CN111425450A - 一种带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片 - Google Patents

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CN111425450A CN202010286645.1A CN202010286645A CN111425450A CN 111425450 A CN111425450 A CN 111425450A CN 202010286645 A CN202010286645 A CN 202010286645A CN 111425450 A CN111425450 A CN 111425450A
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张雨琪
杨一凡
高波
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Abstract

本发明涉及离心泵，特指一种带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片。其由叶片前缘、叶片主体和叶片尾缘三部分组成，叶片的前缘采用正弦曲线形锯齿结构，其中波峰高度与波谷深度为A，相邻波峰间的间距与相邻波谷间的间距均为L，本发明给出的示例为间距L是波峰高度与波谷深度A的二倍。叶片的尾缘采用普通锯齿结构，其中锯齿齿高为H，锯齿间距为W，本发明给出的示例为齿高H与间距W等长。本发明改变了流体绕流叶片的流动状态，控制了流体在叶片前缘的流动分离，降低了流体在叶轮中的流动损失、减小了噪声、提高了效率，改善了离心泵的性能。

Description

一种带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片
技术领域
本发明涉及离心泵，特指一种带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片。
背景技术
离心泵具有结构简单紧凑、流量稳定、易于调控等优点，在能源、石化、工业、市政等行业广泛应用。然而离心泵在运转的过程中都不可避免地会遇到振动和噪声问题，研究如何减小离心泵运行时的振动和噪声已成为热点和难点。考虑到发生在离心泵叶片前缘附近的边界层分离和尾缘附近的尾迹涡脱落，现提出一种带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片。
在离心泵中，叶片是流体能量转换的主要场所，当离心泵工作时，泵轴带动叶轮高速旋转，在惯性离心力等作用下，流体绕流叶轮叶片，同时叶片对流体做功，流体获得能量，动能和压能升高。叶轮是能量转换的场所，更是振动和噪声的主要来源，因此改善叶轮叶片的形状，对提高叶片工作效率、降低泵的振动噪声至关重要。流体在叶轮内流动时，绕流叶片之后产生的前缘边界层分离、尾缘尾迹不仅会降低流动的稳定性，也是振动和噪声的激励源，对叶片前、尾缘形状进行优化设计可以有效抑制边界层分离、尾迹涡脱落现象，进而降低叶片表面压力脉动，降低动静干涉的能量，达到更高效、低噪声运行的目的。
近年来对带有仿生锯齿结构的叶片的研究主要在风机领域，实用新型CN201820922809.3提出了一种用于离心风机的锯齿形叶片，发明专利CN201910390920.1提出了一种风机叶片，从背景技术来看，实用新型CN201820922809.3仅在叶片前缘设置锯齿，降低了工作噪声，和工作功率消耗，发明专利CN201910390920.1仅在叶片尾缘采取了波纹和锯齿，改善了风机叶片尾缘附近的流体流动，降低了叶片产生的气动噪声。上述两项专利均只涉及风机领域，且未同时考虑叶片前尾缘结构。与风机相比，离心泵输送的介质为液体，与风机输送的气体相比，介质粘性、流动特性等差异较大，导致两种机器在能量头、性能曲线、噪声源类型等方面都有明显区别，在离心泵叶轮中，振动和噪声的主要来源包括湍流、流动分离、尾迹、汽蚀等，与风机中的气动噪声不同，离心泵内属于流噪声。本发明从同时改变叶片前尾缘结构的角度出发，同时解决了前缘附近的边界层分离和尾缘附近的尾迹涡脱落的状况，具有一定的创新性。
发明内容
本发明从改变离心泵内部流动的角度出发，提出了一种带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片，通过锯齿特有的波峰和波谷结构，抑制离心泵叶片前缘边界层分离和降低尾缘脱落涡的强度，从而达到减小离心泵运行过程中的振动和噪声的目的。
为实现上述目的，达到上述技术要求，本发明采用的技术方案如下：
本发明提出一种带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片，叶片由叶片前缘、叶片主体和叶片尾缘三部分组成，叶片的前缘采用正弦曲线形结构，其中波峰高度与波谷深度为A，相邻波峰间的间距与相邻波谷间的间距均为L，间距L和波谷深度A的取值范围为叶片外径的0.5％～2％，本发明给出的示例为间距L是波峰高度与波谷深度A的二倍。叶片的尾缘采用锯齿结构，其中锯齿齿高为H，锯齿间距为W，本发明给出的示例为齿高H与间距W等长，且H与W的取值为叶片外径的1.2％。
本发明的有益效果：
本发明改变了流体绕流叶片的流动状态，控制了流体在叶片前缘的流动分离，降低了流体在叶轮中的流动损失、减小了噪声、提高了效率，改善了离心泵的性能。
附图说明
图1为本发明带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片；
图2为本发明带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片的叶轮；
图3为本发明带有仿生锯齿结构的离心泵叶片的前缘放大图；
图4为本发明带有仿生锯齿结构的离心泵叶片的尾缘放大图；
在图中：1、叶片前缘；2、叶片主体；3、叶片尾缘；4、叶轮进口；5、叶轮流道；6、叶轮出口；7、后盖板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案以及优点等更加清楚明白，以下结合附图和实施例，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适用于解释本发明，并不限定于本发明。
如图1所示，一种带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片的叶轮。在离心泵工作的过程中，流体由叶轮进口4进入叶轮，随后进入叶轮流道5，最后经叶轮出口6流出叶轮。在普通离心泵中，流体流经叶片前缘时会因流体的粘性产生边界层分离，流体流经叶片尾缘时会发生脱落并形成脱落涡，边界层分离和脱落涡的出现都会导致流体流速的改变，从而影响作用在叶片上的升阻力系数，导致叶片震动和产生噪声。
如图2所示，叶片由带有正弦曲线形的锯齿结构的叶片前缘1、叶片主体2、带有普通锯齿结构的叶片尾缘3三部分组成。边界层分离发生在叶片前缘1，脱落涡形成于叶片尾缘3。本发明通过改变叶片前尾缘形状，最终起到改善流体在叶轮内的分布情况，减小了噪声，使泵可以更高效地运行的作用。
如图3所示，一种带有仿生锯齿结构的离心泵叶片的前缘放大图，流体流经叶片前缘1时会产生边界层分离，前缘1表面的锯齿结构对边界层的形成有抑制作用，从而抑制边界层分离现象的发生。
如图4所示，一种带有仿生锯齿结构的离心泵叶片的尾缘放大图，流体流经叶片尾缘3时，会产生脱落涡，锯齿起到将脱落涡打碎分解的作用，从而有效减少了脱落涡的数量并通过产生三维干涉降低边界层能量，减弱尾迹湍流度。
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 (3)

1.一种带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片，所述离心泵叶片由叶片前缘、叶片主体和叶片尾缘三部分组成，其特征在于，叶片的前缘采用正弦曲线形结构，其中波峰高度与波谷深度均为A，相邻波峰间的间距与相邻波谷间的间距均为L；叶片的尾缘采用锯齿结构，其中锯齿齿高为H，锯齿间距为W。
2.如权利要求1所述的一种带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片，其特征在于，间距L和波谷深度A的取值范围为叶片外径的0.5％～2％；锯齿齿高H和锯齿间距W的取值范围为叶片外径的1％～2％。
3.如权利要求1所述的一种带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片，其特征在于，间距L是波谷深度A的二倍，且间距L的取值为叶片外径的1.2％；齿高H与间距W等长，且H与W的取值为叶片外径的1.2％。
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