CN110985436A - 一种高速离心叶轮流体力平衡结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速离心叶轮流体力平衡结构，可以实现离心叶轮各处受流体作用力相互平衡、合力降低的效果，甚至可以将合力降低至零，有效的避免了流体反作用力对轴承的不良影响。本发明提供的方案可以突破磁悬浮轴承、空气悬浮轴承的支撑刚度较低这一技术局限，提高悬浮式高速离心叶轮流体机械的整体性能。

Description

一种高速离心叶轮流体力平衡结构

技术领域

本申请涉及高速离心叶轮流体输送装置，尤其是悬浮支撑的高速离心叶轮。

背景技术

离心叶轮是流体输送的基础装置。但是，高速离心叶轮旋转驱动流体的同时，流体会对叶轮有反作用力。这一反作用力跟叶轮的工作状态有关，最终由支撑叶轮的轴承承担。在高速流体机械领域，越来越多的使用磁悬浮、气动悬浮等先进轴承，这类轴承的特点是没有机械接触，可以达到很高的转速，整机效率会大大提高。但这类轴承的缺点是支撑刚度较低，叶轮的流体反作用力对这类轴承是一个巨大的挑战，已经成为悬浮工作的高速离心叶轮应用的技术瓶颈。

发明内容

本发明公开了一种高速离心叶轮流体力平衡结构，通过在叶轮边缘增加一弯曲结构，使得流体离开叶轮时方向发生改变，进而对叶轮产生反作用力。通过设定该弯曲结构的不同的弯曲程度，可以使得流体对叶轮各处的反作用力互相平衡，反作用力合力大大降低，甚至可以降低到零，有效的避免了对轴承的不良影响。

附图说明

图1 包含流体力平衡弯曲结构的叶轮截面。

图2 一种流体力平衡的高速离心叶轮实施方案。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明公开的高速离心叶轮流体力平衡结构如图1所示。包含叶轮1，设置于叶轮1边缘的弯曲结构2，以及从叶轮1的入口3流向叶轮1的出口4的流体。

叶轮1工作时，流体自叶轮1入口3进入叶轮，被叶轮1中的叶片驱动加速，最后在出口4离开叶轮1，进入蜗壳。叶片和蜗壳是通用结构，图中没有单独画出。叶轮1工作时，入口3是低压区，出口4是高压区，叶轮1背部也是高压区。因此，叶轮1会受到一个从背部指向入口3的力，另外加上除下文所述弯曲结构2之外的其它部分的流体反作用力的合力，如图1所示，标识为F1。流体反作用力F1随着叶轮1的出口静压力和叶轮1背部面积的增加而增加，在高速离心叶轮中非常大，如果没有相应的平衡措施，会对磁悬浮、气动悬浮轴承有很大的影响。

本发明公开了一种设置于叶轮1边缘的弯曲结构2。弯曲结构2使得流体离开叶轮1时会发生速度方向的改变，如图1的出口4处所示。流体速度方向改变会对叶轮1边缘的弯曲结构2产生一个反作用力F2。反作用力F2随着叶轮1边缘的线速度的增加而增加。可以设定叶轮1边缘的弯曲结构2的弯曲程度，获得对流体速度方向的不同改变程度，从而获得不同大小和方向的反作用力F2。可以设置弯曲结构2合适的弯曲程度使得F2与F1大小相等，方向相反，此时意味着叶轮1各处受流体的反作用力的合力为零。

图1中弯曲结构2的弯曲方向，向叶轮入口3的一侧弯曲。显然，也可以向远离叶轮入口3的另一侧弯曲，以便产生不同方向的反作用力F2。

叶轮1为离心叶轮，由电动机驱动对流体做功，也可以由流体驱动对发电机做功。

图2给出了一个完整的叶轮实施方案，其叶轮边缘采用了本专利提供的叶轮边缘弯曲结构，实现了流体对叶轮的反作用力为零的有益效果。

本发明所公开的高速离心叶轮流体力平衡结构，所包含的叶轮边缘的弯曲结构2，是实现叶轮受流体反作用力合力为零的关键之处。

以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高速离心叶轮流体力平衡结构，包含叶轮1，设置于叶轮1的外缘的弯曲结构2，以及流过叶轮的流体。

2.如权利要求1所述的高速离心叶轮流体力平衡结构，其特征在于，流体从叶轮入口3流入叶轮，从叶轮出口4离开叶轮，离开叶轮时流体的速度方向被所述弯曲结构2改变。

3.如权利要求1所述的弯曲结构2，其特征在于，可以设置为向叶轮入口3的一侧弯曲，也可以设置为向远离叶轮入口3的另一侧弯曲。

4.如权利要求1所述的弯曲结构2，其特征在于，改变流体速度方向，进而受到流体反作用力F2；所述叶轮1除弯曲结构2之外的部位受到的流体反作用力F1。

5.如权利要求4所述的反作用力F1和F2，其特征在于，F1和F2互相平衡，使得叶轮各部位受到的流体反作用力合力为零。

6.如权利要求1所述的叶轮1为离心叶轮，由电动机驱动对流体做功，也可以由流体驱动对发电机做功。

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