CN112797020B - 一种提高汽蚀性能的诱导轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高汽蚀性能的诱导轮。轮毂实体外壁有诱导轮叶片，轮毂实体的轮毂前端端面开设中心腔室，中心腔室内装弹簧和钢球，钢球经弹簧和中心腔室底部连接；双螺旋叶片之间的轮毂实体外壁设螺旋形流道，螺旋形流道的末端和叶顶翼弦末端位于轮毂实体的同一垂直于轴向的截面上，螺旋形流道延伸于中心腔室的侧壁处开设成通槽形成螺旋形通槽。本发明将流体通过外力作用切向冲刷叶片易空化的部位，改善诱导轮容易空化部位的水力性能，从而从整体上抑制了诱导轮上的空化，使得流体在离心力的作用下通过槽被甩出而切向冲刷诱导轮易空化部位。

Description

一种提高汽蚀性能的诱导轮

技术领域

本发明涉及一种离心泵技术领域，具体涉及一种诱导轮轮毂开槽以冲蚀叶片来提高汽蚀性能的设计结构。

背景技术

目前，高速离心泵在化工和其他工业中因其体积小、质量轻、高扬程而受到广泛应用，但是高速离心泵的大流量的工况下往往容易出现空化。汽蚀现象不仅使得离心泵发出噪音，泵的效率、扬程、流量下降，而且气泡在高压区域破裂会对壁面产生一定的剥蚀和损伤。

为了避免汽蚀现象，通常会在叶轮前端安装诱导轮，由于诱导轮属于轴流式叶轮，只需要很低的吸入余量，同时给叶轮的入口一定的增压，使得叶轮入口压力提高而超过流体的饱和蒸汽压而不产生空化，当相当于大幅度提高了泵的吸入性能。所以提高诱导轮的抗汽蚀性能成了一个流体机械研究者共同的话题。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明是提供了一种诱导轮轮毂开槽以冲蚀叶片来提高汽蚀性能的设计结构。

本发明所采用的技术方案是：

本发明包含轮毂实体和诱导轮叶片，轮毂实体的外壁面布置有诱导轮叶片，诱导轮叶片为双螺旋叶片，还包括轮毂前端、螺旋形流道、弹簧和钢球；轮毂实体的轮毂前端端面开设孔腔作为中心腔室，中心腔室内安装有弹簧和钢球，钢球经弹簧和中心腔室的底部连接；诱导轮叶片的双螺旋叶片之间的轮毂实体外壁开设螺旋形流道，螺旋形流道平行延伸到靠近流体入口的诱导轮叶片和轮毂实体之间的叶顶翼弦末端旁处，并且螺旋形流道的末端和叶顶翼弦末端位于轮毂实体的同一垂直于轴向的截面上，螺旋形流道延伸于中心腔室的侧壁处开设成通槽形成螺旋形通槽。

在所述螺旋形流道未形成螺旋形通槽部分所在的轮毂实体外壁面布置复合螺旋叶片，复合螺旋叶片分为上复合叶片和下复合叶片，上复合叶片和下复合叶片分别上下间隔布置地连接在螺旋形流道道口上下外缘的轮毂实体外壁面处。

所述的钢球和中心腔室内壁之间具有间隙。

所述的复合螺旋叶片的直径小于诱导轮叶片的直径。

所述的上复合叶片和下复合叶片分别上下平行布置。

本发明将流体通过外力作用切向冲刷叶片易空化的部位，改善诱导轮容易空化部位的水力性能，从而从整体上抑制了诱导轮上的空化。

本发明的有益效果和技术优势为：

本发明主要通过设计一个特殊的轮毂，轮毂内上半部分为中空，在轮毂的外表面沿着特殊的螺旋线开一个弧形槽，弧形槽外焊接有类似复合叶片的结构，内部还设有特殊的流道，使得流体在离心力的作用下通过槽被甩出而切向冲刷诱导轮易空化部位。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为现有诱导轮的结构视图；

图2为本发明诱导轮轮毂开槽并附有特殊流道的结构示意图；

图3为本发明的诱导轮剖面图；

图4为本发明的诱导轮立体图；

图5为本发明的诱导轮半剖立体图；

图6为本发明去掉弹簧和钢球的诱导轮半剖立体图；

图7为本发明局部剖视立体图；

图8为本发明钢球所在处的结构剖面图。

在图中以下数字代表的含义：1-轮毂前端，2-轮毂实体外壁面，3-诱导轮叶片，4-螺旋形通槽，5-中心腔室内壁面，6-螺旋形流道，7-上复合叶片，8-下复合叶片，9-弹簧，10-钢球。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

如图1所示，这是一个诱导轮原模型，诱导轮叶片3直径为64.5mm，整体高度为92.7mm，诱导轮叶片3是由螺距为34.1mm的螺线扫掠而成，这里有两层螺旋的诱导轮叶片。图2是原始诱导轮的俯视图。诱导轮的叶片与轮毂的交线应用半径为2mm的边倒圆。轮毂实体的的轮毂前端1结构呈圆台状，圆台状结构容易使流体被甩出而冲蚀叶片易空化处。

诱导轮中心腔室设置为圆台状结构的圆形，一方面使得中心腔室圆周壁面与轮毂实体外壁面平行，这样厚度比较均匀；另一方面，诱导轮以一定的角速度旋转，离心力的大小为F＝mω²r，离心力与r成正比，圆台状结构中心腔室的底面流体与诱导轮旋转轴距离更大，离心力也就越大，这就使得流体更容易被甩出而冲刷叶片易空化处。

本发明对该诱导轮进行了一系列的改进设计，以提高诱导轮的汽蚀性能。

包含轮毂实体和诱导轮叶片3，轮毂实体的外壁面2布置有诱导轮叶片3，诱导轮叶片3为双螺旋叶片，双螺旋叶片是两层平行的螺旋叶片构成，诱导轮叶片3外是管道，其特征在于：

如图2和图3所示，包括轮毂前端1、螺旋形流道6、弹簧9和钢球10；轮毂实体的轮毂前端1端面开设孔腔作为中心腔室，如图5所示，中心腔室内安装有弹簧9和钢球10，钢球10和中心腔室内壁之间具有间隙，钢球10经弹簧9和中心腔室的底部连接；具体实施在轮毂实体的轮毂前端，将图1诱导轮轮毂前端的直径为6mm的球状结构去掉而改为平面，在轮毂高度73.5mm以上轮毂实体改为中空结构。在中心腔室5内设有由5mm的钢球与自由长度为7mm、中径为5mm的弹簧组成的机构，钢球10与中心腔室5的内壁面之间存有一定的间距。

并且在轮毂前端1的端面分别和中心腔室的内壁面、轮毂实体的外壁面之间加工过渡的倒圆角结构，这样可以改善轮毂前端的结构不连续性，使得流体在轮毂前端1附近由于低压作用更好、更稳定地被中心腔室吸入。

如图4和图6所示，诱导轮叶片3的双螺旋叶片之间的轮毂实体外壁开设螺旋形流道6，螺旋形流道6的螺旋平行于诱导轮叶片3的双螺旋叶片，螺旋形流道6平行延伸到靠近流体入口的诱导轮叶片3和轮毂实体之间的叶顶翼弦末端旁处，叶顶翼弦末端为图中诱导轮叶片3靠近流体入口的一端和轮毂实体之间的过渡衔接处，并且螺旋形流道6的末端和叶顶翼弦末端位于轮毂实体的同一垂直于轴向的截面上，如图6和图8所示，螺旋形流道6延伸于中心腔室的侧壁处开设成通槽使得中心腔室的侧壁贯通，形成螺旋形通槽4。

如图6和图7所示，具体实施设置了双螺旋形流道，分别对应于双螺旋叶片。

在螺旋形流道6未形成螺旋形通槽4部分所在的轮毂实体外壁面2布置复合螺旋叶片，复合螺旋叶片的直径小于诱导轮叶片3的直径，复合螺旋叶片的螺旋平行于螺旋形流道6的螺旋，复合螺旋叶片分为上复合叶片7和下复合叶片8，上复合叶片7和下复合叶片8分别上下间隔平行的布置连接在螺旋形流道6道口上下外缘的轮毂实体外壁面2处。

轮毂前端1通过开有的螺旋形通槽4和螺旋形流道6将流体甩出，流体是在轮毂前端的这个部位被甩出。流体从轮毂前端1的端口进入中心腔室，然后从螺旋形通槽4.中受离心力甩出，或者进入螺旋形流道6，进而从螺旋形流道6受离心力甩出。

通过钢球使得流体被吸入时率先贴合中心腔室内壁面5，经过钢球10和中心腔室内壁之间的间隙贴合贴合中心腔室内壁面5流动，这样就使得被吸入流体获得更大的离心力，使吸入的流体有着更好的分布。通过弹簧的弹性结构减少流体对整体结构的冲击力。

诱导轮空泡产生的区域在诱导轮叶片3的吸力面附近靠近外侧，即靠近叶外缘和管道壁面一侧，螺旋形流道6的末端和叶外缘翼弦末端位于轮毂实体的同一垂直于轴向的截面上，能够降低诱导轮空泡产生。

具体实施的螺旋形通槽的形状是沿着两叶片靠近轮毂侧的中间位置均分螺线从前端扫掠180°而得，宽度为4mm，能保证所有易产生气泡的部位都能被甩出的流体切向冲刷。螺旋形通槽比较狭窄，而且螺旋形通槽的螺旋与叶片的螺旋形状曲度一致，从槽中被甩出的流体对周围流体的影响不大。

在沿轮毂实体轴向的56mm至73.5mm这段高度范围上，不再设置中心腔室，但设置了特殊流道、两幅复合叶片，如图3所示，6为特殊的螺旋形流道，7、8分别为上下复合叶片。两幅复合叶片与诱导轮叶片与通槽螺旋形状一致，并在螺旋形通槽上下边界附近以焊接形式固定。螺旋形流道6的结构如图3和图6所示。

在沿轮毂实体轴向的56mm至73.5mm这段高度范围上，不再设置中心腔室。通槽狭窄，过多的流体并不能有效的甩出而冲刷诱导叶片，若再开设中心腔室，会对诱导轮的整体的强度会有一定的削弱，流体过多也产生较大的离心力。

本发明设置两幅复合叶片7、8，能使甩出的流体更有效的冲刷诱导轮叶片，能防止螺旋形通槽附近的流体倒吸入螺旋流道内。复合叶片呈螺旋状壁厚较薄，能减少来流对复合叶片的冲击力，减少来流与复合叶片的相互作用力。同时，来流又可以切向冲刷复合叶片，这也在一定程度上防止了复合叶片的空化，复合叶片并没有受到来流的轴向冲击。

特殊的螺旋形流道如图3和图6所示，呈螺旋形，能使甩出的流体呈螺旋状，减少甩出流体对来流的干扰，使得流场更加稳定。

下面对流体的运动过程简单描述：

由于离心泵在启动前为了避免气缚现象而处于灌泵状态，在中心腔室以及特殊流道内都充满着流体。在诱导轮转动时，中心腔室和特殊流道内存在有流体，而且这部分流体偏离中轴一定的距离，这就使得这部分流体在离心力的作用下被甩出，中心腔室和特殊流道出现一定的低压区域，这就使得诱导轮轮毂顶端附近的流体源源不断的被吸入。

这类似于叶轮吸入流体的原理。吸入的流体在钢球的作用下，首先会沿着腔室的内壁面而分布，内置的弹簧可以根据吸入流体的流量调节钢球与中心腔室内壁面的空隙。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种提高汽蚀性能的诱导轮，包含轮毂实体和诱导轮叶片（3），轮毂实体的外壁面（2）布置有诱导轮叶片（3），诱导轮叶片（3）为双螺旋叶片，其特征在于：还包括轮毂前端（1）、螺旋形流道（6）、弹簧（9）和钢球（10）；轮毂实体的轮毂前端（1）端面开设孔腔作为中心腔室，中心腔室内安装有弹簧（9）和钢球（10），钢球（10）经弹簧（9）和中心腔室的底部连接；诱导轮叶片（3）的双螺旋叶片之间的轮毂实体外壁开设螺旋形流道（6），螺旋形流道（6）平行延伸到靠近流体入口的诱导轮叶片（3）和轮毂实体之间的叶顶翼弦末端旁处，并且螺旋形流道（6）的末端和叶顶翼弦末端位于轮毂实体的同一垂直于轴向的截面上，螺旋形流道（6）延伸于中心腔室的侧壁处开设成通槽形成螺旋形通槽（4）；

在所述螺旋形流道（6）未形成螺旋形通槽（4）部分所在的轮毂实体外壁面（2）布置复合螺旋叶片，复合螺旋叶片分为上复合叶片（7）和下复合叶片（8），上复合叶片（7）和下复合叶片（8）分别上下间隔布置地连接在螺旋形流道（6）道口上下外缘的轮毂实体外壁面（2）处。

2.根据权利要求1所述的一种提高汽蚀性能的诱导轮，其特征在于：

所述的钢球（10）和中心腔室内壁之间具有间隙。

3.根据权利要求1所述的一种提高汽蚀性能的诱导轮，其特征在于：

所述的复合螺旋叶片的直径小于诱导轮叶片（3）的直径。

4.根据权利要求1所述的一种提高汽蚀性能的诱导轮，其特征在于：

所述的上复合叶片（7）和下复合叶片（8）分别上下平行布置。

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