CN109281866B - 水环式自吸泵的仿生叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水环式自吸泵的仿生叶片，其特征在于，所述的水环式自吸泵的仿生叶片包含一进口段、一中间段和一出口段，所述的进口段上设有若干鱼鳞减阻沟槽，所述的中间段上设有若干凹坑减阻沟槽，所述的出口段上设有若干锯齿减阻沟槽。本发明针对叶片不同位置的流场属性特点分别采用三种仿生结构的减阻段，减阻段呈三段布置于叶片进口边、中间段以及出口边，形成整个叶片的减阻段，可以充分利用不同减阻段的减阻效率，最大幅度地降低叶片表面阻力及叶片表面阻力带来的水力损失，从而提高水环式自吸泵的运行效率。

Description

水环式自吸泵的仿生叶片
技术领域
本发明属于水泵技术领域，特别指涉及一种水环式自吸泵的仿生叶片。
背景技术
随着水泵技术和仿生技术的逐渐发展，学科交叉在各个设计领域占据了越来越重要的地位，仿生技术作为一种较为成熟的技术，在减阻降噪方面表现出了较好的功能，国内外众多学者对仿生技术在叶片泵上的应用也进行了研究，同样证明了仿生技术在叶片泵上减阻方面上具有一定的功效和可行性。
目前在仿生叶片设计方面的应用多是如中国专利文献记载的一种低噪声轴流风机复合仿生翼型叶片【申请号：201710455803.X；公布号：CN107023515A】及风力机叶片尾缘及叶尖增升降噪的柔性仿生羽毛带【申请号：CN201510585444.0；公布号：CN105089925A】，上述设计均为对风机叶片的仿生设计，没有涉及到水环式自吸泵领域。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，从而提供一种水环式自吸泵的仿生叶片。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
本发明公开了一种水环式自吸泵的仿生叶片，其特征在于，所述的水环式自吸泵的仿生叶片包含一进口段、一中间段和一出口段，所述的进口段上设有若干鱼鳞减阻沟槽，所述的中间段上设有若干凹坑减阻沟槽，所述的出口段上设有若干锯齿减阻沟槽。
作为优选的实施例，
所述的仿生叶片的叶片数Z＝4～6，
所述的仿生叶片的叶片进口安放角β1＝8～20°，
所述的仿生叶片的叶片出口安放角β2＝18～35°，
所述的仿生叶片的叶片最大厚度δmax＝3.6～4.3mm，
所述的仿生叶片的进口段厚度δ1＝1.5～3.0mm，
所述的仿生叶片的出口段厚度δ2＝3.6～4.3mm，
所述的仿生叶片的出口段为斜边，
所述的仿生叶片的前盖板包角φ1＝82～112°，
所述的仿生叶片的的中间流线包角φ2＝85～115°，
所述的仿生叶片的后盖板包角φ3＝87～117°。
作为优选的实施例，
所述的出口段的外曲边型线采用近似余弦曲线，其方程为h1＝Acos2πx/λ1，其中幅值A＝0.01～0.02D2，波长λ1＝0.05～0.06D2，h1为所述的进口段的曲线高度，x为所述的进口段的中点到其靠近一侧的进口段的边缘的距离，x＝0～0.5D2，D2为叶轮出口直径。
作为优选的实施例，
所述的凹坑减阻沟槽在平面上的投影为圆形，且
所述的凹坑减阻沟槽的凹坑直径D3＝0.1～0.3δ1，
凹坑深度h2＝0.01～0.06δ1，
凹坑最深点与圆心距离L＝0.125～0.25D3，
所述的锯齿减阻沟槽的锯齿结构的齿宽λ2＝0.1～0.3b2、齿高h3＝0.5～1.25λ2，其中，b2为叶片出口宽度。
作为优选的实施例，
所述的凹坑减阻沟槽沿所述的仿生叶片的叶片长度方向将所述的仿生叶片n等分，所述的凹坑减阻沟槽沿所述的仿生叶片的叶片宽度方向将叶片k等分，其中n＝0.3～0.6D2/δ1，k＝0.8～1.6b2/δ1，所述的锯齿减阻沟槽呈锯齿状，且所述的锯齿减阻沟槽将所述的出口段m等分，所述的锯齿减阻沟槽的锯齿的倾斜角度β3＝45～75°，其中m＝b2/λ2。
本发明的水环式自吸泵的仿生叶片具有以下优点：本发明针对叶片不同位置的流场属性特点分别采用三种仿生结构的减阻段，减阻段呈三段布置于叶片进口边、中间段以及出口边，形成整个叶片的减阻段，可以充分利用不同减阻段的减阻效率，最大幅度地降低叶片表面阻力及叶片表面阻力带来的水力损失，从而提高水环式自吸泵的运行效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种水环式自吸泵的仿生叶片结构示意图；
图2为本发明实施例与普通光滑表面叶片的水环式自吸泵外特性对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，该水环式自吸泵的仿生叶片包含一进口段a、一中间段b和一出口段c，该进口段a上设有若干鱼鳞减阻沟槽1，该中间段b上设有若干凹坑减阻沟槽2，该出口段c上设有若干锯齿减阻沟槽3。
下面是具体的实施例：
一台比转速为50的水环式自吸泵，其设计参数为：设计流量Qd＝30m3/h，扬程H＝50m，转速n＝2950r/min。叶轮出口直径D2＝195mm，叶片出口宽度b2＝8.5mm。
水环式自吸泵叶轮的叶片数Z＝6，叶片进口安放角β1＝18°，叶片出口安放角β2＝30°，叶片最大厚度δmax＝4.1mm，叶片的进口段厚度δ1＝2.7mm，叶片的出口段厚度δ2＝4.1mm，叶片的出口段c为斜边，叶片的前盖板包角φ1＝92°，叶片的中间流线包角φ2＝95°，叶片的后盖板包角φ3＝97°。
根据计算，进口段a的仿生鱼鳞结构的外曲边型线采用近似余弦曲线，其方程为
h1＝Acos2πx/λ1
＝0.018D2cos2πx/(0.058D2)
＝0.018×195cos2πx/(0.058×195)
＝3.51cos2πx/11.3
＝3.51cos0.177πx。
另外，中间段的凹坑微流动表面减阻段上的凹坑在平面上的投影为圆形，
凹坑直径D3＝0.1～0.3δ1，取D3＝0.185δ1＝0.185×2.7＝0.5mm，
凹坑深度h2＝0.01～0.06δ1，取h2＝0.04δ1＝0.04×2.7＝0.108mm，
凹坑最深点与圆心距离L＝0.125～0.25D3，取L＝0.22D3＝0.22×
0.5＝0.11mm。
另外，出口段c的锯齿结构的齿宽λ2＝0.1～0.3b2，取λ2＝0.25b2＝0.25×8.5＝2.125mm；
齿高h3＝0.5～1.25λ2，取h3＝1.18λ2＝1.18×2.125＝2.507mm。
另外，该凹坑减阻沟槽2沿叶片长度方向将叶片n＝0.3～0.6D2/δ1，取n＝0.388D2/δ1＝0.388×195/2.7＝28等分，沿叶片宽度方向将叶片k＝0.8～1.6b2/δ1，取k＝1.27b2/δ1＝1.27×8.5/2.7＝4等分，
该锯齿减阻沟槽3为仿生鸮类尾缘锯齿结构，沿叶片出口段c分布，将出口段m＝b2/λ2＝8.5/2.125＝4等分，锯齿的倾斜角度β3＝67°。
为了验证水环式自吸泵的仿生叶片的有效性，分别对普通水环式自吸泵的叶片和本发明专利设计的仿生叶片进行CFD数值计算，外特性计算结果如图2所示。从图中可以看出，本发明专利设计的水环式自吸泵效率和扬程均略高于采用普通光滑表面叶片的水环式自吸泵。
本发明针对叶片不同位置的流场属性特点分别采用三种仿生结构的减阻段，减阻段呈三段布置于叶片进口边、中间段以及出口边，形成整个叶片的减阻段，可以充分利用不同减阻段的减阻效率，最大幅度地降低叶片表面阻力及叶片表面阻力带来的水力损失，从而提高水环式自吸泵的运行效率。
不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种水环式自吸泵的仿生叶片，其特征在于，所述的水环式自吸泵的仿生叶片包含一进口段（a）、一中间段（b）和一出口段（c），所述的进口段（a）上设有若干鱼鳞减阻沟槽（1），所述的中间段（b）上设有若干凹坑减阻沟槽（2），所述的出口段（c）上设有若干锯齿减阻沟槽（3），
所述的仿生叶片的叶片数Z=4~6，
所述的仿生叶片的叶片进口安放角β 1=8~20°，
所述的仿生叶片的叶片出口安放角β 2=18~35°，
所述的仿生叶片的叶片最大厚度δ max=3.6~4.3mm，
所述的仿生叶片的进口段厚度δ 1=1.5~3.0mm，
所述的仿生叶片的出口段厚度δ 2=3.6~4.3mm，
所述的仿生叶片的出口段（c）为斜边，
所述的仿生叶片的前盖板包角φ 1=82~112°，
所述的仿生叶片的中间流线包角φ 2=85~115°，
所述的仿生叶片的后盖板包角φ 3=87~117°，
所述的出口段（c）的外曲边型线采用近似余弦曲线，其方程为h 1=Acos2πx/λ 1，其中幅值A=0.01~0.02D 2，波长λ 1=0.05~0.06D 2，h 1为所述的进口段（a）的曲线高度，x为所述的进口段（a）的中点到其靠近一侧的进口段（a）的边缘的距离，x=0~0.5D 2，D 2为叶轮出口直径，
所述的凹坑减阻沟槽（2）在平面上的投影为圆形，且
所述的凹坑减阻沟槽（2）的凹坑直径D 3=0.1~0.3δ 1，
凹坑深度h 2=0.01~0.06δ 1，
凹坑最深点与圆心距离L=0.125~0.25D 3，
所述的锯齿减阻沟槽（3）的锯齿结构的齿宽λ 2=0.1~0.3b 2、齿高h 3=0.5~1.25λ 2，其中，b 2为叶片出口宽度，
所述的凹坑减阻沟槽（2）沿所述的仿生叶片的叶片长度方向将所述的仿生叶片n等分，所述的凹坑减阻沟槽（2）沿所述的仿生叶片的叶片宽度方向将叶片k等分，其中n=0.3~0.6D 2/δ 1，k=0.8~1.6b 2/δ 1，所述的锯齿减阻沟槽（3）呈锯齿状，且所述的锯齿减阻沟槽（3）将所述的出口段（c）m等分，所述的锯齿减阻沟槽（3）的锯齿的倾斜角度β 3=45~67°，其中m=b 2/λ2，
所述的锯齿减阻沟槽（3）为仿生鸮类尾缘锯齿结构，所述的水环式自吸泵的仿生叶片针对叶片不同位置的流场属性特点分别采用三种仿生结构的减阻段，减阻段呈三段布置于叶片进口边、中间段以及出口边，形成整个叶片的减阻段，利用不同减阻段的减阻效率，降低叶片表面阻力及叶片表面阻力带来的水力损失，从而提高所述的水环式自吸泵的运行效率。
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