CN109578324B - 一种径向弯叶片离心泵叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种径向弯叶片离心泵叶轮，包括前盖板(1)、后盖板(2)、叶片(3)和轮毂(4)，所述的轮毂(4)连接于泵轴上，所述的叶片(3)均布于轮毂(4)上，所述的叶片(3)为沿其宽度方向由两侧向内凹或外凸的曲面结构，所述的叶片(3)与其宽度方向上并通过泵轴轴线的平面的交线为C形。与现有技术相比，本发明具有效率高、扬程高、噪声低等优点。

Description

一种径向弯叶片离心泵叶轮

技术领域

本发明涉及一种叶轮，尤其是涉及一种径向弯叶片离心泵叶轮。

背景技术

离心泵广泛应用于电厂水循环，市政供水、化工、交通、水利和新能源等工程领域，离心泵叶轮结构呈扩散型，运行过程中会存在流动分离，二次涡等流动现象，这些现象直接影响流道内流场分布并存在能量耗散，最终导致离心泵效率降低。而叶片参数对泵的性能存在密切关系，在离心泵叶轮设计中，叶片周向弯曲是提高泵水力性能的一种有效途径。目前主要有多种设计方法，如“叶片进出口安装角”及“叶片包角”等，但以上方法均没有基于叶片的本质形态结构去改进水力性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种径向弯叶片离心泵叶轮。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种径向弯叶片离心泵叶轮，包括前盖板、后盖板、叶片和轮毂，所述的轮毂连接于泵轴上，所述的叶片均布于轮毂上，所述的叶片为沿其宽度方向由两侧向内凹或外凸的曲面结构，所述的叶片3与其宽度方向上截面的交线为C形。

进一步地，C形交线在前盖板和后盖板所在的平面上的交点分别为P₁和P₃，C形交线的最高点为P₂，C形交线上P₁处的切线与P₁P₃连线间的夹角α₁满足0°﹤α₁﹤50°，C形交线上P₃处的切线与P₁P₃连线间的夹角α₂满足0°﹤α₂﹤50°。

进一步地，所述的夹角α₁等于夹角α₂。

进一步地，P₂点至P₁P₃连线间的距离H与P₁P₃连线长度L间的比值满足0﹤H/L﹤1。

进一步地，所述的叶片为镜像对称结构，其对称中心为多个截面获得的交线中P₂点构成的连线，根据弯曲形式分为“外凸叶片”和“内凹叶片”，其中“外凸叶片”和“内凹叶片”的区别在于向内凹或外凸的方向相反。

进一步地，所述的叶片为后弯式叶片，后弯式叶片通常可获得较高的扬程。

进一步地，所述的C形交线由Bezier曲线拟合生成。

以上技术方案中定义其中壁面弯角α₁与α₂即C形交线上P₁处的切线与P₁P₃连线间的夹角，也即曲线两端点切线与上下盖板壁面法线之间的夹角，壁面弯角的范围为0°-50°，0°-50°的范围内可以满足力学性能的前提下提高水利性能，其中弯度e参数定义为拱高与叶高的比值，即P₂点至P₁P₃连线间的距离H与P₁P₃连线长度L间的比值，e的范围为0-1，即避免拱高超过叶高，造成结构强度不足。

与现有技术相比，本发明采用了对离心泵叶轮径向弯曲的设计，具有以下优点：

1)本发明将传统直叶片离心泵叶轮设计成径向弯叶片离心泵叶轮，得到的叶片为沿其宽度方向由两侧向内凹或外凸的曲面结构，叶片与其宽度方向上并通过泵轴轴线的平面的交线为C形。并根据曲面结构形式分为“内凹叶片”和“外凸叶片”，在具体与流体接触的过程中，叶片表面产生C形沿叶高的流线分布，这种形式的分布有助于增加流体与叶片的作用面积，进而实现提升叶轮工作效率的作用。

2)本发明中的叶片设计有效降低叶片流道内的端部损失，并使叶片表面负荷重组从而提升泵性能。与传统直叶片离心泵叶轮相比，径向弯叶片离心泵叶轮具有效率高、扬程高、噪声低等优点。

3)本发明中的径向弯叶片成型方法将叶片壁面弯角与叶片弯度相关联，且整个叶片径向弯曲对应的C形交线基于Bezier曲线生成并控制。这种成型方法将壁面弯角、叶高及拱高之间合理匹配，可以针对不同离心泵设计出相应最优的弯曲形状。

附图说明

图1为本发明中径向弯叶片离心泵叶轮的整体结构示意图；

图2为本发明中径向弯叶片的结构示意图；

图3为本发明中径向弯叶片的局部放大结构示意图；

图4为本发明的径向弯叶片离心泵与传统直叶片效率性能曲线比较图。

图中：1、前盖板，2、后盖板，3、叶片，4、轮毂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

径向弯叶片离心泵叶轮包括前盖板1、后盖板2、叶片3和轮毂4，所述的轮毂4连接于泵轴上，所述的叶片3均布于轮毂4上，所述的叶片3为沿其宽度方向由两侧向内凹或外凸的曲面结构，所述的叶片3与其宽度方向上截面的交线为C形。

C形交线在前盖板1和后盖板2所在的平面上的交点分别为P₁和P₃，C形交线在前盖板1和后盖板2所在的平面上的交点分别为P₁和P₃，C形交线的最高点为P₂，C形交线上P₁处的切线与P₁P₃连线间的夹角α₁满足0°﹤α₁﹤50°，C形交线上P₃处的切线与P₁P₃连线间的夹角α₂满足0°﹤α₂﹤50°。

叶片3为镜像对称结构，根据弯曲形式分为“外凸叶片”和“内凹叶片”，其中“外凸叶片”和“内凹叶片”的区别在于向内凹或外凸的方向相反。所述的叶片3为后弯式叶片，后弯式叶片通常可获得较高的扬程。所述的叶片3为镜像对称结构，所述的C形交线由Bezier曲线拟合生成。

本实施例中的C形交线具体采用Bezier曲线设计，具体地以二次Bezier曲线为实施例，将P₁、P₂、P₃带入Bezier曲线，曲线由3个控制顶点构成的三角形，具有二阶连续性，其分段表达式为:

由于为二次Bezier曲线，因此分别以i＝0，1，2带入上式，得到分别混合P(0)，P(1)，P(2)的基函数：

J_0,2(t)＝(1-t)²

J_1,2(t)＝2t(1-t)

J_2,2(t)＝t²

根据图3二次Bezier曲线参数示意图，引入控制Bezier曲线的参数分别为：壁面弯角α₁与α₂，和弯度e。其中壁面弯角α₁与α₂即C形交线上P₁处的切线与P₁P₃连线间的夹角，也即曲线两端点切线与上下盖板壁面法线之间的夹角，α₁、α₂大小范围为0°-50°。本实施例仅以上下壁面弯曲角相等的结构为例，即α₁＝α₂＝α。参见图3，其中弯度e参数定义为拱高与叶高的比值，即：

式中H为拱高，L为叶高，即前盖板与后盖板的垂直距离。弯度大小范围为0-1，本发明图2、图3以及后续数据均以弯度e＝0.15为例。

如图4所示，将本发明的径向弯叶片离心泵叶轮应用在某型离心泵产品上，给出三种不同叶片的流量与效率性能曲线。在设计流量Q_d＝2548m³/h处，“外凸叶片”相对于直叶片和“内凹叶片”具有高效率的特点，与直叶片相比效率增加0.6％。

在实际实施过程中，应根据不同离心泵结构参数、运行工况参数，设计计算最优的控制参数以满足最大程度的性能提升。以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神及原则之内，所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种径向弯叶片离心泵叶轮，包括前盖板（1）、后盖板（2）、叶片（3）和轮毂（4），所述的轮毂（4）可连接于泵轴上，所述的叶片（3）均布于轮毂（4）上，其特征在于，所述的叶片（3）为沿其宽度方向由两侧向内凹或外凸的曲面结构，所述的叶片（3）与其宽度方向上截面的交线为C形，叶片（3）与流体接触的过程中，流体在叶片表面产生C形沿叶高的流线分布；

C形交线在前盖板（1）和后盖板（2）所在的平面上的交点分别为P₁和P₃，C形交线的最高点为P₂，C形交线上P₁处的切线与P₁P₃连线间的夹角α₁满足0°﹤α₁﹤50°，C形交线上P₃处的切线与P₁P₃连线间的夹角α₂满足0°﹤α₂﹤50°，所述的夹角α₁等于夹角α₂。

2.根据权利要求1所述的一种径向弯叶片离心泵叶轮，其特征在于，P₂点至P₁P₃连线间的距离H与P₁P₃连线长度L间的比值满足0﹤H / L﹤1。

3.根据权利要求1所述的一种径向弯叶片离心泵叶轮，其特征在于，所述的叶片（3）为后弯式叶片。

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