CN109681462B - 采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮 - Google Patents

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    • F04D29/18—Rotors
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Abstract

采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮，属于水利工程技术领域，其特征是，所述叶片的断面由进口椭圆尖段、等厚直段和出口椭圆尖段组合而成，两个椭圆尖段分别对称连接于等厚直段的两端，形成椭尖形组合翼型。本发明适用于各种水泵装置的叶轮，能较好解决单向叶片反转时的反拱损失大的问题，改善叶轮反向进水的水流条件，使反向进水水流流态较好，轴流泵反向抽水性能显著提高。

Description

采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮
技术领域
本发明涉及一种轴流泵结构技术，特别是双向抽水轴流泵叶片，具体是一种采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮，属于水利工程技术领域，尤其是水力机械技术领域。
背景技术
近年来，随着城市经济的高速发展，国家对城市环境尤为的重视，在水环境治理过程中，排水和引水的泵站的需求量剧增，而国内已经建成的大型双向泵站大都是采用改变引河和进水流道的布置来实现双向抽水。随着科学技术的发展，通过改变叶轮正反转来实现双向抽水的技术越来越受到重视。而采用单向翼型的轴流泵在叶轮反转时虽然也能实现反向抽水，但由于这时叶片的翼型处于反拱状态，原叶片进口边变为出口边，原翼型压力面变为吸力面，而导叶的作用使进口水流产生明显的与叶轮转向一致的进口预旋，使叶轮的能量和气蚀性能大幅下降，所以采用单向翼型的轴流泵不适合双向运行。
随着经济建设和社会快速发展，我国城市防洪排水和生态环境用水的要求越来越高。这就对能够双向（正向引水，反向排水）抽水的可逆式轴流泵的需求大为增加。通常为了适应双向抽水的功能，轴流泵的叶轮正向运转引清水进入市内使水体保持清洁，反向运转向外河排出涝水。为此，可逆式翼型常常设计成反对称的S形。S形翼型叶片的双向轴流泵虽然也能实现双向抽水，但是形状比较复杂。如图8所示，该图为水流在绕过S形翼型时的流线，可看出这种翼型的出口边不佳，水流容易脱离，导致损失增大，效率不高。
发明内容
本发明针对采用单向翼型的轴流泵不适合双向运行以及S形可逆式翼型形状比较复杂、出口边会产生脱流、导致损失增大、效率不高的问题，提出一种新的椭尖组合翼型，即采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮。本发明采用中间等厚度，进出口边为曲线的椭尖型翼型，水流在其进出口边的流线平顺，不易发生脱离，因而水力损失小，提高反向运行效率，改善汽蚀性能，从而提升整个可逆式轴流泵性能。
本发明的技术方案如下：
采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮，包括叶片和轮毂，所述叶片安装于轮毂上，其特征是，所述叶片的断面由进口椭圆尖段、等厚直段和出口椭圆尖段组合而成，两个椭圆尖段分别对称连接于等厚直段的两端，形成椭尖形组合翼型。
进一步地，所述叶片断面弦长为L，出口椭圆尖段与进口椭圆尖段对称，长度均为3L/8，中间的等厚直段长度为2L/8，等厚直段的厚度与出口椭圆尖段以及进口椭圆尖段的最大厚度相同。
进一步地，所述叶片由若干个椭尖形组合翼型断面构成流面结构，且叶片断面安放角由其根部向其端部外缘处逐渐减小，形成三维空间的X型扭曲结构。（此处的安放角为叶片断面在叶片宽度方向的中心线（弦线）与轮毂轴线的垂直线之间的夹角）
进一步地，所述叶片不同半径位置的断面，其安放角β由叶片根部向叶片端部外缘处逐渐变小，安放角β为15°～42°。
进一步地，所述叶片为3～4个，沿轮毂圆周均匀分布。
进一步地，所述叶片在垂直于轮毂轴线的平面上投影呈扇形。
进一步地，所述扇形的圆心角α为60°～70°。
进一步地，所述断面弦长L为（0.38～0.53）D，厚度为（0.025～0.05）D，D为水泵叶轮直径。
进一步地，所述叶片端部外缘与泵壳间隙为0.0005D，D为水泵叶轮直径。
本发明中，采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮正向运行时与单向翼型叶轮正向运行时相同，水流条件好，流线较平顺光滑，没有旋涡和脱流现象。当反向运行时，椭尖形组合翼型可逆式轴流泵叶轮原叶片进口边变为出口边，原叶片压力面变为吸力面，但因为叶片断面形状为中心对称，正向抽水和反向抽水效果相同，所以水流流态较好，没有脱流现象，反向效率能够得到提升。因此，此椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮适合可逆转双向运行，反向运行的泵装置效率相较于S翼型叶片有所提高，汽蚀性能更好。
本发明适用于各种水泵装置的叶轮，能较好解决单向叶片反转时的反拱损失大的问题，改善叶轮反向进水的水流条件，使反向进水水流流态较好，轴流泵反向抽水性能显著提高。
本发明的叶片为轴流泵内的叶轮上的叶片，安装或固定于轮毂上。具有以下特征：
（1）椭尖形组合翼型可逆式轴流泵叶轮，叶片在垂直于轴线的平面上投影呈扇形，由3-4个叶片沿圆周均匀分布，叶片数由抽水扬程确定；
（2）椭尖形组合翼型可逆式轴流泵叶轮，其断面为中心对称，翼型断面的进、出口边为1/2或3/8椭圆曲线，中间由等厚直线段与之相连而成，有利于兼顾反向运行；叶片不同半径位置的翼型断面的安放角β为15°-42°，根据设计扬程确定（此处的安放角为叶片断面在叶片宽度方向的中心线（弦线）与轮毂轴线的垂直线之间的夹角）；
（3）椭尖形组合翼型可逆式轴流泵叶轮，其外缘断面距轮毂中心的半径为R（即0.5D），叶片扇形圆心角α为60°-70°，断面长度由圆心角和断面所在位置的半径决定，厚度（0.025-0.05）D由扬程和功率决定，D为水泵叶轮直径；
（4）椭尖形组合翼型可逆式轴流泵叶轮，叶片进出口边1/2椭圆曲线短半轴长为叶片厚度的1/2，长半轴为翼型弦长的1/2，即叶片为左右对称、上下对称结构；
（5）椭尖形组合翼型可逆式轴流泵叶轮，叶片根部与轮毂连接，端部外缘与泵壳间隙为0.0005D，D为水泵叶轮直径，叶轮采用金属构件。
本发明的有益效果如下：
在国内外有大量的灌排工程的泵站建设和维修更新。本发明有利于各种低扬程泵站正反向运行，即实现灌水和排水，不仅正向运行性能可靠，而且将电机反转即可实现反向抽水，可降低反向运行水力损失，提高泵装置反向运行效率，降低能耗，叶片结构简单，易于实施，技术可靠，且泵站结构可以被极大的简化，土建投资节省，运行管理便利，特别适合沿江滨海需要双向抽引的泵站，应用前景广阔，经济效益大。
附图说明
图1为本发明的椭尖形组合翼型断面示意图；
图2为本发明的叶片俯视图（即叶片在垂直于轴线的平面上投影）；
图3为本发明的不同半径位置断面展开图；
图4为本发明的叶片侧视图；
图5为本发明的叶片后视图；
图6为本发明的三维模型图；
图7为本发明椭尖形组合翼型绕流在出口边的示意图；
图8为背景技术中S形翼型绕流在出口边的示意图；
图中：1叶片、2叶片柄、3 进口椭圆尖段、4 等厚直段、5 出口椭圆尖段、6轮毂。
具体实施方式
本发明适用于低扬程轴流泵，按照本设计要求设计绘图。
采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮，包括轮毂和叶片，该叶片安装或固定于轮毂上。叶片采用椭尖形组合翼型断面，由进口椭尖段、等厚直段和出口椭尖段三段组合而成，为中心对称结构。叶片由若干个椭尖形组合翼型断面构成，叶片在垂直于轴线的平面上投影呈扇形，由3-4个叶片沿轮毂圆周均匀分布，叶片数由抽水扬程确定。
如图4所示，叶片的侧视图（即叶片在轴面上的投影），其两侧边为内凹的曲线，端部外缘为直线。
整个翼型弦长为L，进口椭尖圆段长3L /8，最大厚度T x，位置离出口边5L /8，离进口边3L /8；出口椭圆尖段与进口椭圆尖段对称，长3L/8；中间由等厚直线段与之相连，直段长2L /8；直线段厚度与最大厚度相同，为T x，对叶片的刚度有利。
椭尖形组合翼型断面的进出口边为1/2或3/8椭圆曲线，中间由直线段与之相连而成，有利于兼顾反向运行。翼形断面为中心对称，翼形断面的进出口椭圆尖段为对称的椭圆曲线，根据叶片刚度要求确定最大厚度为T x，则椭尖所在椭圆的长半轴a=3L /8，短半轴b=T x/2，椭圆尖为该椭圆的1/2，椭圆尖长为3L /8，反向相同。或者根据叶片刚度要求确定最大厚度为T x，则椭尖所在椭圆的长半轴a=L /2，短半轴b=0.5164 T x ，椭圆尖为该椭圆的3/8，椭圆尖长为3L /8，反向相同。
叶片不同半径位置的翼型断面的安放角β为15°-42°，根据设计扬程确定。椭尖形组合翼型可逆式轴流泵叶轮外缘断面距轮毂中心的半径为R，即0.5D,叶片扇形圆心角为α为60°-70°，断面弦长（0.38～0.53）D由圆心角的大小和断面所在位置的半径决定，厚度（0.025-0.05D）由扬程和功率决定，D为水泵叶轮直径。进出口边1/2椭圆曲线短半轴长为叶片厚度的1/2，长半轴长为短半轴长的8-10倍，叶片数由抽水扬程确定。叶片根部与轮毂连接，端部外缘与泵壳间隙为0.0005D，D为水泵叶轮直径。
本发明采用中间等厚度，进出口边为曲线的椭尖型翼型，如图7所示，水流在其进出口边的流线平顺，不易发生脱离，因而水力损失小。当反向运行时，椭尖形组合翼型可逆式轴流泵叶轮流态较好，没有明显的脱流现象，反向效率能够得到提升。因此，此椭尖形组合翼型可逆式轴流泵叶轮适合可逆转双向运行，反向运行的泵装置效率高。
本发明适用于各种水泵装置的叶轮，能较好解决单向叶片反转时的反拱损失大的问题，反向抽水性能显著提高。叶片结构简单，易于实施，技术可靠，土建投资节省，运行管理便利，特别适合沿江和城市水务双向抽水泵站，应用前景广阔，经济效益大。

Claims (6)

1.采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮，包括叶片和轮毂，所述叶片安装于轮毂上，其特征是，所述叶片的断面由进口椭圆尖段、等厚直段和出口椭圆尖段组合而成，两个椭圆尖段分别对称连接于等厚直段的两端，形成椭尖形组合翼型；所述叶片断面弦长为L，出口椭圆尖段与进口椭圆尖段对称，长度均为3L/8，中间的等厚直段长度为2L/8，等厚直段的厚度与出口椭圆尖段以及进口椭圆尖段的最大厚度相同；
所述叶片由若干个椭尖形组合翼型断面构成流面结构，且叶片断面安放角度由其根部向其端部外缘处逐渐减小，形成三维空间的X型扭曲结构；所述叶片不同半径位置的断面，其安放角β由叶片根部向叶片端部外缘处逐渐变小，安放角β为15°～42°。
2.根据权利要求1所述的采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮，其特征是，所述叶片为3～4个，沿轮毂圆周均匀分布。
3.根据权利要求1所述的采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮，其特征是，所述叶片在垂直于轮毂轴线的平面上投影呈扇形。
4.根据权利要求3所述的采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮，其特征是，所述扇形的圆心角α为60°～70°。
5.根据权利要求4所述的采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮，其特征是，所述断面弦长L为(0.38～0.53)D，厚度为(0.025～0.05)D，D为水泵叶轮直径。
6.根据权利要求5所述的采用椭尖形组合翼型的可逆式轴流泵叶轮，其特征是，所述叶片端部外缘与泵壳间隙为0.0005D，D为水泵叶轮直径。
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