CN109779978B - 一种离心泵的导叶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心泵的导叶，包括导叶本体，导叶本体包括依次连接的前缘段、后缘段，前缘段上表面的宽度小于下表面的宽度，前缘段上表面头部的宽度小于尾部的宽度，且前缘段上表面的两条边为曲线；出口切面上开设有至少一个凹槽。前缘段上表面宽度小于下表面宽度，使流体沿前缘段上表面方向均匀入流，避免流体在前缘段下表面处的拥堵流动，改变了导叶流道内的流动结构，从导叶入口处阻止不稳定流动现象的发生。

Description

一种离心泵的导叶

技术领域

本发明属于离心泵技术领域，涉及一种离心泵的导叶。

背景技术

泵被称为现代工业的心脏，被广泛应用于农业、化工、矿业和冶金、电力、国防军工、城市市政等行业，是国名经济中应用最广泛的通用机械；而离心泵以其结构紧凑、流量和扬程范围宽、适用于轻度腐蚀性液体、流量均匀、运转平稳振动小等特点使得它成为最广泛应用的泵。

现有的导叶离心泵容易出现回流、流动分流、射流-尾迹、动静干涉等现象，上述不稳定流动现象对导叶式离心泵最直接的影响体现在“扬程-流量”曲线上，在小流量工况时，随着流量的降低，扬程会出现波峰和波谷现象，这种驼峰效应现象在实际生产中存在巨大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种离心泵的导叶，能消除导叶式离心泵的驼峰效应现象。

本发明所采用的技术方案是，一种离心泵的导叶，包括导叶本体，导叶本体包括依次连接的前缘段、后缘段，前缘段上表面的宽度小于下表面的宽度，前缘段上表面头部的宽度小于尾部的宽度，且前缘段上表面的两条边为曲线；出口切面上开设有至少一个凹槽。

本发明的特点还在于，

前缘段包括进口段和过渡段，进口段的上表面形状为半圆形，过渡段上表面的两条边均为维托辛斯基曲线。

过渡段任意高度h处的1/2厚度R′₂为：

R′₂＝[(H-h)*R₁]/H (1)；

上式中，H为导叶本体的高度，R₁为后缘段的1/2厚度。

进口段上表面半径R₂的范围为：0.25R₁≤R₂≤0.4R₁。

过渡段的长度L₁与导叶骨线长度L的关系为：0.08L≤L₁≤0.2L。

凹槽形状为三棱锥形，凹槽沿出口切面横向设置。

凹槽的数量为2-4个。

凹槽的总长度为出口切面宽度的0.6～0.7倍，凹槽的宽度0.15H～0.25H，凹槽的底面为等腰三角形，且三角形相等的两个内角均为30°～60°。

凹槽顶部至导叶本体吸力面的距离与凹槽底部至导叶本体压力面的距离相等。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的离心泵的导叶，前缘段上表面宽度小于下表面宽度，使流体沿前缘段上表面方向均匀入流，避免流体在前缘段下表面处的拥堵流动，改变了导叶流道内的流动结构，从导叶入口处阻止不稳定流动现象的发生；

(2)本发明的离心泵的导叶，当流体流出导叶流道时，通过出口切面的流体在导叶本体吸力面上形成一个沿凹槽中间型线角度流出的微射流，这股微射流能直接冲击导叶本体吸力面末端的展向涡，同时微射流的角度和速度使得该位置的压力场发生变化，不仅未造成流动损失，还能缓解大弯度导叶的射流-尾迹作用，也使得导叶本体进出口的高压差在该位置得到缓解，减弱回流现象发生的形成条件，避免扬程出现波峰和波谷的现象，进而消除驼峰效应现象。

附图说明

图1是本发明一种离心泵的导叶的结构示意图；

图2是本发明一种离心泵的导叶的前缘段的俯视图；

图3是本发明一种离心泵的导叶的右视图；

图4是本发明一种离心泵的导叶的左视图；

图5是本发明一种离心泵的导叶后缘段的剖视图。

图中，1.导叶本体，2.前缘段，2-1.进口段，2-2.过渡段，3.后缘段，3-1.出口切面，4.凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种离心泵的导叶，如图1所示，包括导叶本体1，导叶本体通过上盖板和下盖板固定，导叶本体1包括依次连接的前缘段2、后缘段3，前缘段2的厚度沿上盖板向下盖板的方向依次增大，如图2所示，从前缘段2上表面(靠近上盖板的表面)的宽度小于下表面(靠近下盖板的表面)的宽度，前缘段2上表面头部的宽度小于尾部的宽度，且前缘段2上表面的两条边为曲线；后缘段3的厚度即为导叶本体1的厚度。如图3所示，后缘段3的一端为出口切面3-1，出口切面3-1上开设有至少一个凹槽4，当流体流出导叶流道时，通过出口切面3-1上的流体在吸力面上形成一个指向凹槽4中间型线角度的微射流，这股微射流能消除导叶尾部的展向涡，同时这股微射流的角度和速度使该位置的压力场发生变化，减弱导叶尾部流体的射流-尾迹作用，使导叶进出口的高压差在该位置得到缓解，减弱回流等不稳定因素发生的形成条件。

前缘段2包括进口段2-1和过渡段2-2，进口段2-1的上表面形状为半圆形，过渡段2-2上表面的两条边均为维托辛斯基曲线，该曲线设计能使流体在流动过程中具有较小的损失系数和较大的流速系数，从而降低导叶本体在流体流动过程中的损失系数。

如图4所示，过渡段2-2的任意高度h处的1/2厚度R′₂为：

R′₂＝[(H-h)*R₁]/H (1)；

上式中，H为导叶本体的高度，R₁为后缘段的1/2厚度。

进口段2-1上表面半径R₂的范围为：0.25R₁≤R₂≤0.4R₁，优选的，R₂＝0.3R₁。

过渡段2-2的长度L₁与导叶骨线长度L的关系为：0.08L≤L₁≤0.2L，导叶骨线即为导叶头部至尾部的中心弧线。优选的，为了避免影响导叶在离心泵中的降速扩压作用，并根据流体力学，本实施例取过渡段长度L₁＝0.15L。

凹槽4形状为三棱锥形，凹槽4沿出口切面3-1的宽向设置，即凹槽4顶部靠近导叶本体1的吸力面，凹槽4底部靠近导叶本体1的压力面。

凹槽4的数量为2-4个，相邻两个凹槽之间应尽可能的留出大的空间，能防止相邻两个凹槽产生的涡流相互影响而加剧不稳定流动现象。凹槽4的总长度为出口切面3-1宽度C的0.6～0.7倍，凹槽4的宽度为0.15H～0.25H，凹槽4的底面为等腰三角形，且三角形相等的两个内角均为30°～60°。

本实施例的凹槽4的数量为3个，凹槽4的宽度为0.2H，凹槽4的底面为等腰直角三角形，即三角形相等的两个内角均为45°。相邻两个凹槽4之间的距离为出口切面3-1宽度C的0.15倍，导叶本体1上表面和对应的最外侧凹槽4之间的距离为出口切面3-1宽度C的0.05倍，导叶本体1下表面和对应的最外侧凹槽4之间的距离为出口切面3-1宽度C的0.05倍。

将后缘段3沿任意凹槽4的中线剖开，其俯视图如图5所示，凹槽4在出口切面3-1上的交点A，且该交点A靠近导叶本体1压力面，从该交点A向导叶本体1骨线作垂线，垂足点B至出口切面3-1的距离为凹槽4的深度，凹槽4在出口切面3-1上的另一个交点为交点C，且该交点A靠近导叶本体1吸力面，垂足点B与交点C的连线为凹槽4的另一个边。

凹槽4顶部至导叶本体1吸力面的距离与凹槽4底部至导叶本体1压力面的距离相等。为了保证导叶本体1的疲劳和应力强度不受前缘段2改进的影响，本实施例中，凹槽4的总长度为出口切面3-1宽度C的0.7倍，且均为出口切面3-1宽度C的0.15倍，此时产生的漩涡强度和涡流走向对压力特性曲线影响最优。

本发明一种离心泵的导叶的工作原理如下：

经研究发现，产生驼峰效应的主要原因是导叶内部的不稳定流动，这种不稳定流动产生了大量的复杂涡结构使得导叶内损失随着流量变化时而变大时而变小，而这种不稳定流动主要体现在导叶进口处流体偏向下盖板流动和每个导叶尾部的回流涡。本发明的导叶式离心泵在小流量工况下运行时，流体沿前缘段2上表面方向均匀入流，避免流体在前缘段2下表面(即下盖板)处的拥堵流动，改变了导叶流道内的流动结构，从导叶入口处阻止不稳定流动现象的发生；当流体流出导叶流道时，通过出口切面3-1的流体在导叶本体1吸力面上形成一个沿凹槽4中间型线角度流出的微射流，这股微射流能直接冲击导叶本体1吸力面末端的展向涡，同时微射流的角度和速度使得该位置的压力场发生变化，缓解大弯度导叶的射流-尾迹作用，也使得导叶本体1进出口的高压差在该位置得到缓解，减弱回流现象发生的形成条件，进而达到消除导叶本体1出口展向涡的目的。通过前缘段2的不等厚设计和凹槽4的设置避免导叶在对经叶轮流出的流体进行减速升压过程时引起不稳定流动的现象。

通过以上方式，本发明的离心泵的导叶，前缘段2上表面宽度小于下表面宽度，使流体沿前缘段2上表面方向均匀入流，避免流体在前缘段2下表面处的拥堵流动，改变了导叶流道内的流动结构，从导叶入口处阻止不稳定流动现象的发生；本发明的离心泵的导叶，当流体流出导叶流道时，通过出口切面3-1的流体在导叶本体1吸力面上形成一个沿凹槽中间型线角度流出的微射流(即小涡)，这股微射流能直接冲击导叶本体1吸力面末端的展向涡，同时微射流的角度和速度使得该位置的压力场发生变化，不仅未造成流动损失，还能缓解大弯度导叶的射流-尾迹作用，也使得导叶本体1进出口的高压差在该位置得到缓解，减弱回流现象发生的形成条件，避免扬程出现波峰和波谷的现象，进而消除驼峰效应现象。

Claims (2)

1.一种离心泵的导叶，其特征在于，包括导叶本体（1），所述导叶本体（1）包括依次连接的前缘段（2）、后缘段（3），所述前缘段（2）上表面的宽度小于下表面的宽度，所述前缘段（2）上表面头部的宽度小于尾部的宽度，且所述前缘段（2）上表面的两条边为曲线；所述后缘段（3）一端为出口切面（3-1），所述出口切面（3-1）上开设有至少一个凹槽（4），所述前缘段（2）包括进口段（2-1）和过渡段（2-2），所述进口段（2-1）的上表面形状为半圆形，所述过渡段（2-2）上表面的两条边均为维托辛斯基曲线H为导叶本体的高度，R₁为后缘段的1/2厚度，所述进口段（2-1）上表面半径R₂的范围为：0.25R₁≤R₂≤0.4R₁，所述凹槽（4）形状为三棱锥形，所述凹槽（4）沿出口切面（3-1）的宽向设置，所述凹槽（4）的数量为2-4个，所述凹槽（4）的总长度为出口切面（3-1）宽度的0.6~0.7倍，所述凹槽（4）的宽度为0.15H~0.25H，所述凹槽（4）的底面为等腰三角形，且所述三角形相等的两个内角均为30°~60°，所述凹槽（4）顶部至导叶本体（1）吸力面的距离与凹槽（4）底部至导叶本体（1）压力面的距离相等。

2.如权利要求1所述的一种离心泵的导叶，其特征在于，所述过渡段（2-2）的长度L₁与导叶骨线长度L的关系为：0.08L≤L₁≤0.2L。

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