CN216867077U

CN216867077U - 一种轴流泵间隙涡流被动控制结构

Info

Publication number: CN216867077U
Application number: CN202122171901.5U
Authority: CN
Inventors: 钱忠东; 赵子龙; 沈思敏
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2021-09-09
Filing date: 2021-09-09
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2031-09-09

Abstract

本实用新型公开了一种轴流泵间隙涡流被动控制结构，包括转轮叶片，所述转轮叶片叶顶处开设C型槽，在转轮叶片压力面与吸力面压差作用下，所述C型槽内形成射流，抑制间隙涡流的发展。所述C型槽中心线为圆弧线，所述C型槽进口以及出口与主流方向垂直。其中心线位置距离叶顶处头部10％‑20％弦长。其宽度为1％‑1.4％的弦长，其深度为0.2％‑0.5％的转轮直径。本实用新型结构简单，便于加工生产，以及后期的推广应用。开设C型槽形成的射流结构尺度较小，其不会对轴流泵内部主流场产生较大的影响。能够有效地抑制轴流泵叶顶间隙涡流，提高轴流泵运行效率以及稳定性。

Description

一种轴流泵间隙涡流被动控制结构

技术领域

本实用新型涉及流动控制技术领域，具体涉及一种轴流泵间隙涡流被动控制结构。

背景技术

水泵作为水力机械中能量转换的一个重要部件为国民经济的正常生产提供了重要保障。轴流泵扬程低、流量大、叶片数少，在防洪、排涝等重要领域被广泛应用。轴流泵的核心部件是叶轮，叶轮作为旋转部件其与水泵泵壳之间存在较小的间隙。叶轮叶片的压力面与吸力面之间存在压力差，在压差的作用下，叶轮叶顶附近的流体会通过叶顶间隙从压力面运动至吸力面，并在叶顶间隙附近产生间隙泄露涡，分离涡等复杂的涡流。间隙涡流的产生会直接影响主流道区域的流动特征，引起较大的水力损失。此外，在空化条件下轴流泵叶轮内间隙涡流可能会诱发涡空化的形成，使得叶片表面遭受严重空蚀破坏，影响水泵的安全稳定高效运行。中国专利“一种消除轴流泵叶顶间隙内角涡的方法”(申请号2014102550506.8)提出了一种消除叶顶间隙内角涡的方法，其对于泄露涡流并无抑制作用。中国专利“一种减弱轴流泵叶顶泄漏流和泄漏涡的叶片结构”(申请号201310412030.9)通过在叶顶处设置锯齿形结构以减少泄漏量，但该叶片的加工以及装配难度较大。中国专利“一种提高抗汽蚀性能的轴流泵叶轮”(申请号201710294309X)提出了一种通过减小叶顶间隙来减小叶顶间隙涡流的方法，此方法对水泵加工精度要求极高，较大程度的增加了经济成本。中国专利“一种抑制轴流泵叶顶泄漏涡的叶片结构”(申请号202110037044.1)提出了一种新型的叶片结构，叶片上开设有若干空腔，此方法需在叶片内部开设空腔，加工难度极大，不适合广泛的推广应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种轴流泵间隙涡流被动控制结构，可抑制轴流泵间隙涡流的发展，削弱其强度，提高轴流泵运行效率以及叶片使用寿命。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种轴流泵间隙涡流被动控制结构，包括转轮叶片，所述转轮叶片叶顶处开设C型槽，在转轮叶片压力面与吸力面压差作用下，所述C型槽内形成射流，抑制间隙涡流的发展。

进一步地，所述C型槽中心线为圆弧线，所述C型槽进口以及出口与主流方向垂直。

进一步地，所述C型槽，其中心线位置距离叶顶处头部10％-20％弦长。

进一步地，所述叶顶处的C型槽，其宽度为1％-1.4％的弦长，其深度为0.2％-0.5％的转轮直径。

进一步地，所述C型槽中心线具体位置的确定采用如下方法：提取叶片叶顶三维空间曲线，做圆柱面展开得到二维翼型线后，进一步依据中心线与翼型头部之间的距离确定中心线所在位置。

与现有技术相比，本实用新型至少包括以下有益效果：

1.本实用新型通过在叶顶处开设C型槽实现对轴流泵间隙涡流的被动控制，其能够有效的提高轴流泵运行效率以及稳定性。

2.开设C型槽形成的射流结构尺度较小，其不会对轴流泵内部主流场产生较大的影响。

3.相比于现有技术，本实用新型中采用的C型槽结构简单，便于加工生产，以及后期推广应用。

附图说明

图1为普通轴流泵间隙涡流形态示意图；

图2为开设C型槽叶片的结构示意图；

图3为开设C型槽叶片的三维示意图；

图4为C型槽的尺寸及位置示意图；

图5为实施例1叶顶间隙处的旋涡分布；

图6为实施例2叶顶间隙处的旋涡分布；

图7为实施例3叶顶间隙处的旋涡分布；

图8为实施例4叶顶间隙处的旋涡分布；

图中：1-转轮轮毂，2-转轮叶片吸力面，3-转轮叶片压力面，4-叶片叶顶，5-C型槽，6-叶顶翼型，7-叶顶翼型中弧线，8-叶顶翼型弦线，9-间隙泄露涡，10-间隙分离涡。

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。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“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和简化描述，并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。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示，转轮叶片压力面3与转轮叶片吸力面2之间存在压力差，在压差的作用下，叶轮叶顶附近的流体会通过叶顶间隙从压力面运动至吸力面，并在叶顶间隙附近产生间隙泄露涡，分离涡等复杂的涡流。间隙涡流的产生会直接影响主流道区域的流动特征，引起较大的水力损失。

如图2-3所示，一种轴流泵间隙涡流被动控制结构，包括转轮轮毂1和转轮叶片，转轮叶片连接在转轮轮毂1上，转轮叶片叶顶4处开设C型槽5，在转轮叶片压力面3与吸力面压差作用下，所述C型槽5内形成射流，抑制间隙涡流的发展。

在上述结构中，C型槽5中心线为圆弧线，所述C型槽5进口以及出口与主流方向垂直，其中心线位置距离叶顶处头部10％-20％弦长，其宽度为1％-1.4％的弦长，其深度为0.2％-0.5％的转轮直径。

进一步地，所述C型槽5中心线具体位置的确定采用如下方法：按照一般轴流泵转轮设计方法得到轴流泵转轮模型，提取叶片叶顶4处的曲线，其为在一个圆柱面上的三维空间曲线，将其做圆柱面展开得到一个平面曲线即叶顶处的翼型曲线，如图4所示。E为叶顶翼型6弦长，B为C型槽5的宽度，e为C型槽5中心线与中弧线交点距离翼型头部弦长方向的投影距离，进一步确定叶顶翼型中弧线7以及叶顶翼型弦线8(翼型头尾之间的连线)，测量得到弦线长度E沿弦长方向，找到距离翼型头部为e(10％-20％E)的点，作垂线与中弧线的焦点即为C型槽5中线与中弧线的交点，进一步依据上述C型槽5的尺寸即形状要求可以得到C型槽5的完整形状。

实施例1：基于某实际泵站轴流泵机组进行三维建模，转轮叶片结构并未开设C形槽。采用数值模拟的方法，对该轴流泵转轮区域的流场特征以及转轮的外特性参数进行了计算分析。图5为叶顶处旋涡分布图，在叶顶处存在明显的间隙分离涡10以及间隙泄露涡9，且伴随着融合现象。在流量系数为0.329时，扬程系数为0.92，效率为63％。流量系数为0.4时，扬程系数为0.79，效率为74.5％。

实施例2：基于某实际泵站轴流泵机组进行三维建模，转轮叶顶处开设C型槽，C型槽与叶片头部距离e＝10％弦长，C型槽宽度B为1.25％的弦长，C型槽深度为0.35％的转轮直径。采用数值模拟的方法，对该轴流泵转轮区域的流场特征以及转轮的外特性参数进行了分析。图6为叶顶处旋涡分布图，C型槽的存在能够有效截断间隙分离涡10，并阻碍间隙泄漏涡9与间隙分离涡10之间的融合。同原型叶片相比较，在流量系数为0.329时，扬程提高3.63％，效率提高1.79％。流量系数为0.4时，扬程提高2.43％，效率提高0.39％。

实施例3：基于某实际泵站轴流泵机组进行三维建模，转轮叶顶处开设C型槽，C型槽与叶片头部距离e＝15％弦长，C型槽宽度B为1.25％的弦长，C型槽深度为0.35％的转轮直径。采用数值模拟的方法，对该轴流泵转轮区域的流场特征以及转轮的外特性参数进行了分析。图7为叶顶处旋涡分布图，C型槽的存在能够有效截断间隙分离涡10，并阻碍间隙泄漏涡9与间隙分离涡10之间的融合。同原型叶片相比较，在流量系数为0.329时，扬程提高4.73％，效率提高1.15％。流量系数为0.4时，扬程提高3.13％，效率提高0.81％。

实施例4：基于某实际泵站轴流泵机组进行三维建模，转轮叶顶处开设C型槽，C型槽与叶片头部距离e＝20％弦长，C型槽宽度B为1.25％的弦长，C型槽深度为0.35％的转轮直径。采用数值模拟的方法，对该轴流泵转轮区域的流场特征以及转轮的外特性参数进行了分析。图8为叶顶处旋涡分布图，C型槽的存在能够有效截断间隙分离涡10，并阻碍间隙泄漏涡9与间隙分离涡10之间的融合。同原型叶片相比较，在流量系数为0.329时，扬程提高1.44％，效率提高0.22％。流量系数为0.4时，扬程提高2.52％，效率提高0.71％。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims

1.一种轴流泵间隙涡流被动控制结构，其特征在于，包括转轮叶片，所述转轮叶片叶顶处开设C型槽，在转轮叶片压力面与吸力面压差作用下，所述C型槽内形成射流，抑制间隙涡流的发展。

2.根据权利要求1所述的一种轴流泵间隙涡流被动控制结构，其特征在于，所述C型槽中心线为圆弧线，所述C型槽进口以及出口与主流方向垂直。

3.根据权利要求1所述的一种轴流泵间隙涡流被动控制结构，其特征在于，所述C型槽，其中心线位置距离叶顶处头部10％-20％弦长。

4.根据权利要求1所述的一种轴流泵间隙涡流被动控制结构，其特征在于，所述叶顶处的C型槽，其宽度为1％-1.4％的弦长，其深度为0.2％-0.5％的转轮直径。