CN115234509A - 一种高效低噪声高速泵叶轮 - Google Patents

一种高效低噪声高速泵叶轮 Download PDF

Info

Publication number
CN115234509A
CN115234509A CN202210906605.1A CN202210906605A CN115234509A CN 115234509 A CN115234509 A CN 115234509A CN 202210906605 A CN202210906605 A CN 202210906605A CN 115234509 A CN115234509 A CN 115234509A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blades
impeller
long
short
medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210906605.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115234509B (zh
Inventor
张宁
李德林
高波
倪丹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN202210906605.1A priority Critical patent/CN115234509B/zh
Publication of CN115234509A publication Critical patent/CN115234509A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115234509B publication Critical patent/CN115234509B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2205—Conventional flow pattern
    • F04D29/2222—Construction and assembly
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/24—Vanes
    • F04D29/242—Geometry, shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/669—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for liquid pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高效低噪声高速泵叶轮。该高速泵叶轮的特征是采用多层长短叶片，且叶片被肋板分成两个独立部分，并将两部分叶片旋转成特定角度，从而形成多层长短、分半、错列式叶轮，以达到高效、低噪声设计的目的。

Description

一种高效低噪声高速泵叶轮
技术领域
本发明涉及一种高效低噪声高速泵叶轮，属于泵、风机、压缩机等旋转类流体机械领域。
背景技术
高速泵又称为部分流泵、切线泵或巴斯克泵(BARSKE泵)，其过流部件和结构形状与一般离心泵不同。由于它采用了提高转速的特殊叶轮设计，所以能产生只有多级离心泵或容积泵才能达到的低流量、高扬程，即低比转速，而无需多极化。
高速泵具有单级扬程高、结构紧凑、维护方便、可靠性高等优点，被广泛应用于石油化工和航空航天等领域。作为关键输送设备，高速泵的高效率和稳定运行对系统运转至关重要。高速泵工作过程中的能量损失包括机械损失、容积损失和水力损失，高速泵的总效率等于机械效率、容积效率和水力效率的乘积。高速泵工作过程中能量转换形式的复杂多样性导致了效率低、不确定性高等问题的存在。与此同时，高速泵运行过程中，内部复杂流动将诱发高能噪声，高速泵中噪声根据产生机理分为流激噪声和流激振动噪声，流激噪声又称流致噪声，主要指高速泵因叶轮转动而导致的非定常流动直接产生的辐射噪声；流激振动噪声是指非定常流动力激励结构壁面振动并产生二次辐射噪声。在对高速有极其严格性能、噪声要求的领域(如核泵、舰船、航空供油泵等)，高速泵流激振动对系统运行的稳定性和军事隐蔽性有严重影响。因此，如何提高高速泵的效率并降低高速泵运行过程中产生的流动不稳定性及高能噪声是领域研究的热点，也是研究的难点问题。
发明内容
为了进一步提高高速泵的效率，并抑制其非定常内流诱发的激励能量，本发明采用不同尺寸的长、中、短叶片以长短中短或长中短组合均匀排列在叶轮前后盖板上，根据泵相似理论确定长中短三类叶片的尺寸和形状，本发明的三类叶片均为扭曲叶片，定义L为长叶片工作面弧长，则中叶片工作面弧长等于0.8L,短叶片工作面弧长等于0.5L，叶轮长叶片数n为3-7片，中叶片数和长叶片一致，当采用长中短布置时，短叶片和长叶片数一致，当采用长短中短布置时，短叶片数为长叶片的2倍。当采用长短中短组合排列时，叶片总数n满足函数
Figure BDA0003772707990000021
当采用长中短排列方式布置时，叶片总数n满足函数
Figure BDA0003772707990000022
采用不同排列方式时的长、中、短叶片具体数量按上文所述比例分配。其中L为经验系数，取6.5，Qs指叶轮流道轴面投影内中线重心半径、w指叶轮流道轴面投影内中线的展开长度、αs是叶片进出口角的平均值。该叶轮采用了中间肋板结构，其位于叶轮前、后盖板中间，将叶片分成两个独立部分，通过旋转将两部分叶片错开成特定角度θ，该角度θ与叶轮叶片数n有关，采用长中短叶片布置方式时两列叶片间错开夹角的取值范围为90/n～180/n，采用长短中短叶片布置方式时两列叶片间错开夹角的取值范围为120/n～180/n。通过中间肋板及叶片旋转错开后，最终形成独特的长短叶片分半错列式高速泵叶轮。该中间肋板起始于叶轮半径R的0.2-0.5倍处，终止于叶轮出口。中间肋板的厚度与叶片平均厚度有关，其取值范围为叶片平均厚度的1.0～2.0倍。
本发明通过采用长短叶片的设计提高高速泵的效率，通过采用中间肋板的分割降低动静干涉引起的振动噪声，从而达到低噪声的设计目的。相比于常规叶轮，在满足全部工艺参数条件后，采用本发明的叶轮设计，具有效率更高、噪声更低的优点。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的一种高效低噪声高速泵叶轮轴面投影图；图中1为叶轮前盖板、2为叶轮后盖板、3为中间肋板结构。
图2为本发明的一种高效低噪声高速泵叶轮长短中短叶片组合平面投影图，图中4为叶轮出口、5为长叶片、6为中叶片、7为短叶片。
图3为本发明的一种高效低噪声高速泵叶轮长中短叶片组合平面投影图，图中4为叶轮出口、5为长叶片、6为中叶片、7为短叶片。
图4为本发明的一种高效低噪声高速泵叶轮出口流道过流断面的平面展开图，图中1为叶轮前盖板、2为叶轮后盖板、3为中间肋板结构、5为后叶轮叶片、6为前叶轮叶片。
图5为本发明与常规方案的性能对比图。
图6为本发明与常规方案的压力脉动对比图。
具体实施方式
根据高速泵标准工况点扬程H、流量Q、转速n来设计高速泵叶轮叶片的几何参数，叶轮结构包括长中短三种叶片、前盖板、后盖板和中间肋板，通过确定高速泵叶轮几个重要参数公式进行叶轮水力设计。
图1给出了一种高效低噪声高速泵叶轮的轴面投影图，由图可知：该叶轮具有中间肋板结构3，位于前盖板1和后盖板2之间，其轴向位置位于叶轮流道的中心处，该肋板将叶片分成两个独立的部分后叶轮叶片5和前叶轮叶片6，该中间肋板径向位置起始于叶轮半径的0.2-0.5倍处，终止于叶轮出口。由图2可知：独立的后叶轮叶片5和前叶轮叶片6经过旋转后呈现特定的夹角θ，本方案中采用长短中短叶片组合时叶片数为20，长叶片为5片(长度为L)、中叶片为5片(长度为0.8L)、短叶片为10片(长度为0.5L)，该夹角为9°；采用长中短叶片组合时叶片数为15，长叶片为5片(长度为L)、中叶片为5片(长度为0.8L)、短叶片为5片(长度为0.5L)，该夹角为12°。由图4可知，本方案中，叶片的平均厚度δ为2mm，中间肋板3的厚度b为3mm，即为叶片平均厚度的150％。
由图5知本发明叶轮的泵效率与普通叶轮的泵效率相比有明显的提升，小流量工况效率提高近10％，标准工况效率提高近18％。图6为本发明叶轮与普通叶轮通过非定常计算得到的隔舌处监测点的频谱对比图，由图6可知本发明叶轮在一倍叶频的幅值明显低于原始叶轮，降低了近50％，有效的抑制了高速泵内部复杂流动诱发的激励能量。

Claims (2)

1.一种高效低噪声高速泵叶轮，其特征在于，包括长中短三种叶片、前盖板、后盖板和中间肋板，中间肋板结构位于前盖板和后盖板之间，其轴向位置位于叶轮流道的中心处；不同尺寸的长、中、短叶片以长短中短或长中短组合均匀排列在叶轮前后盖板上，根据泵相似理论确定长中短三类叶片的尺寸和形状；叶轮长叶片数n为3-7片，中叶片数和长叶片一致，当采用长中短布置时，短叶片和长叶片数一致，当采用长短中短布置时，短叶片数为长叶片的2倍；当采用长短中短组合排列时，叶片总数n满足函数
Figure FDA0003772707980000011
当采用长中短排列方式布置时，叶片总数n满足函数
Figure FDA0003772707980000012
其中L为经验系数，取6.5，Qs指叶轮流道轴面投影内中线重心半径、w指叶轮流道轴面投影内中线的展开长度、αs是叶片进出口角的平均值，中间肋板将叶片分成两个独立部分，通过旋转将两部分叶片错开成特定角度θ，该角度θ与叶轮叶片数n有关，采用长中短叶片布置方式时两列叶片间错开夹角的取值范围为90/n～180/n，采用长短中短叶片布置方式时两列叶片间错开夹角的取值范围为120/n～180/n；通过中间肋板及叶片旋转错开后，最终形成独特的长短叶片分半错列式高速泵叶轮；中间肋板起始于叶轮半径R的0.2-0.5倍处，终止于叶轮出口；中间肋板的厚度与叶片平均厚度有关，其取值范围为叶片平均厚度的1.0～2.0倍。
2.如权利要求1所述的一种高效低噪声高速泵叶轮，其特征在于，三类叶片均为扭曲叶片，定义L为长叶片工作面弧长，则中叶片工作面弧长等于0.8L,短叶片工作面弧长等于0.5L。
CN202210906605.1A 2022-07-29 2022-07-29 一种高效低噪声高速泵叶轮 Active CN115234509B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210906605.1A CN115234509B (zh) 2022-07-29 2022-07-29 一种高效低噪声高速泵叶轮

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210906605.1A CN115234509B (zh) 2022-07-29 2022-07-29 一种高效低噪声高速泵叶轮

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115234509A true CN115234509A (zh) 2022-10-25
CN115234509B CN115234509B (zh) 2024-05-17

Family

ID=83677250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210906605.1A Active CN115234509B (zh) 2022-07-29 2022-07-29 一种高效低噪声高速泵叶轮

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115234509B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115111187A (zh) * 2022-07-29 2022-09-27 江苏大学 一种新型高速泵叶轮

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112196834A (zh) * 2020-10-26 2021-01-08 江苏大学 一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体
CN112196828A (zh) * 2020-10-26 2021-01-08 江苏大学 一种具有低噪声特性的非线性对称离心叶轮
CN112302993A (zh) * 2020-11-25 2021-02-02 江苏大学 一种带偏置翼型短叶片的离心泵叶轮
CN112360805A (zh) * 2020-10-26 2021-02-12 江苏大学 一种新型的非对称式低噪声离心泵
CN112855607A (zh) * 2021-01-18 2021-05-28 江苏大学 一种带多个短叶片的离心泵叶轮
CN113007129A (zh) * 2021-03-30 2021-06-22 江苏大学 一种分层错列的低噪声特性离心泵叶轮
CN113187761A (zh) * 2021-05-17 2021-07-30 江苏大学 一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵
CN113187769A (zh) * 2021-05-17 2021-07-30 江苏大学 一种具有低噪声特性的分层错列导叶
CN113202811A (zh) * 2021-05-17 2021-08-03 江苏大学 一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮
CN115111187A (zh) * 2022-07-29 2022-09-27 江苏大学 一种新型高速泵叶轮

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112196834A (zh) * 2020-10-26 2021-01-08 江苏大学 一种具有低噪声特性的非线性对称布置导叶体
CN112196828A (zh) * 2020-10-26 2021-01-08 江苏大学 一种具有低噪声特性的非线性对称离心叶轮
CN112360805A (zh) * 2020-10-26 2021-02-12 江苏大学 一种新型的非对称式低噪声离心泵
CN112302993A (zh) * 2020-11-25 2021-02-02 江苏大学 一种带偏置翼型短叶片的离心泵叶轮
CN112855607A (zh) * 2021-01-18 2021-05-28 江苏大学 一种带多个短叶片的离心泵叶轮
CN113007129A (zh) * 2021-03-30 2021-06-22 江苏大学 一种分层错列的低噪声特性离心泵叶轮
CN113187761A (zh) * 2021-05-17 2021-07-30 江苏大学 一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵
CN113187769A (zh) * 2021-05-17 2021-07-30 江苏大学 一种具有低噪声特性的分层错列导叶
CN113202811A (zh) * 2021-05-17 2021-08-03 江苏大学 一种叶片非对称分布的错列式离心叶轮
CN115111187A (zh) * 2022-07-29 2022-09-27 江苏大学 一种新型高速泵叶轮

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115111187A (zh) * 2022-07-29 2022-09-27 江苏大学 一种新型高速泵叶轮
CN115111187B (zh) * 2022-07-29 2024-05-14 江苏大学 一种新型高速泵叶轮

Also Published As

Publication number Publication date
CN115234509B (zh) 2024-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8162604B2 (en) Diffusor
JP5608062B2 (ja) 遠心型ターボ機械
US11408439B2 (en) Centrifugal compressor and turbocharger
US8016557B2 (en) Airfoil diffuser for a centrifugal compressor
CN203614428U (zh) 一种具有螺旋叶片的轴流流体压力机及涡轮
US10760587B2 (en) Extended sculpted twisted return channel vane arrangement
US9638211B2 (en) Scroll tongue part and rotary machine including the same
JP2018173020A (ja) 遠心圧縮機
CN115234509A (zh) 一种高效低噪声高速泵叶轮
JP2023052513A (ja) キャビティ音響モードによる騒音及び構造の励振を最低限に抑える方法及び構成
CN113187769A (zh) 一种具有低噪声特性的分层错列导叶
CN115111187A (zh) 一种新型高速泵叶轮
WO2021134818A1 (zh) 一种高抗空化性能的诱导轮
JP5656164B2 (ja) ターボポンプ
JP6065509B2 (ja) 遠心圧縮機
JP2018135836A (ja) 遠心圧縮機
JP5192060B2 (ja) コンプレッサ
JP6078303B2 (ja) 遠心式流体機械
CN216342877U (zh) 蜗壳及压缩机
CN114876864A (zh) 微涡轮和具有该微涡轮的呼吸机
US10174766B2 (en) Diffuser for a forward-swept tangential flow compressor
US20230375005A1 (en) Centrifugal compressor
JPH11257290A (ja) 遠心圧縮機のディフューザー
US20230304507A1 (en) Compressor housing and centrifugal compressor
JPH11257291A (ja) 遠心圧縮機のディフューザー

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant