CN214698471U - 一种斐波那契螺旋线叶轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种斐波那契螺旋线叶轮，包括叶轮主体，叶轮主体包括基座，基座的一侧设置有叶片，基座的中心开设有连接电机输出轴的通孔；叶片包络形成空间流道，空间流道的起点设置在通孔的外侧，空间流道的终点设置在基座的外缘,空间流道的截面为凹槽形，空间流道的底部凸出到背离叶片的另一侧；基座的形状与叶片最外侧360°边框形状相同；叶片包角为720°～1440°，空间流道的轨迹曲线为{f(θ，r(θ)，H(θ))}。本实用新型斐波那契数列叶轮可以实现降低叶轮承受的径向力，改善扬程脉动，减轻轴系动载荷，进而起到抑制泵的振动、提高整机的运行稳定性、延长使用寿命的作用。

Description

一种斐波那契螺旋线叶轮

技术领域

本实用新型涉及离心泵叶轮设计技术领域，特别是涉及一种斐波那契螺旋线叶轮。

背景技术

流道式叶轮是污水泵普遍采用的一种叶轮结构，相比闭式叶轮具备更优秀的抗缠绕、抗堵塞性能，且耐磨性较高。现阶段常用的叶片型线主要有阿基米德螺旋线、等变角螺旋线、对数螺旋线、渐开线及复合型线等。然而这些型线方程在解决较大叶片包角时，叶片型线易出现S型，扫描流体通道易产生褶皱面，一方面影响叶轮流道的可通过颗粒粒径，另一方面导致安放角变化不单调，使得叶片载荷梯度变化较大，进而造成流体在叶片上易发生脱流。这两个因素都将导致污水泵通过性能降低，效率下降，还会诱导污水泵产生显著的振动噪声现象，严重影响污水泵的运行稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种斐波那契螺旋线叶轮，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种斐波那契螺旋线叶轮，包括叶轮主体，所述叶轮主体包括基座，所述基座的一侧设置有叶片，所述基座的中心开设有连接电机输出轴的通孔；所述叶片包络形成空间流道，所述空间流道的起点设置在通孔的外侧，所述空间流道的终点设置在基座的外缘,所述空间流道的截面为凹槽形，所述空间流道的底部凸出到背离叶片的另一侧；所述基座的形状与叶片最外侧360°边框形状相同；叶片包角为720°～1440°；所述空间流道的轨迹曲线为{f(θ，r(θ)，H(θ))}，其中，r(θ) 如式1所示，H(θ)如式2所示：

式中，θ是轨迹曲线的变量，θ为曲线的极角；r(θ)是轨迹曲线的半径函数；α是半径函数参量；b是斐波那契数；

是轨迹曲线的最大极角；H(θ)是轨迹曲线在轴向上的距离函数；L是轨迹曲线在轴向上的最大距离；h是距离函数参量。

优选的，所述叶轮的出口直径为D₂，D₂如式3所示：

式中，n为转速；H_d为设计工况下的扬程；Q_d为设计工况下的流量；ψ_d为设计工况下的扬程系数，ψ_d如式4所示：

式中，n_s为比转数，n_s，Ref＝1,n_s如式5所示：

优选的，所述叶轮的出口宽度为b₂，b₂如式6所示：

b₂＝k_b2d_k………………………6

式中，d_k为叶轮能够通过的最大颗粒直径，k_b2为系数，k_b2的取值范围为1.05～1.1。

优选的，所述叶片(2)的厚度为δ，δ如式7所示：

式中，u₂为叶轮叶片(2)出口的圆周速度。

优选的，所述叶片(2)出口安放角β₂，β₂如式8所示：

优选的，轨迹曲线的最大极角

如式9所示：

优选的，轨迹曲线在轴向上的最大距离为L，L如式10所示：

L＝D₂×(b-1)-2b₂×b…………………………10

本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型斐波那契数列叶轮可以实现降低叶轮承受的径向力，改善扬程脉动，减轻轴系动载荷，进而起到抑制泵的振动、提高整机的运行稳定性、延长使用寿命的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统叶轮结构示意图；

图2为本实用新型叶轮后视图；

图3为本实用新型叶轮结构示意图；

图4为本实用新型叶轮主视图；

图5为本实用新型叶轮剖视图；

图6为传统叶轮和本实用新型新型叶轮的径向力李萨如图；

图7为传统叶轮和本实用新型新型叶轮的径向力脉动图；

图8为传统叶轮和本实用新型新型叶轮的扬程脉动图。

其中，1为基座，2为叶片，3为通孔，4为空间流道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参照图1-8，本实用新型提供一种斐波那契螺旋线叶轮，包括叶轮主体，叶轮主体包括基座1，基座1的一侧设置有叶片2，基座1 的中心开设有连接电机输出轴的通孔3；叶片2包络形成空间流道4，空间流道4的起点设置在通孔3的外侧，空间流道4的终点设置在基座1的外缘,空间流道4的截面为弧形凹槽，空间流道4的底部凸出到背离叶片2的另一侧，即基座1背离叶片的一侧上设置有空间流道4的弧形底部；基座1的形状与叶片2最外侧360°边框形状相同，即叶片最外圈的边框与基座的边框相同；叶片2包角为720°～1440°，空间流道4的轨迹曲线为斐波那契螺旋线，由{f(θ，r(θ)，H(θ))}确定，其中，r(θ)如式(1)所示，H(θ)如式(2)所示：

式中，θ是轨迹曲线的变量，θ为曲线的极角；r(θ)是轨迹曲线的半径函数；α是半径函数参量，α＝b/2；b是斐波那契数，斐波那契数即“黄金比率”，

是轨迹曲线的最大极角；H(θ) 是轨迹曲线在轴向上的距离函数；L是轨迹曲线在轴向上的最大距离； h是距离函数参量，h＝2.5lnb。

叶轮的出口直径为D₂，D₂如式3所示：

式中，n为转速；H_d为设计工况下的扬程；Q_d为设计工况下的流量；ψ_d为设计工况下的扬程系数，ψ_d如式4所示：

式中，n_s为比转数，n_s，Ref＝1,n_s如式5所示：

叶轮的出口宽度为b₂，b₂如式6所示：

b₂＝k_b2d_k………………………6

式中，k_b2为系数，k_b2的取值范围为1.05～1.1；d_k为叶轮能够通过的最大颗粒直径，单流道叶轮的设计很大程度上取决于叶轮能够通过的最大颗粒直径d_k，而且企业一般还会以可通过最大颗粒粒径 d_k作为单流道离心泵产品选型的重要参数之一。

叶片2的厚度为δ，δ如式7所示；多叶片离心泵的叶片的最小厚度一般在3mm～6mm，叶片进口处较薄。污水泵叶轮包括包括单流道、双流道和三流道叶轮，但对于污水泵叶轮的叶片进口厚度都应加厚，以防止塑料、长纤维等物质附挂在叶片进口边上。

式中，u₂为叶轮叶片2出口的圆周速度。

叶片2出口安放角β₂，β₂如式8所示：

轨迹曲线的最大极角

如式9所示：

轨迹曲线在轴向上的最大距离为L，L如式10所示：

L＝D₂×(b-1)-2b₂×b………………………10。

传统叶轮与本申请新型叶轮径向力李萨如图如图6所示，径向力的脉动如图7所示。由李萨如图可以看出，传统叶轮的径向力分布具有波动大，不规则，偏离轴心距离远，导致转子径向振动位移偏大，整机振动水平增大，轴承长期运行易损坏等。而本实用新型的新型叶轮，由于采用了仿生学技术，使得叶轮承受了非常小的径向力，从图中可以看出新型叶轮的径向力脉动十分规则且数值小，偏离轴心距离近，使得转子和轴承承受的静载荷和动载荷都较小，有利于抑制振动，提高整机的运行稳定性，延长使用寿命。

传统叶轮与本申请新型叶轮的扬程脉动如图8所示。由图8可以看出，传统叶轮的扬程脉动较大，且变化不规则，导致机械部件承受变化较频繁的动载荷，材料易疲劳损坏。新型叶轮的扬程脉动较小，表明新型叶轮受到的动载荷较小，叶轮-轴系都较为稳定。

本实用新型斐波那契数列叶轮可以实现降低叶轮承受的径向力，改善扬程脉动，减轻轴系动载荷，进而起到抑制泵的振动、提高整机的运行稳定性、延长使用寿命的作用。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型，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实用新型的限制。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种斐波那契螺旋线叶轮，其特征在于：包括叶轮主体，所述叶轮主体包括基座(1)，所述基座(1)的一侧设置有叶片(2)，所述基座(1)的中心开设有连接电机输出轴的通孔(3)；所述叶片(2)包络形成空间流道(4)，所述空间流道(4)的起点设置在通孔(3)的外侧，所述空间流道(4)的终点设置在基座(1)的外缘,所述空间流道(4)的截面为凹槽形，所述空间流道(4)的底部凸出到背离叶片(2)的另一侧；所述基座(1)的形状与叶片(2)最外侧360°边框形状相同；叶片(2)包角为720°～1440°，所述空间流道(4)的轨迹曲线为{f(θ，r(θ)，H(θ))}，其中，r(θ)如式1所示，H(θ)如式2所示：

式中，θ是轨迹曲线的变量，θ为曲线的极角；r(θ)是轨迹曲线的半径函数；α是半径函数参量；b是斐波那契数；

是轨迹曲线的最大极角；H(θ)是轨迹曲线在轴向上的距离函数；L是轨迹曲线在轴向上的最大距离；h是距离函数参量。

2.根据权利要求1所述的一种斐波那契螺旋线叶轮，其特征在于：叶轮的出口直径为D₂，D₂如式3所示：

式中，n为转速；H_d为设计工况下的扬程；Q_d为设计工况下的流量；ψ_d为设计工况下的扬程系数，ψ_d如式4所示：

式中，n_s为比转数，n_s，Ref＝1,n_s如式5所示：

3.根据权利要求2所述的一种斐波那契螺旋线叶轮，其特征在于：叶轮的出口宽度为b₂，b₂如式6所示：

b₂＝k_b2d_k……………………………………6

式中，d_k为叶轮能够通过的最大颗粒直径，k_b2为系数，k_b2的取值范围为1.05～1.1。

4.根据权利要求2所述的一种斐波那契螺旋线叶轮，其特征在于：所述叶片(2)的厚度为δ，δ如式7所示：

式中，u₂为叶轮叶片(2)出口的圆周速度。

5.根据权利要求1所述的一种斐波那契螺旋线叶轮，其特征在于：所述叶片(2)出口安放角β₂，β₂如式8所示：

6.根据权利要求1所述的一种斐波那契螺旋线叶轮，其特征在于：轨迹曲线的最大极角

如式9所示：

7.根据权利要求3所述的一种斐波那契螺旋线叶轮，其特征在于：轨迹曲线在轴向上的最大距离为L，L如式10所示：

L＝D₂×(b-1)-2b₂×b…………………………………10。

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