CN219549192U - 一种具有改善流态的离心泵叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于离心泵结构技术领域，具体提供了一种具有改善流态的离心泵叶片，包括后盖板和多个叶片，多个叶片呈螺旋状分布连接在后盖板的表面_，所述每个叶片的尾部采用波浪形凹槽，每个叶片的前缘采用矩形凹槽；解决了现有叶片前缘处的绕流阻力大，经过尾端的出流稳定性不佳、易脱流的问题；本实用新型叶片的前缘采用矩形凹槽对经过叶片头部的水流的导流作用最佳，最大程度减弱头部绕流阻力；叶片的尾部采用波浪形凹槽，能够更加平稳的改变尾端的流场结构，减少由于水流对撞所产生的能量耗散，改善经过尾端的出流的稳定性，不易脱流。

Description

一种具有改善流态的离心泵叶片

技术领域

本实用新型属于离心泵结构设计技术领域，具体涉及一种具有改善流态的离心泵叶片。

背景技术

离心泵在石油化工、航空航天、农业工程等领域应用广泛，但内部流动不稳定使其性能难以达到工程实际要求，而能量损耗过高是造成该问题的重要原因。在流体机械工作表面布置微槽结构作为一种改型技术，被普遍认为是解决流体机械内能量损失过高问题的有效可行方法。

微槽结构起源于20世纪70年代，首先被NASA Langley研究中心应用于飞机机翼表面，并验证了微槽结构可有效减小机翼表面所受阻力，自此微槽结构逐渐被应用于飞机机翼、船体和涡轮发动机的压气机叶片。

微槽结构的高度通常在几微米到几毫米范围内，通过抑制靠近壁面的相干湍流的横向迁移来减少内壁表面的摩擦应力，从而降低能量损耗,提高离心泵工作效率，并且减小离心泵内部流体的绕流阻力，可以节约能源，提高离心泵运行的稳定性，降低流动诱导噪声，减少噪声污染。随着微槽结构的推广,有关微槽结构的相关研究得到了广泛关注，这些研究主要集中于量化平面上的降能损。

在叶轮工作条件下，来流撞击对于叶片头部和尾部的冲击尤为严重，使得头部绕流阻力增加，尾部流动紊乱，撞击之后流动绕过前缘并从叶片表面分离，造成水流提前发生脱流，易造成叶片表面局部的压力骤降，容易发生空化空蚀，易引发机组性能下降等问题。因此，提出一种新型叶片来减弱叶片前缘与尾部处的绕流阻力，以达到延缓脱流的发生和提高离心泵效率成了刻不容缓的问题。

公开号为CN111425450A的中国专利文献公开了一种带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片。其由叶片前缘、叶片主体和叶片尾缘三部分组成，叶片的前缘和尾缘均采用锯齿结构，锯齿结构在改变流场结构时稳定性不佳，不能减少由于水流对撞所产生的能量耗散，经过尾端的出流稳定性不佳。

实用新型内容

本实用新型提供的一种具有改善流态的离心泵叶片目的是克服现有技术中叶片前缘处的绕流阻力大，经过尾端的出流稳定性不佳、易脱流的问题。

为此，本实用新型提供了一种具有改善流态的离心泵叶片，包括后盖板和多个叶片，多个叶片呈螺旋状分布连接在后盖板的表面_，所述每个叶片的尾部采用波浪形凹槽，每个叶片的前缘采用矩形凹槽。

优选的，所述波浪形凹槽由多个半圆形的凹槽连接。

优选的，所述半圆形的凹槽的数量为4个。

优选的，所述半圆形的凹槽半径R与叶片尾部长度L1之比为R/L1＝1/8。

优选的，所述矩形凹槽深度H与叶片宽度B之比为H/B＝1/4。

优选的，所述矩形凹槽长度L2与叶片宽度B之比L2/B＝1/2。

优选的，所述矩形凹槽高度与叶片高度相同。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型提供的这种具有改善流态的离心泵叶片，通过每个叶片的前缘采用矩形凹槽，可以阻止叶片头部低压区域向外扩散，不仅可以有效抑制空化的发展，而且对湍动能的分布具有较大的影响，在空化发生的各个阶段都可以起到抑制作用，叶片的前缘采用矩形凹槽对经过叶片头部的水流的导流作用最佳，最大程度减弱头部绕流阻力。

通过在每个叶片的尾部采用波浪形凹槽，水流与叶片的接触面积增大，且波浪形凹槽表面内部光滑，使得流道流场分布更为均匀，离心泵叶轮流道中叶片尾缘压力面附近的动静干涉较为显著，对尾端进行波浪形凹槽开槽后，能有效减小压力脉动能量损耗，改善动静效应，提高离心泵效率。相较于有些锯齿形凹槽，本实用新型优势在于：能够更加平稳的改变尾端的流场结构，并且减少由于水流对撞所产生的能量耗散，对于经过尾端的出流的稳定性有着一定的改善，不易脱流。

2、本实用新型提供的这种具有改善流态的离心泵叶片，波浪形凹槽由4个半圆形的凹槽连接，4个半圆形凹槽结构能有效减小压力脉动能量损耗，改善动静效应，提高离心泵效率，对于经过尾端的出流的稳定性改善效果更佳，不易脱流。

3、本实用新型提供的这种具有改善流态的离心泵叶片，半圆形凹槽相比组成锯齿形的三角形凹槽，半圆形凹槽使水流与叶片的接触面积增大，且半圆形凹槽表面内部光滑，使得流道流场分布更为均匀。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

图1是具有改善流态的离心泵叶片的结构主视图；

图2是叶片尾部的结构主视图；

图3是叶片前缘的结构主视图。

附图标记说明：1、后盖板；2、叶片；3、波浪形凹槽；4、矩形凹槽。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述。

实施例1：

如图1至图3所示，一种具有改善流态的离心泵叶片，包括后盖板1和多个叶片2，多个叶片2呈螺旋状分布连接在后盖板1的表面，所述每个叶片2的尾部采用波浪形凹槽3，每个叶片2的前缘采用矩形凹槽4。

当半开式离心泵正常运行时，水流经过前端流向尾部，随着流量的不断增加，叶轮进口处的低压区也不断增加，且当叶轮转动的尾流逐渐撞击到隔舌头部，形成射流，最终导致叶片尾端的局部压力发生剧烈变化。

本实用新型每个叶片2的前缘采用矩形凹槽4，可以阻止叶片头部低压区域向外扩散，不仅可以有效抑制空化的发展，而且对湍动能的分布具有较大的影响，在空化发生的各个阶段都可以起到抑制作用，且矩形凹槽在前缘设置的优势还在于：1)容易打破叶轮内部的流场，使得流动结构发生改变，速度分布更加均匀，叶轮内部的旋涡减少，将旋涡结构进行破坏，并随着工作的进行旋涡数量并不会逐渐增加，进而抑制了边界层的分离。2)对于空化发展时的气相体积分布具有明显的抑制作用，说明该矩形凹槽有利于空化的发展。3)对于离心泵的性能影响在于，矩形凹槽将漩涡结构破坏后，位于压力面前端的流体将保持原有的流动趋势，减小了边界层的分离，提高了叶片压力面的载荷，叶轮内部的湍动能较小，使得离心泵的水力性能得到一定的提高。

本实用新型每个叶片2的尾部采用波浪形凹槽3，使水流与叶片的接触面积增大，且波浪形凹槽3表面内部光滑，使得流道流场分布更为均匀，叶片尾端形状对于离心泵动静干涉有直接影响，对尾缘进行波浪形凹槽3开槽设计，使得叶片出口角的减小，叶轮出流冲击隔舌的流态更为稳定，且角度较小，隔舌处的流场分布更加稳定。由于离心泵叶轮流道中叶片尾缘压力面附近的动静干涉较为显著，对尾部进行开波浪形凹槽3后，能有效减小压力脉动能量损耗，改善动静效应，提高离心泵效率，相较于锯齿形凹槽，本实用新型的波浪形凹槽3能够更加平稳的改变尾端的流场结构，并且减少由于水流对撞所产生的能量耗散，改善经过尾端的出流稳定性，不易脱流。

实施例2:

在实施例1的基础上，所述波浪形凹槽3由多个半圆形的凹槽连接。

半圆形凹槽相比组成锯齿形的三角形凹槽，半圆形凹槽使水流与叶片的接触面积增大，且半圆形凹槽表面内部光滑，使得流道流场分布更为均匀。

优选的，所述半圆形的凹槽的数量为4个。

优选的，所述半圆形的凹槽半径R与叶片2尾部长度L1之比为R/L1＝1/8。

4个半圆形的凹槽以及半圆形的凹槽半径R与叶片2尾部长度L1之比为R/L1＝1/8。4个半圆形凹槽结构平稳改变尾缘的流场结构，效果最佳，最大化减少由于水流对撞所产生的能量耗散，经过尾部的出流稳定性改善效果最佳，不易脱流。

优选的，所述矩形凹槽4深度H与叶片2宽度B之比为H/B＝1/4。

优选的，所述矩形凹槽4长度L2与叶片2宽度B之比L2/B＝1/2。

优选的，所述矩形凹槽4高度与叶片2高度相同。

该尺寸的矩形凹槽4对经过叶片头部的水流的导流作用最佳，最大化减弱水流对叶片头部的冲击，使得水流在头部位置的流速分布更加均匀，优化内部流场结构，最大化减小了叶片附近的粘性阻力和雷诺应力，同时最大化降低逆压梯度，最终以达到最大程度减弱头部绕流阻力。

本实用新型的具有改善流态的离心泵叶片的工作原理为：

当离心泵正常运转时，流体沿叶片2进入后盖板1上的流道内，沿叶片2顺时针转动，流体经过叶片2前缘后经过矩形凹槽4后进入流道，使得叶片2尾部处的压力降得到缓和、从而达到推迟初生空化的时刻，并且减小在同等空化数下的空化规模，水流经过波浪形凹槽3流出后，使得流道内部的湍动能分布更加均匀，减小了能量的耗散，同时优化内部流场结构，减小了叶片2附近的粘性阻力和雷诺应力，最终以达到减弱叶片2头部绕流阻力的作用，延缓脱流的发生的目的，并且减少小流量工况和设计流量工况下叶轮叶片后半段压力面附近的漩涡数量和强度，并在不同流道位置处较原模型泵的速度流线分布更加均匀紧密。

本实用新型具有改善流态的离心泵叶片的特点为，增加前缘处流体的流动稳定性，降低叶片前缘处的压力降大小，减缓空化空蚀的发生，减弱叶片头部绕流阻力，延缓脱流的发生。同时使得经过叶片尾端的流线更加的均匀，提高叶轮流道内的流动稳定性。

本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“前”、“后”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，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有改善流态的离心泵叶片，包括后盖板(1)和多个叶片(2)，多个叶片(2)呈螺旋状分布连接在后盖板(1)的表面_，其特征在于：所述每个叶片(2)的尾部采用波浪形凹槽(3)，每个叶片(2)的前缘采用矩形凹槽(4)。

2.如权利要求1所述的具有改善流态的离心泵叶片，其特征在于：所述波浪形凹槽(3)由多个半圆形的凹槽连接。

3.如权利要求2所述的具有改善流态的离心泵叶片，其特征在于：所述半圆形的凹槽的数量为4个。

4.如权利要求3所述的具有改善流态的离心泵叶片，其特征在于：所述半圆形的凹槽半径R与叶片(2)尾部长度L1之比为R/L1＝1/8。

5.如权利要求1所述的具有改善流态的离心泵叶片，其特征在于：所述矩形凹槽(4)深度H与叶片(2)宽度B之比为H/B＝1/4。

6.如权利要求1所述的具有改善流态的离心泵叶片，其特征在于：所述矩形凹槽(4)长度L2与叶片(2)宽度B之比L2/B＝1/2。

7.如权利要求1所述的具有改善流态的离心泵叶片，其特征在于：所述矩形凹槽(4)高度与叶片(2)高度相同。