CN111765117A - 一种高速离心泵用诱导轮及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速离心泵用诱导轮及其工作方法。传统诱导轮无法同时满足诱导轮出口液流稳定和诱导轮出口扬程满足叶轮进口的需要。本发明的非线性变曲率轮毂一为以四分之一外凸形椭圆为母线且曲率半径沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐增加的旋转体，线性轮毂二为以斜线为母线的旋转体，非线性变曲率轮毂三为以四分之一内凹形椭圆为母线且曲率半径沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐减小的旋转体；非线性变曲率轮毂一和线性轮毂二上固定有主叶片；非线性变曲率轮毂三上固定有沿周向均布的四片尾部长分流叶片和沿周向均布的四片尾部短分流叶片。本发明起到稳定出口液流和增加出口扬程的双重作用。

Description

一种高速离心泵用诱导轮及其工作方法
技术领域
本发明属于流体机械领域，具体涉及一种用于减小高速离心泵汽蚀现象的诱导轮及其工作方法。
背景技术
高速离心泵被广泛应用于炼油、石油化工、化学工业和航天技术等领域。但高速离心泵在运行过程中易出现汽蚀现象。汽蚀现象对离心泵的性能有很大的影响，汽蚀可使叶片表面出现斑痕及裂缝，甚至呈海绵状逐步脱落；发生汽蚀时，还会发出噪声，进而使泵体振动；汽蚀现象严重时可导致完全不能输出液体。
目前诱导轮是提高离心泵汽蚀性能最有效的方法之一，它具有叶片载荷低、叶片数少、抗汽蚀性能高等特点。目前诱导轮叶片主要以两个为主，多采用等螺距或变螺距分布。等螺距诱导轮易于设计和加工制造，但其出口扬程无法满足离心叶轮进口的需要，对叶轮吸入性能产生不利影响；变螺距诱导轮抗汽蚀性能好，但由于螺距变化导致诱导轮出口液流不稳定，易产生旋涡，造成边界层分离，对离心叶轮入口流场产生一定干扰。为了改善变螺距诱导轮出口液流不稳定，易出现漩涡的现象，等螺距诱导轮出口扬程无法满足叶轮进口需要的现象，所以需要设计一种可以调节出口流动状况的诱导轮，使其同时满足以上两个状况。
发明内容
本发明的目的是针对传统诱导轮无法同时满足诱导轮出口液流稳定和诱导轮出口扬程满足叶轮进口的需要，设计一种新型高速离心泵用诱导轮及其工作方法。
本发明一种高速离心泵用诱导轮，由非线性变曲率轮毂一、线性轮毂二、非线性变曲率轮毂三、主叶片、尾部长分流叶片和尾部短分流叶片组成；所述的非线性变曲率轮毂一和线性轮毂二一体成型；线性轮毂二与非线性变曲率轮毂三固定；所述的非线性变曲率轮毂一为以四分之一外凸形椭圆为母线且曲率半径沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐增加的旋转体，线性轮毂二为以斜线为母线的旋转体，非线性变曲率轮毂三为以四分之一内凹形椭圆为母线且曲率半径沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐减小的旋转体；线性轮毂二的直径沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐增大；所述的非线性变曲率轮毂一和线性轮毂二上固定设有主叶片；所述的非线性变曲率轮毂三上固定设有沿周向均布的四片尾部长分流叶片和沿周向均布的四片尾部短分流叶片，且每相邻两片尾部长分流叶片之间设置一片尾部短分流叶片；主叶片、尾部长分流叶片和尾部短分流叶片均呈螺旋线形，且主叶片采用双螺旋线；主叶片、尾部长分流叶片和尾部短分流叶片的螺旋方向均相同；主叶片的螺距沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐增大，且主叶片的径向尺寸沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向也逐渐增大；长分流叶片和短分流叶片的螺旋角小于主叶片的螺旋角；长分流叶片和短分流叶片的螺距相同，且至少为主叶片螺距的1.5倍；长分流叶片的径向尺寸最小值大于主叶片的径向尺寸最大值；短分流叶片的径向尺寸最大值小于主叶片的径向尺寸最小值；所述长分流叶片和短分流叶片的叶缘处均设有锯齿结构。
优选地，所述的线性轮毂二端面开设的花键槽与非线性变曲率轮毂三端面一体成型的花键配合连接。
优选地，所述长分流叶片的长度小于长分流叶片的螺距，短分流叶片的长度小于短分流叶片的螺距。
该高速离心泵用诱导轮的工作方法，具体如下：
液流流经非线性变曲率轮毂一和线性轮毂二时，随着非线性变曲率轮毂一曲率半径的增加，以及主叶片的径向尺寸沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐增大，主叶片的影响区域逐渐增加；且随着非线性变曲率轮毂一曲率半径的增加，以及线性轮毂二的直径沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐增大，流道逐渐扩大，增大了出口扬程。液流继续流经非线性变曲率轮毂三时，长分流叶片和短分流叶片起到稳定出口液流和增加出口扬程的双重作用，且长分流叶片和短分流叶片叶缘处的锯齿结构，有效减少尾迹涡流。
本发明与传统诱导轮技术相比，具有以下有益于改善内部流动状况的效果：
本发明获得了一种非线性曲率半径变化和线性变化组合式轮毂，以及变螺距和不变螺距组合式叶片，达到了变螺旋叶片的效果，增大了该高速离心泵用诱导轮的出口扬程；长分流叶片和短分流叶片起到稳定出口液流和增加出口扬程的双重作用，且长分流叶片和短分流叶片叶缘处的锯齿结构，有效减少尾迹涡流。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中非线性变曲率轮毂一、线性轮毂二和非线性变曲率轮毂三的示意图；
图3-1为本发明中非线性变曲率轮毂一、线性轮毂二和主叶片的结构立体图；
图3-2为本发明中非线性变曲率轮毂一、线性轮毂二和主叶片的结构示意图；
图3-3为图3-2的左视图；
图4-1为本发明中非线性变曲率轮毂三、尾部长分流叶片和尾部短分流叶片的结构立体图；
图4-2为本发明中非线性变曲率轮毂三、尾部长分流叶片和尾部短分流叶片的结构示意图；
图4-3为图4-2的左视图；
图5为本发明中长分流叶片和短分流叶片叶缘处的锯齿结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2和5所示，一种高速离心泵用诱导轮，由非线性变曲率轮毂一1、线性轮毂二2、非线性变曲率轮毂三3、主叶片4、尾部长分流叶片5和尾部短分流叶片6组成；非线性变曲率轮毂一1和线性轮毂二2一体成型；线性轮毂二2与非线性变曲率轮毂三3固定；非线性变曲率轮毂一1为以四分之一外凸形椭圆为母线且曲率半径沿非线性变曲率轮毂一1至线性轮毂二2方向逐渐增加的旋转体，线性轮毂二2为以斜线为母线的旋转体，非线性变曲率轮毂三3为以四分之一内凹形椭圆为母线且曲率半径沿非线性变曲率轮毂一1至线性轮毂二2方向逐渐减小的旋转体；线性轮毂二2的直径沿非线性变曲率轮毂一1至线性轮毂二2方向逐渐增大；非线性变曲率轮毂一1和线性轮毂二2上固定设有主叶片4；非线性变曲率轮毂三3上固定设有沿周向均布的四片尾部长分流叶片5和沿周向均布的四片尾部短分流叶片6，且每相邻两片尾部长分流叶片5之间设置一片尾部短分流叶片6；主叶片4、尾部长分流叶片5和尾部短分流叶片6均呈螺旋线形，且主叶片4采用双螺旋线；主叶片4、尾部长分流叶片5和尾部短分流叶片6的螺旋方向均相同；主叶片4的螺距沿非线性变曲率轮毂一1至线性轮毂二2方向逐渐增大，且主叶片4的径向尺寸沿非线性变曲率轮毂一1至线性轮毂二2方向也逐渐增大；长分流叶片5的长度小于长分流叶片5的螺距，短分流叶片6的长度小于短分流叶片6的螺距；长分流叶片5和短分流叶片6的螺旋角小于主叶片4的螺旋角；长分流叶片5和短分流叶片6的螺距相同，且至少为主叶片4螺距的1.5倍；长分流叶片5的径向尺寸最小值大于主叶片4的径向尺寸最大值；短分流叶片6的径向尺寸最大值小于主叶片的径向尺寸最小值；长分流叶片5和短分流叶片6的叶缘处均设有锯齿结构7。
如图3-1、3-2、3-3、4-1、4-2和4-3所示，线性轮毂二2与非线性变曲率轮毂三3分开加工，采用花键结构8连接，即线性轮毂二2端面开设的花键槽与非线性变曲率轮毂三3端面一体成型的花键配合连接。采用分段式加工可以有效减少不同段轮毂的加工难度。
该高速离心泵用诱导轮的工作方法，具体如下：
液流流经非线性变曲率轮毂一1和线性轮毂二2时，随着非线性变曲率轮毂一1曲率半径的增加，以及主叶片4的径向尺寸沿非线性变曲率轮毂一1至线性轮毂二2方向逐渐增大，主叶片4的影响区域逐渐增加；且随着非线性变曲率轮毂一1曲率半径的增加，以及线性轮毂二2的直径沿非线性变曲率轮毂一1至线性轮毂二2方向逐渐增大，流道逐渐扩大，达到了变螺旋叶片的效果，增大了该高速离心泵用诱导轮的出口扬程。液流继续流经非线性变曲率轮毂三3时，长分流叶片5和短分流叶片6起到稳定出口液流和增加出口扬程的双重作用，且长分流叶片5和短分流叶片6叶缘处的锯齿结构7，有效减少尾迹涡流。
本实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种高速离心泵用诱导轮，由非线性变曲率轮毂一、线性轮毂二、非线性变曲率轮毂三、主叶片、尾部长分流叶片和尾部短分流叶片组成，其特征在于：所述的非线性变曲率轮毂一和线性轮毂二一体成型；线性轮毂二与非线性变曲率轮毂三固定；所述的非线性变曲率轮毂一为以四分之一外凸形椭圆为母线且曲率半径沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐增加的旋转体，线性轮毂二为以斜线为母线的旋转体，非线性变曲率轮毂三为以四分之一内凹形椭圆为母线且曲率半径沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐减小的旋转体；线性轮毂二的直径沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐增大；所述的非线性变曲率轮毂一和线性轮毂二上固定设有主叶片；所述的非线性变曲率轮毂三上固定设有沿周向均布的四片尾部长分流叶片和沿周向均布的四片尾部短分流叶片，且每相邻两片尾部长分流叶片之间设置一片尾部短分流叶片；主叶片、尾部长分流叶片和尾部短分流叶片均呈螺旋线形，且主叶片采用双螺旋线；主叶片、尾部长分流叶片和尾部短分流叶片的螺旋方向均相同；主叶片的螺距沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐增大，且主叶片的径向尺寸沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向也逐渐增大；长分流叶片和短分流叶片的螺旋角小于主叶片的螺旋角；长分流叶片和短分流叶片的螺距相同，且至少为主叶片螺距的1.5倍；长分流叶片的径向尺寸最小值大于主叶片的径向尺寸最大值；短分流叶片的径向尺寸最大值小于主叶片的径向尺寸最小值；所述长分流叶片和短分流叶片的叶缘处均设有锯齿结构。
2.根据权利要求1所述的一种高速离心泵用诱导轮，其特征在于：所述的线性轮毂二端面开设的花键槽与非线性变曲率轮毂三端面一体成型的花键配合连接。
3.根据权利要求1所述的一种高速离心泵用诱导轮，其特征在于：所述长分流叶片的长度小于长分流叶片的螺距，短分流叶片的长度小于短分流叶片的螺距。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种高速离心泵用诱导轮的工作方法，其特征在于：该方法具体如下：
液流流经非线性变曲率轮毂一和线性轮毂二时，随着非线性变曲率轮毂一曲率半径的增加，以及主叶片的径向尺寸沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐增大，主叶片的影响区域逐渐增加；且随着非线性变曲率轮毂一曲率半径的增加，以及线性轮毂二的直径沿非线性变曲率轮毂一至线性轮毂二方向逐渐增大，流道逐渐扩大，增大了出口扬程；液流继续流经非线性变曲率轮毂三时，长分流叶片和短分流叶片起到稳定出口液流和增加出口扬程的双重作用，且长分流叶片和短分流叶片叶缘处的锯齿结构，有效减少尾迹涡流。
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