CN112360805A - 一种新型的非对称式低噪声离心泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型的非对称式低噪声离心泵，属于流体机械领域。本发明打破传统的叶片沿圆周方向均匀布置方式，从减小流动诱导噪声出发，通过将叶轮叶片和导叶叶片进行非对称布置，重构叶轮、导叶内流动模式，使得叶轮旋转时，抑制流体经过叶轮、导叶和蜗壳时所产生的动静干涉能量，避免因叶片对称均匀布置产生的激励叠加效应，降低流激噪声能量，从而达到低噪声泵设计的目的。

Description

一种新型的非对称式低噪声离心泵
技术领域
本发明涉及一种新型的非对称式低噪声离心泵，属于流体机械领域。
背景技术
泵作为重要的能量转换装置和流体输送设备，广泛应用于国民经济的各个部门以及舰船、航空航天等尖端技术领域，其中离心泵约占70％。泵产生的噪声目前已成为工厂、泵站和住宅小区等的主要噪声源之一，尤其在工业、核电、军事装备领域，泵的噪声水平已经成为重要性能指标。泵产生的噪声主要分为机械噪声和流动诱导噪声两种。机械噪声是指泵运行时受撞击力、摩擦力等作用下，产生强烈振动而向空间辐射的噪声；流动诱导噪声是指由于泵内非定常流动而存在压力脉动，其部分能量向外辐射形成噪声。
目前离心泵降噪手段主要集中于加设降噪装置减小机械噪声。例如“新型高效降噪旋转离心泵”(专利号：201711201556.7)公开了一种在转轴上增设降噪三角带的离心泵。“一种具有降噪功能的离心泵”(专利号：201720373697.0)通过设置减震垫、缓冲垫、隔音箱以及箱内的消音孔来减小离心泵噪声，而未见改变泵布置方式以来减小的噪声的相关专利报导。
发明内容
本发明打破传统的叶片沿圆周方向均匀布置方式，提出了一种新型具有降噪功能的非对称布置离心泵。本发明所述的特殊结构离心泵从减小流动诱导噪声出发，通过将叶轮叶片和导叶叶片进行非对称布置，重构叶轮、导叶内流动模式，使得叶轮旋转时，抑制流体经过叶轮、导叶和蜗壳时所产生的动静干涉能量，避免因叶片对称均匀布置产生的激励叠加效应，降低流激噪声能量，从而达到低噪声泵设计的目的。
本发明采用的技术方案如下：
一种新型的非对称式低噪声离心泵，该离心泵包括叶轮、导叶和蜗壳。其特征在于：叶轮叶片和导叶叶片沿圆周方向以一定规律进行非对称布置。在叶轮中定义以第一片叶轮叶片为起点，沿叶轮旋转方向，相邻叶片出口边与前一叶片出口边的夹角为叶轮叶片布置角θ；在导叶中以第一片导叶叶片为起点，沿叶轮旋转相反方向，定义相邻叶片出口边与前一叶片出口边的夹角为导叶叶片布置角φ。叶轮叶片布置角和导叶叶片布置角均满足以下周期函数：
(θ,φ)i＝(θ,φ)′+Δ(θ,φ)·sin(i·(θ,φ)′)或(θ,φ)i＝(θ,φ)′+Δ(θ,φ)·cos(i·(θ,φ)′)。
其中i指的是从起点开始的第i个叶片，(θ,φ)i指的是第i个叶片的叶片非对称布置角，(θ,φ)′指的是叶片常规对称布置角，其大小为
Figure BDA0002741896480000021
其中Z为叶片数，Δ(θ,φ)指的是最大非对称布置变化角度，其范围可取0＜Δ(θ,φ)＜180/Z，Z为叶片数。该低噪声泵的叶轮叶片数为4～12片，导叶叶片数为6～20片，叶轮、导叶所有叶片的形状及几何参数一致。本发明通过将叶轮叶片和导叶叶片沿圆周方向进行非线性对称布置，重构叶轮、导叶内流动模式，使得叶轮旋转时，抑制流体经过叶轮、导叶和蜗壳时所产生的动静干涉能量，避免因叶片对称均匀布置产生的激励叠加效应，降低流激噪声能量，从而达到低噪声泵设计的目的。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的非对称式离心泵轴截面示意图。
图2是本发明的非对称式离心泵叶轮叶片布置角分布示例图。
图3是本发明的非对称式离心泵导叶叶片布置角分布示例图。
具体实施方式
如图1所示，导叶2安装于叶轮1与蜗壳3之间。叶轮叶片4沿圆周方向非对称布置，以第一片叶轮叶片为起点，沿叶轮旋转方向，相邻叶片出口边与前一叶片出口边的夹角为叶轮叶片布置角θi。相邻叶片出口所在半径夹角θi按正弦函数关系变化，该函数如下式：
θi＝θ′+Δθ·sin(i·θ′)
叶轮叶片4个数为6，i为叶片次序1～6，叶片常规对称布置角θ′为60°，本次实施中最大非对称布置变化角度根据上述公式0＜Δ(θ,φ)＜180/Z可取Δθ为5°，所有叶片夹角之和为360°，所有叶片的进出口安放角、包角等结构参数相同。本次实施中的叶轮叶片4布置角θ具体分布如图2所示。
导叶叶片5沿圆周方向非对称布置，以第一片导叶叶片为起点，沿叶轮旋转相反方向，相邻叶片出口边与前一叶片出口边的夹角为叶轮叶片布置角φi。相邻叶片出口所在半径夹角φi按正弦函数关系变化，该函数如下式：
φi＝φ′+Δφ·sin(i·φ′)
导叶叶片5个数为10，i为叶片次序1～10，叶片常规对称布置角φ′为36°，本次实施中最大非对称布置变化角度根据上述公式0＜Δ(θ,φ)＜180/Z可取Δφ为5°，所有叶片夹角之和为360°，所有叶片的进出口安放角、包角等结构参数相同。本次实施中的导叶叶片5布置角φ具体分布如图3所示。
本发明通过将叶轮叶片4和导叶叶片5沿圆周方向进行非线性对称布置，重构叶轮-导叶匹配能力，形成非对称匹配。当叶轮扫略导叶时，打破常规叶轮-导叶动静干涉产生的相位叠加效应，使得动静干涉引起的压力脉动能量无法进行周期性叠加，降低压力脉动水平。进而抑制流体经过叶轮、导叶和蜗壳时所产生的动静干涉能量，降低流激噪声能量，达到低噪声泵设计的目的。

Claims (3)

1.一种新型的非对称式低噪声离心泵，包括叶轮、导叶和蜗壳，其特征在于：叶轮叶片和导叶叶片沿圆周方向以一定规律进行非对称布置；在叶轮中定义以第一片叶轮叶片为起点，沿叶轮旋转方向，相邻叶片出口边与前一叶片出口边的夹角为叶轮叶片布置角θ；在导叶中以第一片导叶叶片为起点，沿叶轮旋转相反方向，定义相邻叶片出口边与前一叶片出口边的夹角为导叶叶片布置角φ；叶轮叶片布置角θ和导叶叶片布置角φ均满足周期函数如下：
(θ,φ)i＝(θ,φ)′+Δ(θ,φ)·sin(i·(θ,φ)′)或(θ,φ)i＝(θ,φ)′+Δ(θ,φ)·cos(i·(θ,φ)′)。
且叶轮叶片、导叶叶片夹角之和都为360°，其中i指的是从起点开始的第i个叶片，(θ,φ)i指的是第i个叶片的叶片非对称布置角，(θ,φ)′指的是叶片常规对称布置角，其大小为
Figure FDA0002741896470000011
其中Z为叶片数，Δ(θ,φ)指的是最大非对称布置变化角度，其范围可取0＜Δ(θ,φ)＜180/Z，Z为叶片数。
2.如权利要求1所述的一种新型的非对称式低噪声离心泵，其特征在于：叶轮叶片数为4～12片，导叶叶片数为6～20片，叶轮所有叶片的形状及几何参数一致；导叶所有叶片的形状及几何参数一致。
3.如权利要求1所述的一种新型的非对称式低噪声离心泵，其特征在于：叶轮叶片的安放角、包角几何结构参数完全相同；导叶叶片的安放角、包角几何结构参数完全相同。
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