CN114876861A - 叶轮和离心泵 - Google Patents

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张�杰
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Abstract

本申请提供了一种叶轮和离心泵，包括叶片组件，叶片组件沿叶轮的周向为非中心对称结构，叶片组件包括多个第一叶片和多个第二叶片，第一叶片和第二叶片沿叶轮的径向呈弧形延伸，第一叶片沿延伸方向的长度大于第二叶片沿延伸方向的长度，第一叶片和第二叶片沿叶轮的周向间隔设置，相邻的第一叶片与第二叶片之间沿叶轮的周向设有间隙。该叶轮重构了叶轮过流能力以及叶片与导叶的匹配特性，能够更好地抑制叶轮与导叶之间的动静干涉能量，进而减轻叶轮与导叶之间动静干涉作用，减少压力波相位叠加效应，提高了泵内流体的流动均匀性，从而减少压力脉动，减轻振动，增强泵的运行稳定性。

Description

叶轮和离心泵
技术领域
本申请属于动力设备技术领域，具体涉及一种叶轮和离心泵。
背景技术
离心泵广泛应用在工业领域，是重要的流体输送装备。现有的离心泵中，叶轮中的叶片均采用沿圆周方向均匀布置的结构形式，且每个叶片的长度和角度相同，每个流道流出的液体流量相同，叶轮与导叶之间存在强烈的动静干涉作用。对于均匀分布的叶片结构形式，压力波容易出现相位叠加效应，从而造成高幅值压力脉动，诱发泵体振动，甚至对泵运行稳定性产生影响。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种叶轮和离心泵，能够减轻叶轮与导叶之间动静干涉作用，减少压力波相位叠加效应，从而减少压力脉动，减轻振动，增强泵的运行稳定性。
为了解决上述问题，本申请提供了一种叶轮，包括叶片组件，所述叶片组件沿所述叶轮的周向为非中心对称结构，所述叶片组件包括多个第一叶片和多个第二叶片，所述第一叶片和所述第二叶片沿所述叶轮的径向呈弧形延伸，所述第一叶片沿延伸方向的长度大于所述第二叶片沿延伸方向的长度，所述第一叶片和所述第二叶片沿所述叶轮的周向间隔设置，相邻的所述第一叶片与所述第二叶片之间沿所述叶轮的周向设有间隙。
可选的，所述第一叶片包括出口端，所述第一叶片的出口端所在的所述叶轮的半径与沿所述叶轮的旋转方向前侧的所述第一叶轮的出口端所在的所述叶轮的半径所呈的夹角为θ，沿所述叶轮的旋转方向各夹角θ的角度的变化符合三角函数曲线。
可选的，沿所述叶轮的旋转方向各夹角θ的角度符合公式θi＝θa+A*Sin(iθa)或θi＝θa+A*Cos(iθa)；
其中，i为沿所述叶轮的旋转方向的所述夹角θ的次序；
θi为沿所述叶轮的旋转方向的第i个所述夹角θ的角度；
θa为叶片组件沿所述叶轮的周向为中心对称结构时的第一叶片的出口端所在的所述叶轮的半径与沿所述叶轮的旋转方向前侧的第一叶轮的出口端所在的所述叶轮的半径所呈的夹角；
A为所述叶片组件沿所述叶轮的周向为非中心对称结构时的最大变化角度的一半。
可选的，各所述夹角θ的角度之和为360°。
可选的，所述第一叶片的数量为3～9个，所述第二叶片的数量为3～9个，所述第一叶片的数量与所述第二叶片的数量相同。
可选的，所述第一叶片与相邻的一个所述第二叶片形成为一组，同组内的所述第一叶片与所述第二叶片之间沿所述叶轮的周向的距离为L1，所述第一叶片与相邻组内的所述第二叶片之间沿所述叶轮的周向的距离为L2，L1＜L2。
可选的，所述第二叶片位于同组内的所述第一叶片沿旋转方向的前侧。
可选的，同组中，所述第一叶片的出口端所在的所述叶轮的半径与所述第二叶轮的出口端所在的所述叶轮的半径所呈的夹角为α，ɑ+5°＜θ。
可选的，ɑ的角度范围为15°～40°。
本申请的另一方面，提供了一种离心泵，包括如上述的叶轮。
有益效果
本发明的实施例中所提供的一种叶轮和离心泵，通过将叶片组件沿叶轮的周向为非中心对称结构，并设置长度不同的第一叶片和第二叶片，并使第一叶片和第二叶片沿叶轮的周向间隔设置且留有间隙，相较于现有技术，重构了叶轮过流能力以及叶片与导叶的匹配特性，能够更好地抑制叶轮与导叶之间的动静干涉能量，进而减轻叶轮与导叶之间动静干涉作用，减少压力波相位叠加效应，提高了泵内流体的流动均匀性，从而减少压力脉动，减轻振动，增强泵的运行稳定性。
附图说明
图1为本申请实施例的叶轮的结构示意图。
附图标记表示为：
1、第一叶片；2、第二叶片；3、盖板。
具体实施方式
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
结合参见图1所示，根据本申请的实施例，一种叶轮，包括叶片组件，叶片组件沿叶轮的周向为非中心对称结构，叶片组件包括多个第一叶片1和多个第二叶片2，第一叶片1和第二叶片2沿叶轮的径向呈弧形延伸，第一叶片1沿延伸方向的长度大于第二叶片2沿延伸方向的长度，第一叶片1和第二叶片2沿叶轮的周向间隔设置，相邻的第一叶片1与第二叶片2之间沿叶轮的周向设有间隙。通过将叶片组件沿叶轮的周向为非中心对称结构，并设置长度不同的第一叶片1和第二叶片2，并使第一叶片1和第二叶片2沿叶轮的周向间隔设置且留有间隙，相较于现有技术，重构了叶轮过流能力以及叶片与导叶的匹配特性，能够更好地抑制叶轮与导叶之间的动静干涉能量，进而减轻叶轮与导叶之间动静干涉作用，减少压力波相位叠加效应，提高了泵内流体的流动均匀性，从而减少压力脉动，减轻振动，增强泵的运行稳定性。
其中，叶片组件沿叶轮的周向为非中心对称结构，也即叶片组件不是以叶轮中心处为对称中心的中心对称结构，叶片组件以叶轮中心处为旋转中心旋转180°后不与旋转前重合。
其中，第一叶片1和第二叶片2沿着叶轮中心到外周侧的方向呈弧形延伸，弧形向叶轮的旋转方向的前方凸出。
其中，叶轮的周向指以叶轮旋转轴的周向。
其中，第一叶片1和第二叶片2的延伸方向为第一叶片1和第二叶片2沿叶轮的径向所呈的弧形的延伸方向。
其中，叶轮还包括盖板3，第一叶片1和第二叶片2设置在盖板3上。
第一叶片1包括出口端，第一叶片1的出口端所在的叶轮的半径与沿叶轮的旋转方向前侧的第一叶轮的出口端所在的叶轮的半径所呈的夹角为θ，沿叶轮的旋转方向各夹角θ的角度的变化符合三角函数曲线，进一步提高了抑制叶轮与导叶之间的动静干涉能量的效果，进而提高了减轻叶轮与导叶之间动静干涉作用的效果。
其中，三角函数曲线包括正弦曲线和余弦曲线。
其中，第一叶片1的出口端为第一叶片1沿叶轮的径向远离叶轮中心的一端。
其中，叶轮呈圆形。
其中，沿叶轮的旋转方向各夹角θ的角度依次呈周期性变化。
沿叶轮的旋转方向各夹角θ的角度符合公式θi＝θa+A*Sin(iθa)或θi＝θa+A*Cos(iθa)；
其中，i为沿叶轮的旋转方向的夹角θ的次序；
θi为沿叶轮的旋转方向的第i个夹角θ的角度；
θa为叶片组件沿叶轮的周向为中心对称结构时的第一叶片1的出口端所在的叶轮的半径与沿叶轮的旋转方向前侧的第一叶轮的出口端所在的叶轮的半径所呈的夹角；
A为叶片组件沿叶轮的周向为非中心对称结构时的最大变化角度的一半。保证了各夹角θ的角度依次呈周期性变化的平顺性，进而进一步提高了抑制叶轮与导叶之间的动静干涉能量的效果，减轻了叶轮与导叶之间动静干涉。
其中，在多个第一叶片1形成的多个夹角θ中，定义一个夹角θ作为起点，作为起点的夹角θ的次序为1，沿叶轮的旋转方向的前侧的夹角θ的次序为2，以此定义出所有夹角θ的次序。例如，第一叶片1的数量为6个，沿叶轮的旋转方向的夹角θ的角度依次为θ1、θ2、θ3、θ4、θ5和θ6。
其中，现有技术中，叶片组件均为中心对称结构，对称中心为叶轮的中心点。也即现有技术中，叶片均沿叶轮的周向均匀排布。Θa也可以理解为现有技术中，第一叶片1的出口端所在的叶轮的半径与沿叶轮的旋转方向前侧的第一叶轮的出口端所在的叶轮的半径所呈的夹角。例如叶片的数量为6个，则Θa为60°。
其中，最大变化角度等于180°除以第一叶片1的数量。第一叶片1的数量为X，最大变化角度为180°/X，A＝180°/2X。例如叶片的数量为6个，最大变化角度为30°，也即A＝30°/2＝15°。
其中，各夹角θ的角度之和为360°。
第一叶片1的数量为3～9个，第二叶片2的数量为3～9个，第一叶片1的数量与第二叶片2的数量相同，保证了良好的抑制叶轮与导叶之间的动静干涉能量的效果。
在一个实施例中，第一叶片1的数量为6个，第二叶片2的数量为6个。
根据公式θi＝θa+A*Cos(iθa)，式中θa＝360°/6＝60°；A＝180°/12＝15°；则公式为θi＝60+15*Cos(i*60)。i为1～6，依次可计算出θ1＝67.5°，θ2＝52.5°，θ3＝45°，θ4＝52.5°，θ5＝67.5°，θ6＝75°。
在另一个实施例中，将θa＝360°/6＝60°，A＝180°/12＝15°换算为弧度带入公式θi＝θa+A*Sin(iθa)，i为1～6，即可算出该公式中的θ1～θ6的数值。
以上两个实施例中的各夹角θ的角度均提高了抑制叶轮与导叶之间的动静干涉能量的效果，进而提高了减轻叶轮与导叶之间动静干涉作用的效果。
以上两个实施例中的各夹角θ的角度均提高了抑制叶轮与导叶之间的动静干涉能量的效果，进而提高了减轻叶轮与导叶之间动静干涉作用的效果。
第一叶片1与相邻的一个第二叶片2形成为一组，同组内的第一叶片1与第二叶片2之间沿叶轮的周向的距离为L1，第一叶片1与相邻组内的第二叶片2之间沿叶轮的周向的距离为L2，L1＜L2。
其中，同组内的第一叶片1与第二叶片2之间沿叶轮的周向的最短距离为L1，第一叶片1与相邻组内的第二叶片2之间沿叶轮的周向的距离为L2。
其中，第二叶片2位于同组内的第一叶片1沿旋转方向的前侧，如图1所示，第二叶片2位于同组内的第一叶片1沿旋转方向的逆时针方向侧。
同组中，第一叶片1的出口端所在的叶轮的半径与第二叶轮的出口端所在的叶轮的半径所呈的夹角为α，ɑ+5°＜θ，能够减少压力波相位叠加效应，提高了泵内流体的流动均匀性，从而减少压力脉动，减轻振动，增强泵的运行稳定性。
其中，ɑ的角度范围为15°～40°。例如，第一叶片1的数量为6个，第二叶片2的数量为6个，ɑ的角度可取25°。
本实施例的另一方面，提供了一种离心泵，包括如上述的叶轮。
本发明的实施例中所提供的一种叶轮和离心泵，通过将叶片组件沿叶轮的周向为非中心对称结构，并设置长度不同的第一叶片1和第二叶片2，并使第一叶片1和第二叶片2沿叶轮的周向间隔设置且留有间隙，相较于现有技术，重构了叶轮过流能力以及叶片与导叶的匹配特性，能够更好地抑制叶轮与导叶之间的动静干涉能量，进而减轻叶轮与导叶之间动静干涉作用，减少压力波相位叠加效应，提高了泵内流体的流动均匀性，从而减少压力脉动，减轻振动，增强泵的运行稳定性。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种叶轮，其特征在于，包括叶片组件，所述叶片组件沿所述叶轮的周向为非中心对称结构，所述叶片组件包括多个第一叶片(1)和多个第二叶片(2)，所述第一叶片(1)和所述第二叶片(2)沿所述叶轮的径向呈弧形延伸，所述第一叶片(1)沿延伸方向的长度大于所述第二叶片(2)沿延伸方向的长度，所述第一叶片(1)和所述第二叶片(2)沿所述叶轮的周向间隔设置，相邻的所述第一叶片(1)与所述第二叶片(2)之间沿所述叶轮的周向设有间隙。
2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述第一叶片(1)包括出口端，所述第一叶片(1)的出口端所在的所述叶轮的半径与沿所述叶轮的旋转方向前侧的所述第一叶轮的出口端所在的所述叶轮的半径所呈的夹角为θ，沿所述叶轮的旋转方向各夹角θ的角度的变化符合三角函数曲线。
3.根据权利要求2所述的叶轮，其特征在于，沿所述叶轮的旋转方向各夹角θ的角度符合公式θi＝θa+A*Sin(iθa)或θi＝θa+A*Cos(iθa)；
其中，i为沿所述叶轮的旋转方向的所述夹角θ的次序；
θi为沿所述叶轮的旋转方向的第i个所述夹角θ的角度；
θa为叶片组件沿所述叶轮的周向为中心对称结构时的第一叶片(1)的出口端所在的所述叶轮的半径与沿所述叶轮的旋转方向前侧的第一叶轮的出口端所在的所述叶轮的半径所呈的夹角；
A为所述叶片组件沿所述叶轮的周向为非中心对称结构时的最大变化角度的一半。
4.根据权利要求3所述的叶轮，其特征在于，各所述夹角θ的角度之和为360°。
5.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述第一叶片(1)的数量为3～9个，所述第二叶片(2)的数量为3～9个，所述第一叶片(1)的数量与所述第二叶片(2)的数量相同。
6.根据权利要求5所述的叶轮，其特征在于，所述第一叶片(1)与相邻的一个所述第二叶片(2)形成为一组，同组内的所述第一叶片(1)与所述第二叶片(2)之间沿所述叶轮的周向的距离为L1，所述第一叶片(1)与相邻组内的所述第二叶片(2)之间沿所述叶轮的周向的距离为L2，L1＜L2。
7.根据权利要求6所述的叶轮，其特征在于，所述第二叶片(2)位于同组内的所述第一叶片(1)沿旋转方向的前侧。
8.根据权利要求2所述的叶轮，其特征在于，同组中，所述第一叶片(1)的出口端所在的所述叶轮的半径与所述第二叶轮的出口端所在的所述叶轮的半径所呈的夹角为α，ɑ+5°＜θ。
9.根据权利要求8所述的叶轮，其特征在于，ɑ的角度范围为15°～40°。
10.一种离心泵，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的叶轮。
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