实用新型内容
有鉴于此,本申请提供了一种迷宫槽式降压盘片,具有较好的降压减速效果。
本申请具体采用如下技术方案:
一种迷宫槽式降压盘片,所述迷宫槽式降压盘片包括盘片基体,所述盘片基体上沿周向设置有均匀分布的至少两条通道,每条所述通道包括顺次连接的通道进口、降压区域和通道出口,其中任意一条所述通道的所述降压区域与相邻的所述通道的所述降压区域连接,所述通道的宽度在从圆心指向圆周的半径方向上逐渐增大。
优选地,所述降压区域包括若干条交替连接的对冲段和直流段,其中,第一条所述对冲段与所述通道进口连接,最后一条所述对冲段与所述通道出口连接,相邻的两条通道中对应的两条对冲段连接。
优选地,所述对冲段包括对称分布的两个弯曲流道组,所述弯曲流道组包括至少一条弯曲流道,所述弯曲流道的进口端与相邻的靠近所述盘片基体的圆心的直流段的出口端相连接,所述弯曲流道的出口端与相邻的靠近所述盘片基体的外圆周的直流段的进口端连接。
优选地,所述弯曲流道包括至少两个相连的流通部且任意两个相邻的所述流通部之间具有非零夹角,所述流通部的延伸方向不经过所述盘片基体的圆心并与所述盘片基体的圆周相交。
优选地,所述弯曲流道包括若干个交替连接的第一流通部和第二流通部,所述第一流通部的延伸方向为周向,所述第二流通部的延伸方向为径向。
优选地,相邻的两条所述通道中的一条所述通道的第二流通部通过分流通道与另一条所述通道中对应的第二流通部连接。
优选地,所述分流通道的宽度等于所述第二流通部的长度。
优选地,位于所述盘片基体的同一同心圆上的若干个所述第一流通部的宽度相同;
位于所述盘片基体的同一同心圆上的若干个所述第二流通部的宽度相同;
位于所述盘片基体的同一同心圆上的若干个所述分流通道的长度相同。
优选地,每条所述通道上所述通道出口的数量不少于所述通道进口的数量。
优选地,所述通道由开设在所述盘片基体上的凹槽构成;或,
所述通道由设置在所述盘片基体上的若干个凸起之间形成的低谷构成。
本申请实施例的有益效果至少在于:
本申请实施例提供的迷宫槽式降压盘片上设置有多条能够起到降压作用的通道,相邻的两条通道的降压区域相连接,使得两个降压区域中的流体能够在连接处发生撞击,增加能量损失,起到降压的作用。同时,在从圆心指向圆周的半径方向上通道的宽度逐渐增大,能够使流体在通道中的流速和压力逐渐降低,防止出现空化现象。因而与相关技术相比,本申请实施例的迷宫槽式降压盘片具有更好的降压效果,能够防止空化的产生,减小出现气蚀的概率。
具体实施方式
为使本申请的技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
本申请实施例提供了一种迷宫槽式降压盘片,如图1所示,该迷宫槽式降压盘片包括盘片基体1,盘片基体1上沿周向设置有均匀分布的至少两条通道2,每条通道2包括顺次连接的通道进口3、降压区域4和通道出口5,其中任意一条通道2的降压区域4与相邻的通道2的降压区域4连接,通道2的宽度在从圆心指向圆周的半径方向上逐渐增大。
在本申请实施例中,盘片基体1上的通道2的数量可以为两条、三条甚至更多条,一般来讲,在通道进口3和通道出口5处的流体压力固定的情况下,随着通道2的数量的增加,通过该通道2的流体的流量也增加,该迷宫槽式降压盘片的流通能力也逐渐增强。如图1所示,通道2(以剖面线的形式显示)均匀设置在盘片基体1上,示例性地,当通道2的数量为两条时,两条通道2之间的夹角为180°;当通道2的数量为四条时,相邻的两条通道2之间的夹角为90°。
为了便于描述,下文中以图1中所示出的盘片基体1上设置有二十条通道2为例进行说明,本领域技术人员可以由这些说明很容易地推知当盘片基体1上设置有其他数量的通道2时的情况。
如图1所示,盘片基体1上沿圆周方向均匀设置有二十条通道2,任意两条相邻的通道2之间的夹角为18°。在图1中以箭头标注出了流体在一条通道2中的流动方向,沿该流动方向,每条通道2包括顺次连接的通道进口3、降压区域4和通道出口5,其中,通道进口3和通道出口5均沿盘片基体1的径向延伸。
在盘片基体1上的所有通道2中,任意两条相邻的通道2的降压区域4相连接,使得两个降压区域4中的流体能够相向运动从而发生撞击,增加能量损失。其中,两个降压区域4可以仅有一处对应位置相连接,也可以有多于一处的对应位置相连接。需要注意的是,本领域技术人员在设计两个相连接的降压区域4的连接位置和连接形式时,需要确保相连接后的两个降压区域4能够构成一个面积更大的降压区域4,并使流体在这个面积更大的降压区域4中获得更好的降压效果,而不能使两个降压区域4相连接后在通道进口3和通道出口5之间形成一条直线形的流体流通路径或是任何其它形式的会降低降压效果的流通路径。
在从圆心指向圆周的半径方向上通道2的宽度逐渐增大,指的是通道进口3的出口端的宽度小于降压区域4的出口端的宽度,降压区域4的出口端的宽度小于通道出口5的出口端的宽度。将通道2设计成通道出口5的宽度大于通道进口3的宽度,能够进一步减小通道出口5处的流体的压力和流速。一般而言,如图1所示,通道进口3的横截面形状、尺寸在通道进口3的延伸方向上保持不变,通道出口5的横截面形状、尺寸在通道进口5的延伸方向上也保持不变,也就是说,通道进口3的两端宽度相同,通道出口5的两端宽度相同。当然,在一些实施例中,也可以将通道进口3和/或通道出口5设计成喇叭型,即通道进口3的出口端的宽度大于通道进口3的进口端的宽度,和/或通道出口5的出口端的宽度大于通道出口5的进口端的宽度。
综上所述,本申请实施例的迷宫槽式降压盘片上设置有多条能够起到降压作用的通道2,相邻的两条通道2的降压区域4相连接,使得两个降压区域4中的流体能够在连接处发生撞击,增加能量损失,起到降压的作用。同时,在从圆心指向圆周的半径方向上通道2的宽度逐渐增大,能够使流体在通道2中的流速和压力逐渐降低,防止出现空化现象。因而与相关技术相比,本申请实施例的迷宫槽式降压盘片具有更好的降压效果,能够防止空化的产生,减小出现气蚀的概率。
在本申请实施例的一些实现方式中,降压区域4包括若干条交替连接的对冲段6和直流段7,其中,第一条对冲段6与通道进口3连接,最后一条对冲段6与通道出口5连接,相邻的两条通道2中对应的两条对冲段6连接。
在本申请实施例中,可以以从圆心指向圆周的半径方向为对冲段6和直流段7的排序方向,则每条通道2上最靠近圆心的那一条对冲段6为第一条对冲段6,最靠近圆周的那一条对冲段6为最后一条对冲段6;每条通道2上最靠近圆心的那一条直流段7为第一条直流段7,最靠近圆周的那一条直流段7为最后一条直流段7。基于这种排序方式,如图3所示,第一条对冲段6与通道进口3的出口端连接,最后一条对冲段6与通道出口5的进口端连接。
每条对冲段6被配置为使流体在该对冲段6内发生对冲,增加流体的能量损失。而当流体经过两条对冲段6相连接的位置时,两条对冲段6中的流体还会相向而行,也发生对冲,进一步增大能量损失。也就是说,任一条对冲段6中的流体不但要在自身所在的对冲段6内发生对冲,还要与相邻对冲段6中的流体发生对冲,从而实现多级降压。其中,对冲是指两股流体因相向运动而发生冲撞,从而增加流体的能量损失和在迷宫槽式降压盘片内的流动阻力。
在一些实施例中,考虑到加工时若对冲段的宽度太大容易造成塌陷,影响迷宫槽式降压盘片的质量,如图3所示,可以使通道2的最后一条对冲段6不与相邻通道2的对应的对冲段6连接。此时,每条通道2中除最后一条对冲段6外的其它对冲段6均与相邻的通道2中对应的对冲段6连接。
在本申请实施例的一些实现方式中,对冲段6包括对称分布的两个弯曲流道组,该弯曲流道组包括至少一条弯曲流道8,弯曲流道8的进口端与相邻的靠近盘片基体1的圆心的直流段7的出口端连接,弯曲流道8的出口端与相邻的靠近盘片基体1的外圆周的直流段7的进口端连接。
弯曲流道8是指流道自身的延伸方向并非直线形,即每隔一段距离,流道的延伸方向都会发生改变,从而出现若干个转折点,这些转折点也称为拐角。因此,基于弯曲流道的这种形状特性,流体在弯曲流道8内不断撞击内壁,造成了大量的能量损失。
在一些实施例中,为了降低流体的压力,可以将同一条对冲段6中的多条弯曲流道8的进口端相连接,从而分散流体在每条弯曲流道8中的压力。同时也可以将同一条对冲段6中的多条弯曲流道8的出口端相连接,由于两组弯曲流道8是对称分布的,所以每条弯曲流道8中的流体都会与相对应的弯曲流道8中的流体相向流动从而发生对冲,进一步增加能量损失。图3示出了当对冲段6包括两条对称分布的弯曲流道8时的情况,本领域技术人员可以很容易地由上述附图推知当对冲段6包括四条、八条甚至更多弯曲流道8时的情况。
示例性地,在本实施例中可以将弯曲流道8设计成以下两种可能的结构:
第一种可能的设计:弯曲流道8包括至少两个相连的流通部且任意两个相邻的流通部之间具有非零夹角,流通部的延伸方向不经过盘片基体1的圆心并与盘片基体1的外圆周相交。
定义弯曲流道8在其相邻的两个拐角之间的部分流道为该弯曲流道8的一个流通部,每个流通部都是直线形的。也就是说,弯曲流道8由若干个相连的流通部构成,且任意两个相邻的流通部之间具有非零夹角。两个相邻的流通部之间具有非零夹角,是指这两个流通部的延伸方向之间的夹角不等于0°或180°,即这两个流通部的延伸方向不在同一条直线上。其中,任意两个流通部的长度可以相同也可以不同,任意两个非零夹角的角度可以相同也可以不同。一般而言,非零夹角的角度越接近0°,流体经过该位置时由于冲撞流通部内壁而造成的能量损失越大。
在一些实施例中,若干个流通部可以构成一条锯齿形的弯曲流道,此时对于任一个流通部来讲,该流通部的延伸方向不经过盘片基体1的圆心并与盘片基体1的外圆周相交。锯齿形的弯曲流道8易于加工,流体在该弯曲流道8内流动时,能够频繁地撞击流道的内壁而造成能量损失,具有较好的降压作用。
第二种可能的设计:如图1所示,弯曲流道8包括若干个交替连接的第一流通部9和第二流通部10,第一流通部9的延伸方向为周向,第二流通部10的延伸方向为径向。
参见图1,每条弯曲流道8包括依次相连的第一流通部9、第二流通部10和第一流通部9,任意一个第一流通部9与第二流通部10之间的夹角为90°。图1示出的是弯曲流道8所包括的第一流通部9和第二流通部10的数量最少的情况,在其他实施例中,第一流通部9和第二流通部10的数量还可以更多。需要说明的是,无论弯曲流道8中的第一流通部9和第二流通部10的数量为多少,第一流通部9的数量始终比第二流通部10的数量多一个。
定义流体在通道2内转折90°为一级,则在图1中,流体从通道进口3进入第一个第一流通部9为第1级,从第一个第一流通部9进入第一个第二流通部10为第2级,从第一个第二流通部10进入第二个第一流通部9为第3级……以此类推,流体从最后一个第一流通部9流入通道出口5为第28级。流体每经过一级,都会相应地降低一些压力。在盘片基体的内外径尺寸和流通能力相同时,相比于按照第一种实现方式设计的锯齿形弯曲流道,按照本实现方式能够设计出更多的降压级数,从而达到更好的降压效果。
在一些实施例中,迷宫槽式降压盘片的降压级数也可以用来确定通道2的宽度的扩张系数。在规定了盘片基体1的内外径尺寸之后,可以使通道2的宽度尺寸随降压级数的增加而有序增大,从而使流体在通道2中均匀降压、均匀减速。若迷宫槽式降压盘片的降压级数和盘片基体1的内外径尺寸发生变化,扩张系数也随之变化。
下面基于弯曲流道8的第二种可能的设计,对相连接的两个对冲段6的连接方式进行说明。同样地,下述的连接方式也可以适用于弯曲流道8的第一种可能的设计,本领域技术人员可以由这些说明很容易地推知当弯曲流道8为第一种可能的设计时如何将两个对应的对冲段6相连接。
在本申请实施例的一些实现方式中,如图4所示,任意一条通道2中的第二流通部10通过分流通道11与相邻的通道2中对应的第二流通部10连接。
在本申请实施例中,相对应的两个第二流通部10位于盘片基体1的同一径向高度上,那么在两个相对应的径向的第二流通部10之间可以设置至少一条分流通道11,使其中一个第二流通部10中的流体通过分流通道11流向另一个第二流通部10,并与该第二流通部10中的流体发生对冲,增大能量损失。其中,分流通道11可以为直线形通道,也可以为折线形通道或曲线形通道,还可以为弧形通道。当为直线型通道时,分流通道11的延长方向可以与盘片基体1的直径方向平行,也可以与盘片基体1的直径方向相交;当为弧形通道时,分流通道11的延长方向可以平行于第一流通部9,也可以与第一流通部9的延长方向相交,还可以和第一流通部9的延长方向互不接触。上述的弧形通道或第一流通部9的延长方向是指该段圆弧对应的圆周。示例性地,分流通道11的宽度小于第二流通部10的长度,且分流通道11设置在两个第二流通部10的中心位置并平行于第一流通部9。
在本申请实施例的一些实现方式中,分流通道11的宽度等于第二流通部10的长度。
在本申请实施例中,通道的长度方向是指该通道的延伸方向或流体流经该通道时的流动趋势方向;通道的宽度是指该通道的两侧内壁之间的距离。如图3所示,当分流通道11的宽度等于第二流通部10的长度时,第二流通部10、分流通道11和另一个第二流通部10构成了规则的四边形结构,在下文中,为了方便描述,将这个四边形结构称为第三流通部12。第三流通部12的结构易于加工,而且流体可以在第三流通部12中发生激烈的对冲,造成较大的能量损失。
在本申请实施例的一些实现方式中,如图1所示,位于所述盘片基体(1)的同一同心圆上的若干个第一流通部9的宽度相同;位于所述盘片基体(1)的同一同心圆上的若干个第二流通部10的宽度相同;位于所述盘片基体(1)的同一同心圆上的若干个分流通道11的长度相同。
在本申请实施例中,第三流通部12的长度等于第二流通部10的长度,第三流通部12的宽度等于两个第二流通部10的宽度和一个分流通道11的长度之和。在任意一个与盘片基体1同心的圆环上,若干个第一流通部9的宽度相等,若干个第二流通部10的宽度相等,若干个第三流通部12的宽度相等。在与盘片基体1同心的若干个圆环上,随着圆环的逐渐扩张,位于同一半径上的若干个第一流通部9的宽度逐级增大,位于同一半径上的若干个第二流通部10的宽度逐级增大,位于同一半径上的若干个第三流通部12的宽度逐级增大,从而使流体在通道2中均匀降压、均匀减速。
在本申请实施例的一些实现方式中,通道出口5的数量不少于通道进口3的数量。
在本申请实施例中,每条通道2的通道进口3的数量为至少一个,每条通道2的通道出口5的数量为至少一个,且通道出口5的数量不少于通道进口3的数量。例如图1所示,迷宫槽式降压盘片上每条通道2具有一个通道进口3和两个通道出口5,其中两个通道出口5的间距可以根据盘片基体1的厚度确定。一般而言,通道出口5的数量越多于通道进口3的数量,通道出口5处的流体压力越小于通道进口3处的流体压力,通道出口5处的流体流速越小于通道进口3处的流体流速,越不容易发生气蚀现象。
为了验证本申请实施例提供的迷宫槽式降压盘片的降压效果,示例性地,对图1所示的迷宫槽式降压盘片内的压力和流体流速进行检测:
图5为迷宫槽式降压盘片内压力分布云图(图案色彩是由彩色转为的灰度,因此下面提到的色彩,在图上呈现的是对应的灰度),其读图方式为:左侧对比色条中的不同颜色对应不同的静压力值,随着颜色从红到蓝(从上到下),数值逐渐减小,例如位于最上方的红色对应的静压力为(8.66e+06)Pa,相应地,若在右侧的结构中若存在红色区域,该区域的静压力为(8.66e+06)Pa;又如位于最下方的蓝色对应的静压力为(7.97e+04)Pa,相应地,若在右侧的结构中若存在蓝色区域,该区域的静压力为(7.97e+04)Pa。而对于图5中的迷宫槽式降压盘片来讲,中心区域的颜色接近红色,越靠近圆周区域,颜色越接近蓝色。也就是说,随着降压级数的增加,迷宫槽式降压盘片内的流体压力逐渐降低。图6是根据图5中的迷宫槽式降压盘片的降压级数及静压力数据绘制的曲线图,可以更加直观地看出,压力值随着降压级数的增加而减小。图5和图6均反映了本申请实施例提供的迷宫槽式降压盘片的降压效果十分显著。
图7是迷宫槽式降压盘片内的流体流速分布云图(图案色彩是由彩色转为的灰度,因此下面提到的色彩,在图上呈现的是对应的灰度),其读图方式与图5相同,此处不再赘述。可以明显的看出,对于图7中的迷宫槽式降压盘片来讲,通道进口的颜色为黄色,在降压区域颜色逐渐变成青色,越靠近通道出口,颜色越接近蓝色。也就是说,随着降压级数的增加,迷宫槽式降压盘片内的流体流速逐渐降低。图8是根据图7中的迷宫槽式降压盘片的降压级数及流速数据绘制的曲线图,可以更加直观地看出,随着降压级数的增加,迷宫槽式降压盘片内的流体流速虽有小幅度的波动,但整体仍然呈现明显的下降趋势。图7和图8均反映了本申请实施例提供的迷宫槽式降压盘片具有良好的减速效果。
图9示出了迷宫槽式降压盘片内水汽化蒸汽占比分布图(图案色彩是由彩色转为的灰度,因此下面提到的色彩,在图上呈现的是对应的灰度),其读图方式与图5相同,此处不再赘述。可以明显的看出,在整个迷宫槽式降压盘片内水蒸气的体积分数均为0,没有产生空化,也没有出现气蚀现象。
因此,上述检测结果表明本申请实施例提供的迷宫槽式降压盘片具有明显的降压减速效果,能够防止空化的产生。
在本申请实施例的一些实现方式中,通道2由开设在所述盘片基体1上的凹槽构成;或该通道2由设置在盘片基体1上的若干个凸起之间形成的低谷构成。
在一些实施例中,如图2所示,通道2可以是通过电火花加工工艺或其他工艺在盘片基体1上形成的凹槽,流体在凹槽内流动。当通道为凹槽时,图1中剖面线(阴影)所对应的位置即为凹槽的位置。其中,凹槽的深度可以根据盘片基体1的厚度确定,而盘片基体1的厚度可以根据盘片基体1的外径确定。示例性地,当盘片基体1的外径为ΦD时,基于流量关系和该迷宫槽式降压盘片的应用环境,可以确定盘片基体1的厚度为H,进一步地,可以将凹槽的深度h设置为盘片基体1的厚度的一半,即凹槽深度与盘片基体1的厚度之间存在H=2h的关系。为了便于加工,凹槽一般为矩形槽,但是在其他实施例中,凹槽也可以为其它形状,例如弧形槽或V形槽。
在其他的实施例中,盘片基体1上可以设置有若干凸起,相邻的凸起之间具有低谷,通道也可以由这些低谷构成。当通道为低谷时,图1中空白处所对应的位置即为凸起的位置,剖面线(阴影)所对应的位置即为低谷的位置。在这种情况下,通道2的形状一般为矩形,但是也可以为其它形状,例如弧形或V形。
综上所述,本申请实施例提供的迷宫槽式降压盘片,能够使流体在降压区域流动时频繁发生对冲或与通道内壁发生撞击,增加流体的能量损失,起到降压的作用。同时,在从圆心指向圆周的半径方向上,通道的宽度尺寸逐级扩张,通道出口的数量多于通道进口的数量,使得流体的平均压力和流速逐级减小,从通道出口流出时不易发生空化,进而减小了发生气蚀的概率。
在本申请中,应该理解到,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,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。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本申请的技术方案,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、改进等,均应包含在本申请的保护范围。