CN113202811A - 一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮。本发明采用肋板将叶片分成两个独立部分，并将两部分叶片旋转成特定角度，提升叶轮出口流场的均匀度，抑制叶轮与压水室的动静干涉作用。同时将前半叶片与后半叶片以一定规律非对称布置形成独特的叶片非对称分布的错列式离心泵叶轮。该结构重构叶轮内部流动规律，抑制叶轮与压水室的动静干涉作用，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，从而达到低噪声离心泵设计的目的。

Description

一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮
技术领域
本发明涉及一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮，本发明专利及涉及的设计方法可以应用在离心泵领域、混流泵领域、离心泵风机领域、混流风机领域、轴流风扇等叶片式流体机械领域。
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，泵的振动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结构，主要包括：叶轮-隔舌动静干涉作用、旋涡脱落、旋转失速、空化等作用下而存在压力脉动，其部分能量向外辐射形成噪声。振动噪声严重时，离心泵零部件将受到交变载荷作用，易降低使用寿命，造成疲劳破坏。因此，如何设计低噪声离心泵是目前工程中亟待解决的关键问题之一。
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。目前未见采用非对称分布叶片结合错列叶轮以来减小的噪声的相关专利报导。本发明具有实际的工程应用意义。
发明内容
本发明提出一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮。该叶轮由前盖板、后盖板、中间肋板、前半叶片和后半叶片组成。中间肋板位于叶轮前盖板和后盖板之间，处于叶轮的中心位置，将叶片分割成独立的前半叶片与后半叶片。中间肋板开始于叶片进口边，终止于叶片出口边，其厚度b与叶片平均厚度δ有关，取值范围为0.5δ～1.0δ。前半叶片与后半叶片之间呈错列式，将后半叶片顺时针旋转角度φ，该角度与叶轮叶片数Z有关，其取值范围为90/Z～180/Z。前半叶片与后半叶片沿圆周方向均以一定相同规律进行非对称布置，即定义以第一片叶片为起点，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片布置角θ。前半叶片与后半叶片的布置角θ相同，叶片布置角θ满足周期函数：θi＝θ′+Δθ·sin(i·θ′)或θ＝θ′+Δθ·cos(i·θ′)，其中i指的是从起点开始的第i个叶片，θi指的是第i个叶片的叶片非对称布置角，θ′指的是叶片沿圆周方向的对称布置角，该角度大小为360°/Z，Δθ指的是最大非对称布置角，该角度取值范围为3°～8°。
本发明采用肋板将叶片分成两个独立部分，并将两部分叶片旋转成特定角度，提升叶轮出口流场的均匀度，抑制叶轮与压水室的动静干涉作用。同时将前半叶片与后半叶片以一定规律非对称布置形成独特的叶片非对称分布的错列式离心泵叶轮。该结构重构叶轮内部流动规律，抑制叶轮与压水室的动静干涉作用，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，从而达到低噪声离心泵设计的目的。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮轴面投影图。
图2是本发明的一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮出口流道展开图。
图3是本发明的一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮平面投影图。
具体实施方式
如图1所示，中间肋板3位于叶轮前盖板1和后盖板2之间，处于叶轮流道的中心位置，其开始于叶片进口边6，终止于叶片出口边7，并将叶片分割成独立的前半叶片4与后半叶片5，前半叶片4与后半叶片5位于中间肋板3两侧。当中间肋板的个数取2～3个时，叶轮被分成2～4层。如图2所示，本方案中，叶片的平均厚度δ为5mm，中间肋板4的厚度b为3mm，为叶片平均厚度的60％。由图3可知，本方案中叶轮叶片数为6，前半叶片4与后半叶片5经过旋转后呈错列式，两者之间夹角φ为30°。前半叶片4与后半叶片5沿圆周方向均以一定相同规律进行非对称布置，定义以第一片叶片为起点，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′)
本方案中叶轮叶片数为6，i为叶片次序1～6，叶片对称布置角θ′为60°，本次实施中最大角度变化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。本次实施中的前半叶片4与后半叶片5布置角θ具体分布如表1所示。
本发明采用肋板将叶片分成两个独立部分，并将两部分叶片旋转成特定角度，提升叶轮出口流场的均匀度，抑制叶轮与压水室的动静干涉作用。同时将前半叶片4与后半叶片5以一定规律非对称布置形成独特的叶片非对称分布的错列式离心泵叶轮。该结构重构叶轮内部流动规律，叶轮旋转时，非对称布置的叶片将抑制叶轮与压水室的动静干涉作用，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，从而达到低噪声离心泵设计的目的。
Figure BDA0003068911260000031
表1是本发明的一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮叶片布置角分布示意图。

Claims (5)

1.一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮，其特征在于，该叶轮由前盖板、后盖板、中间肋板、前半叶片和后半叶片组成；中间肋板位于叶轮前盖板和后盖板之间，处于叶轮的中心位置，将叶片分割成独立的前半叶片与后半叶片；中间肋板开始于叶片进口边，终止于叶片出口边；前半叶片与后半叶片之间呈错列式，将后半叶片顺时针旋转角度φ；前半叶片与后半叶片沿圆周方向均以一定相同规律进行非对称布置，即定义以第一片叶片为起点，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片布置角θ，前半叶片与后半叶片的布置角θ相同。
2.如权利要求1所述的一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮，其特征在于，中间肋板的厚度b与叶片平均厚度δ有关，取值范围为0.5δ～1.0δ。
3.如权利要求1所述的一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮，其特征在于，角度φ与叶轮叶片数Z有关，其取值范围为90/Z～180/Z。
4.如权利要求1所述的一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮，其特征在于，叶片布置角θ满足周期函数：θi＝θ′+Δθ·sin(i·θ′)或θ＝θ′+Δθ·cos(i·θ′)，其中i指的是从起点开始的第i个叶片，θi指的是第i个叶片的叶片非对称布置角，θ′指的是叶片沿圆周方向的对称布置角，该角度大小为360°/Z，Δθ指的是最大非对称布置角，该角度取值范围为3°～8°。
5.如权利要求1所述的一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮，其特征在于，中间肋板的个数取2～3个时，叶轮被分成2～4层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115111187A (zh) * 2022-07-29 2022-09-27 江苏大学 一种新型高速泵叶轮
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