CN109882444B - 一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮，叶轮轮毂的前端安装有轮毂导流端，叶片安装在所述叶轮轮毂上，叶片上设有阶梯整流装置，阶梯整流装置是由若干个整流刀片组成，整流刀片的长度和曲率随叶轮流道的结构依次变化；整流刀片沿径向方向由叶片轮缘至叶轮轮毂的方向分布的为轮缘阶梯整流段；整流刀片沿径向方向由叶轮轮毂至叶片轮缘的方向分布为失速涡阶梯整流段；整流刀片在轴向方向由叶轮进口至叶轮出口方向分布，不改变原有混流泵叶轮流道的水力设计结构，通过在叶轮流道中增加了阶梯整流装置，改善混流泵在近失速工况点附近叶轮流道内的流场结构，消除叶轮流道内的失速涡团并阻止失速工况下失速涡团在不同叶轮流道间的传播。

Description

一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮
技术领域
本发明属于流体机械技术领域，尤其涉及一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮。
背景技术
混流泵由于流量大和扬程适中，广泛应用于农田排灌、防涝排洪、工业市政、污水处理、造纸等各个领域。目前，在混流泵设计领域通常采用与轴流泵相似的等环量设计方法，不考虑相邻轴面间的流体流动过程中的惯性作用和介质交换，但在实际运行过程中，由于混流泵采用轴向进流和斜向出流结构，采用这种方式设计的叶轮在运行过程中，不同轴面间的流体不可避免的发生碰撞和能量交换，因而叶轮流道内部容易发生不稳定流动。特别是运行在失速工况点附近的混流泵，混流泵装置的扬程急剧降低，出现“马鞍形”流量-扬程曲线。众多研究表明，叶轮内不稳定流动产生的根源是旋涡结构的产生，而在失速工况下，失速涡团的产生和在不同流道间发生窜流则是加剧混流泵在失速工况点附近扬程发生骤降的根源。当混流泵运行在失速工况点附近时，在叶轮进流管内部还容易产生进口旋流和畸变流，这些不稳定进流通常围绕进流管内壁流入叶轮，使得靠近叶轮轮缘处的流体进入叶轮时具有一定的冲角，不仅降低叶轮的做功能力还加剧了能量损失。因此，在采用传统混流泵叶轮等环量设计方法进行混流泵设计时，为了减少混流泵运行在近失速工况点附近时叶轮流道内的旋涡和失速涡，改善叶轮进口轮缘处的流场，提高混流泵在失速工况点附近的性能，需创新设计一种叶轮流道内的整流装置来提高混流泵在失速工况点的性能。
目前，专利名称为智能物联网水肥一体机(CN206790983U)公开了一种整流器，包括整流叶轮和阀壁。但该整流器中的整流叶轮和混溶叶片之间为相对固定结构，增加了工作部件，其作用也仅仅是为了使整流后的水流流速增大，提高喷流速度，将水和肥充分混合。上述专利采用的技术手段和技术方法无法改善失速工况附近混流泵叶轮内不稳定流场的产生，因而无法应用在混流泵上。
发明内容
本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮，目的在于改善混流泵在近失速工况点附近叶轮流道内的流场结构，消除叶轮流道内的失速涡团并阻止失速工况下失速涡团在不同叶轮流道间的传播，提供一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮，从而实现混流泵在近失速工况点处平稳运行。
本发明所采用的技术方案如下：
一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮，包括叶轮轮毂和叶片，所述叶轮轮毂的前端安装有轮毂导流端，所述叶片安装在所述叶轮轮毂上，所述叶片上设有阶梯整流装置，所述阶梯整流装置是由若干个整流刀片组成，所述整流刀片的长度和曲率随叶轮流道的结构依次变化；所述整流刀片沿径向方向由叶片轮缘至叶轮轮毂的方向分布的为轮缘阶梯整流段4a；所述整流刀片沿径向方向由叶轮轮毂至叶片轮缘的方向分布为失速涡阶梯整流段 4b；所述整流刀片在轴向方向由叶轮进口至叶轮出口方向分布；
进一步，最靠近叶片轮缘的整流刀片与叶片轮缘之间的距离hi大于10％的叶片高度H；最靠近叶轮轮毂的整流刀片与叶轮轮毂之间的距离ho大于10％的叶片高度H。
进一步，所述整流刀片的数量为5～10片；
进一步，所述整流刀片之间等距离布置；
进一步，所述整流刀片的宽度L沿流体流动方向呈比例依次增加，且比例因子不大于 1.2；
进一步，所述整流刀片的最小宽度为叶片轮缘最大宽度的3倍，所述整流刀片的最大宽度不超过叶片轮缘最小宽度的两倍；
进一步，在整流刀片上沿流体流动方向开设有均匀分布的圆柱形过流孔；
进一步，所述圆柱形过流孔的直径D小于所述整流刀片的厚度m，且相邻圆柱形过流孔之间的距离是过流孔的半径的二分之一。
本发明的有益效果：
本发明在叶轮流道中设置了阶梯整流装置，包括轮缘阶梯整流段和失速涡阶梯整流段，不改变原有混流泵叶轮的水力设计，不仅有效地改善了失速工况下混流泵叶轮进口的旋流和畸变流，使得进入叶轮流体的进口冲角减小，而且阻止了失速涡的传播，扩大了混流泵的稳定运行范围，提高了混流泵机组在失速工况的运行稳定性。
附图说明
图1为本发明所述一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮的轮缘阶梯整流段示意图；
图2为本发明所述一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮的失速涡阶梯整流段示意图；
图3为本发明所述一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮的阶梯整流装置二维示意图；
图4为本发明所述一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮的叶轮过流断面示意图；
图5为本发明所述一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮的圆柱形过流孔放大图；
图中，1、叶片，2、叶轮轮毂，3、轮毂导流端，4a、轮缘阶梯整流段，4b、失速涡阶梯整流段，5、整流刀片，6、圆柱形过流孔，7、叶片轮缘。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所提出的一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮，叶轮轮毂2的前端安装有轮毂导流端3，4片叶片1均匀安装在叶轮轮毂2上，将4片叶轮分为两组，相邻两片叶片为一组，如图1所示，叶片A和叶片B之间等距设有设置5个整流刀片5为轮缘阶梯整流段4a，在径向是从叶片A进口边的叶片轮缘7至叶片B出口边的轮毂2依次设置整流刀片 5；如图2所示，叶片C和叶片D之间设有设置5个整流刀片5为失速涡阶梯整流段4b，在径向是从叶片C进口边的轮毂2至叶片D出口边的叶片轮缘7依次设置整流刀片5；整流刀片5的长度和曲率随叶轮流道的结构依次变化。
如图3所示，阶梯状整流装置4中位于叶轮进口的第一片所述整流刀片5和叶轮轮毂 2(或叶片轮缘7)的距离hi(或ho)大于10％的叶片高度H。相同的，阶梯整流装置中位于叶轮出口的最后一片所述整流刀片5和叶轮轮毂2(或叶片轮缘7)的距离hi(或ho)大于10％的叶片高度H。
如图4、5所示，整流刀片5上沿流体流动方向开设有均匀分布的圆柱形过流孔6；所述圆柱形过流孔6的直径D小于所述整流刀片5的厚度m，且相邻圆柱形过流孔6之间的距离为过流孔的半径D/2；整流刀片5的宽度L沿流体流动方向呈比例依次增加，且比例因子不大于1.2；整流刀片5的最小宽度为叶片轮缘7最大宽度的3倍，所述整流刀片5的最大宽度不超过最小宽度的两倍。
本发明不改变原有混流泵叶轮流道的水力设计结构，通过在叶轮流道中增加了阶梯整流装置，包括轮缘阶梯整流段和失速涡阶梯整流段。其中，轮缘阶梯整流段对进入叶轮的进口旋流、畸变流进行了引导，减小了流体进入叶轮的冲角。失速涡阶梯整流段也进一步破坏了失速涡团在叶轮不同流道间窜流的特性，使得失速工况下混流泵叶轮内流场平稳，增加了混流泵机组在失速工况运行的稳定性。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮，其特征在于，包括叶轮轮毂（2）和叶片（1），所述叶轮轮毂（2）的前端安装有轮毂导流端（3），所述叶片（1）安装在所述叶轮轮毂（2）上，所述叶片（1）上设有阶梯整流装置（4），所述阶梯整流装置（4）是由若干个整流刀片（5）组成，所述整流刀片（5）的长度和曲率随叶轮流道的结构依次变化；所述叶片（1）有4片，在其中2片叶片（1）之间设置轮缘阶梯整流段（4a），在另外两片叶片（1）之间设置失速涡阶梯整流段（4b）；轮缘阶梯整流段（4a）内所有整流刀片（5）的一端依次沿前一叶片进口边叶片轮缘至出口边轮毂依次设置；轮缘阶梯整流段（4a）内整流刀片（5）的另一端依次沿后一叶片进口边叶片轮缘至出口边轮毂依次设置；失速涡阶梯整流段（4b）内所有整流刀片（5）的一端依次沿前一叶片（1）进口边的轮毂至出口边的叶片轮缘（7）依次设置；失速涡阶梯整流段（4b）内整流刀片（5）的另一端依次沿后一叶片进口边的轮毂至出口边的叶片轮缘（7）依次设置。
2.根据权利要求1所述的一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮，其特征在于，最靠近叶片轮缘（7）的整流刀片（5）与叶片轮缘（7）之间的距离hi大于10%H，最靠近叶轮轮毂（2）的整流刀片（5）与叶轮轮毂（2）之间的距离ho大于10%H，其中H是叶片（1）高度。
3.根据权利要求2所述的一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮，其特征在于，所述整流刀片（5）的数量为5~10片。
4.根据权利要求3所述的一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮，其特征在于，所述整流刀片（5）之间等距离布置。
5.根据权利要求4所述的一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮，其特征在于，所述整流刀片（5）的宽度L沿流体流动方向呈比例依次增加，且比例因子不大于1.2。
6.根据权利要求5所述的一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮，其特征在于，在整流刀片（5）上沿流体流动方向开设有均匀分布的圆柱形过流孔（6）。
7.根据权利要求6所述的一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮，其特征在于，所述圆柱形过流孔（6）的直径D小于整流刀片（5）的厚度m，且相邻圆柱形过流孔（6）之间的距离是过流孔（6）半径的二分之一。
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