CN112196834A - 一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体 - Google Patents

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高波
王非凡
张宁
顾嘉
倪丹
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
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    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/445—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
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Abstract

本发明涉及一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体，属于流体机械领域。本发明与常规的均匀对称式导叶布置不同，将相邻导叶叶片出口边所在半径的角度大小按照周期性函数进行设计，形成叶片间角度符合三角函数分布规律的非线性对称导叶体，抑制叶轮扫略导叶后产生的周期性动静干涉叠加效应，从而达到减弱动静干涉引起的振动噪声能量的目的，并提高泵的综合运行效率及稳定性。

Description

一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体
技术领域
本发明涉及一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体，属于流体机械领域。
背景技术
导叶体也叫导流壳，被用于各种井用泵(深井泵、潜水泵)和导叶式混流泵，其内部流动复杂，是泵能量转换的重要环节。导叶起到把叶轮出口液体收集起来并送到下级叶轮进口或出口管路、转换速度能为压力能、消除速度环量的作用。非设计工况下，导叶叶片进口存在大量的回流和旋涡，内部流动复杂，尤其在空间导叶吸力面存在大量的二次流，产生较大的水力损失，影响泵的效率，资料表明导叶体中的水力损失占泵内水力损失的40％～50％，其是泵重要的流动损失源。与此同时，受叶轮和导叶动静干涉作用的影响，这些二次流、旋涡等现象更会加剧流体诱发的泵体振动，降低泵的运行稳定性。
目前针对导叶体的研究主要集中于叶片型线、几何参数、叶片数等因素的优化方面。例如黄辉等研究了导叶体的出口直径、叶片出口安放角对叶轮匹配特性及泵性能的影响。张德胜等研究了斜流泵导叶叶片数对泵性能及压力脉动的影响。周岭等对深井泵进行研究，分析了具有圆柱型和扭曲型两种不同叶片形式导叶体对泵性能的影响。目前的研究均以叶片沿圆周均匀布置的导叶体为研究对象，尚未从叶片的布置结构出发研究导叶性能，以进一步提高导叶体的效率及其与叶轮、压水室的匹配性能。因此打破传统设计对导叶体进行结构重构，对提高水力性能，降低叶轮-导叶的动静干涉作用，优化泵的振动噪声水平具有重要的工程意义。
发明内容
本发明提出了一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体，减少了由动静干涉引起的振动噪声能量，达到低噪声泵设计的目的。本发明与常规的均匀对称式导叶布置不同，将相邻导叶叶片出口边所在半径的角度大小按照周期性函数进行设计，形成叶片间角度符合三角函数分布规律的非线性对称导叶体，抑制叶轮扫略导叶后产生的周期性动静干涉叠加效应，从而达到减弱动静干涉引起的振动噪声能量的目的，并提高泵的综合运行效率及稳定性。
根据本发明提供的一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体，该导叶体由叶片和盖板组成，导叶体安装于叶轮和蜗壳之间。
在本发明中，导叶体叶片沿圆周方向非对称布置，以第一片叶片为起点，沿叶轮旋转方向，第一片叶片的出口边所在半径和环形蜗壳出口中心线之间夹角为α，α最佳安放角度范围为0＜α≤15°，导叶体叶片叶数为6～20。相邻叶片出口所在半径夹角θi'按正弦、余弦函数关系变化，且所有叶片夹角之和为360°。
在本发明中，角度θi'变化符合正弦或余弦函数，计算公式如下：
θi'＝θi+Δθ×Sin(iθi)；θi'＝θi+Δθ×Cos(iθi)；且∑θi'＝360°
其中：θi为给定叶片数条件下，导叶体叶片沿圆周方向均匀对称布置角度；θi'为导叶体非线性对称布置角度；Δθ为均匀对称布置与非线性对称布置角度变化最大值，其范围为：0＜Δθ＜180/z，z为导叶叶片数；i为叶片次序。
本发明提供了一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体，其具有以下技术优势：
本发明提出的非线性对称布置的导叶体结构，使得叶轮扫略导叶产生的动静干涉效应无法进行周期性叠加，从而一定程度上减弱了泵运行时由叶轮导叶动静干涉所产生的振动噪声，最终提高泵的运行效率及稳定性。此外，本发明还具有实施容易的特点。
附图说明
图1是本发明的非线性对称布置导叶体轴截面示意图。
图2是传统的叶片均匀布置的导叶体轴截面图。
具体实施方式
本发明提出了一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体。该导叶体叶片1与叶轮3非对称匹配，从而一定程度上减弱了泵运行时由叶轮-导叶动静干涉所产生的振动噪声能量。下面参照附图对本发明的具体实施方式进一步详细说明。
如图1所示，本发明结构由导叶体叶片1、盖板2、叶轮3、蜗壳4组成。叶片1与盖板2组成导叶体，安装于叶轮3与蜗壳4之间。如图1所示，导叶叶片1沿圆周方向非线性对称布置，以第一片叶片为起点，沿叶轮旋转方向，叶片出口边所在半径与蜗壳中心线的夹角α为8°，叶片数为20，i为叶片次序1～20。相邻叶片出口边所在半径夹角θi'按正弦函数关系变化，且所有夹角之和为360°。本次实施中最大角度变化Δθ为5°。所有叶片的进出口安放角、包角等结构参数相同。相邻叶片出口边所在半径夹角按正弦函数关系变化，该函数如下式：
θi'＝18+5×Sin(18*i)(i＝1～20)
导叶体不同角度的具体实施角度如下：
i θ<sub>i</sub>'(°)
1 14.2
2 13.0
3 15.2
4 19.3
5 22.5
6 22.6
7 19.7
8 15.5
9 13.1
10 14.0
11 17.6
12 21.5
13 23.0
14 21.1
15 17.1
16 13.7
17 13.2
18 16.0
19 20.1
20 22.8
综上所述，通过改变叶片之间的角度，重构导叶内部流动结构及叶轮-导叶匹配能力。相比传统导叶布置角度，符合三角函数变化关系的角度布置，破坏了叶轮扫略导叶时动静干涉产生的相位叠加效应，致使动静干涉诱发的压力脉动能量无法进行周期性的叠加，从而降低泵内压力脉动水平。进而达到减小干涉引起的振动噪声能量，提高泵的效率和运行的稳定性。

Claims (4)

1.一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体，该导叶体由叶片和盖板组成，导叶体安装于叶轮和蜗壳之间，其特征在于，导叶体叶片沿圆周方向非对称布置，以第一片叶片为起点，沿叶轮旋转方向，第一片叶片的出口边所在半径和环形蜗壳出口中心线之间夹角为α，α最佳安放角度范围为：0＜α≤15°；相邻叶片出口所在半径夹角θi′按正弦、余弦函数关系变化，且所有叶片夹角之和为360°。
2.如权利要求1所述的一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体，其特征在于，角度θi′变化符合正弦或余弦函数，计算公式如下：
θi′＝θi+Δθ×Sin(iθi)；θ′i＝θi+Δθ×Cos(iθi)；且∑θ′i＝360°
其中：θi为给定叶片数条件下，导叶体叶片沿圆周方向均匀对称布置角度；θi'为导叶体非线性对称布置角度；Δθ为均匀对称布置与非线性对称布置角度变化最大值，其范围为：0＜Δθ＜180/z，z为导叶叶片数；i为叶片次序。
3.如权利要求1所述的一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体，其特征在于，导叶体叶片叶数为6～20。
4.如权利要求1所述的一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体，其特征在于，所有叶片的安放角、包角结构参数都相同。
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