CN1616830A - 一种超小型离心泵叶轮 - Google Patents
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Abstract
一种超小型离心泵叶轮,涉及其叶轮直径在5~50mm之间的超小型离心泵叶轮的结构设计。本发明在设计中采用了提高泵水力性能的新概念,其技术特点是该叶轮的出口面积与进口面积比在0.9~1.0之间;叶片的进口冲角为10°~30°,出口安放角为30°~55°,叶片数为5~11枚;叶片的进口向泵进口方向延伸,直至轮毂与叶片的交线转为轴向的点为止。实验结果表明,无论是泵内部流动特性、还是泵外部性能,本发明都优于传统叶轮。在最优运行工况点,本发明与传统叶轮相比:流量之比大于2.0,扬程之比大于1.5,做功能力之比大于3.5,最有效率达65%。可用于血液泵,小型燃料电池冷却系统中的循环泵等。
Description
技术领域
本发明涉及一种离心泵叶轮,尤其涉及其叶轮直径在5~50mm之间的超小型离心泵叶轮,可广泛应用于例如胸心外科手术中的血液体外循环的血液泵,小型燃料电池冷却系统中的循环泵等,属于微小型泵技术领域。
背景技术
鉴于环境问题日益突出,为高效利用能源,发展小型、微型机电技术已成为十分重要的发展方向,泵也不例外,其中叶轮是技术的关键。
对于尺寸要求较小的血液泵、小型燃料电池泵压式冷却系统中的循环泵等,尽管人们希望泵的重量再轻些、尺寸再小些,但目前已有的泵叶轮直径均大于50mm。这是因为根据传统设计理论,随着尺度减小,叶轮内部离心力和惯性力的减弱(即雷诺数减小),而其他因素(如摩擦力等)的影响将随之增加,造成叶轮机械的整体效率下降。日本学者赤松教授所研究的血液泵叶轮直径为50mm,泵最高效率为50%。在我国,据了解目前用于燃料电池辅助系统中的小型泵,其叶轮直径为50~60mm,最高效率约为50%左右。
近年来,设计水平、机械加工技术、计算机硬件、计算流体力学(CFD)等的迅猛发展,为开展微小型泵的研究、进一步提高其性能提供了可能性。
发明内容
本发明的目的是提供一种超小型离心泵叶轮(D2=5~50mm),旨在改善叶轮内部流动规律,提高超小型离心泵效率,在进一步缩小离心泵体积的同时,提高泵的水力特性。
本发明的技术方案如下:一种超小型离心泵叶轮,包括轮毂和设置在轮毂上的叶片,其叶轮直径为5~50mm,其特征在于:所述叶轮的出口面积与进口面积比在0.9~1.0之间;所述的叶片的进口冲角为10°~30°,出口安放角为30°~55°,叶片数为5~11枚。
本发明的技术特征还在于:在叶轮进口处,叶片的进口向泵进口方向延伸,直至轮毂与叶片的交线转为轴向的点为止,以改善进口的流动状态。
本发明提供的超小型离心泵叶轮,在设计中采用了提高泵水力性能的新概念,经与按常规设计方法设计的离心泵叶轮进行对比实验——数值模拟及性能实验,结果表明,无论是泵内部流动特性、还是泵外部性能,本发明提供的叶轮都优于传统叶轮。在最优运行工况点,在最优运行工况点,本发明与传统叶轮相比:流量之比大于2.0,扬程之比大于1.5,做功能力之比大于3.5,最有效率达65%。可用于血液泵,小型燃料电池冷却系统中的循环泵等。
附图说明
图1为叶轮的主视图。
图2为图1的侧视图。
图3为叶轮叶片的翼型示意图。
图4为叶轮叶片进口速度三角形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体结构作进一步的说明。
图1、图2为叶轮的结构示意图。该叶轮包括轮毂2和固定在轮毂上的叶片1。在轮毂的中心部位设有叶轮轴孔3。
图3为叶轮叶片的翼型示意图。在叶片1的进口处,其骨线的切线方向与该半径处的圆周切线方向(与叶轮旋转方向相反)之间的夹角为βb1,即进口安放角。在叶片1的出口处,其骨线的切线方向与该半径处的圆周切线方向(与叶轮旋转方向相反)之间的夹角为βh2,即出口安放角。
图4为叶轮叶片进口速度三角形。其中W1为液流在进口处的相对速度,V1为液流在进口处的绝对速度,U1为在进口处的牵连速度,则β1为进口水流角。
在具体设计中本发明采用了如下的结构特征:1)与通常的离心式叶轮相比,采用了较多的叶片数,如图1所示,叶片数最好是5~11枚,以提高叶轮的整体做功能力;2)对于超小型叶轮,由于流量较小,一般叶轮进口水流角β1如图3所示)很小,本叶轮叶片的进口安放角(如图3中的βb1)选用了较大的冲角(=βb1-β1),应大于10°,一般为10°~30°;3)叶轮叶片的出口安放角同样选用了较大角度,如图3中的βb2,最好是30°~55°;4)叶轮的出口面积CD与进口面积AB之比(ACD/AAB)在0.9~1.0之间,如图1所示,以减小流动分离发生的可能性;5)在叶轮进口处,叶片的进口向泵进口方向延伸,直至轮毂与叶片的交线转为轴向的点(如图1中的B点)为止,以改善进口的流动状态,使流动由轴向平顺地转为径向。
Claims (2)
1.一种超小型离心泵叶轮,包括轮毂和设置在轮毂上的叶片,其叶轮直径为5~50mm,其特征在于:所述的叶片所述叶轮的出口面积与进口面积比在0.9~1.0之间;所述的叶片的进口冲角为10°~30°,出口安放角为30°~55°,叶片数为5~11枚。
2.按照权利要求1所述的超小型离心泵叶轮,其特征在于:在叶轮进口处,叶片的进口向泵进口方向延伸,直至轮毂与叶片的交线转为轴向的点为止。
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