶轮轮毂（2）上，所述轮缘引流片（3）安装在叶片轮缘（5）并位于叶轮叶片进口边（6）一侧，所述轮缘引流片（3）为一近似“三角形”板材弯曲而成，所述轮缘引流片的出水侧（9）的型线从叶轮叶片进口边（6）开始逐渐远离叶片（1）的表面；所述轮缘引流片的进水侧（10）的型线和叶片轮缘（5）的型线相一致，所述轮缘引流片的进水侧（10）长度小于叶片轮缘（5）的长度；所述轮缘引流片的尖角（8）和所述叶轮叶片进口边（6）的相齐平。
2.根据权利要求1所述的改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构，其特征在于，所述叶片轮缘（5）上设有螺纹孔（7），所述轮缘引流片（3）上钻有沉头孔（4），所述叶片轮缘（5）上的所述螺纹孔（7）和轮缘引流片（3）上的所述沉头孔（4）位置一一对应、且数量相一致；所述轮缘引流片（3）采用完全位于所述沉头孔（4）内部的紧定螺钉（11）装在叶片轮缘（5）上的螺纹孔（7）内。
3.根据权利要求1所述的改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构，其特征在于，所述轮缘引流片（3）的厚度小于所述叶片轮缘（5）和管壁的间隙。
4.根据权利要求1所述的改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构，其特征在于，所述轮缘引流片（3）的最宽处为5~20倍的叶片（1）的厚度。
5.根据权利要求1所述的改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构，其特征在于， 所述轮缘引流片的尖角（8）和叶轮叶片进口边（6）均做倒圆角处理。
6.根据权利要求1所述的改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构，其特征在于，所述轮缘引流片的进水侧（10）和出水侧（9）均做倒圆角处理。
7.根据权利要求1所述的改善叶片轮缘空蚀的混流泵叶轮结构，其特征在于，所述轮缘引流片（3）的材质为合金钢或橡胶。
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