[发明专利]一种新型单叶片螺旋离心叶轮

说明书

技术领域

本发明属于水力机械设备技术领域，涉及一种适用于排污和活物打捞场合的新型单叶片螺旋离心叶轮。 

背景技术

传统的单叶片螺旋离心叶轮不仅效率低、且受单个叶片的影响，叶轮重心往往很难位于旋转轴上，使得轴承使用寿命短；另外，传统的单叶片螺旋离心叶轮的轴功率在全流量范围内变化较大。

发明内容

本发明的目的为了获得一种全流量内轴功率值变化小、高通过能力及自平衡重量的单叶片螺旋离心叶轮。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：新型单叶片螺旋离心叶轮，其特征是所述叶轮的叶片数为一片，包角介于520°~580°之间，叶片进口边前伸，前伸段所占圆周角度介于90°~150°之间；所述叶轮的前盖板流线的子午视图为直线段，后盖板为两段直线与圆弧组成，且圆弧分别与两直线段相切；所述叶片进口安放角为7°~18°，叶片出口安放角为10°~28°，叶片出口有效过流面积与进口有效过流面积比为1.0~1.35；叶轮某一轴截面所截叶轮的一侧出现两处叶片断面时，该两个断面与轮缘、轮毂所围成的内四边形接近正方形，且有一圆形与四边都相切；所述叶片根部为倒圆角，倒圆角半径小于内切圆半径，截面相反一侧的叶片断面加厚；所述叶轮为非对称布置的后盖板；所述叶轮从叶轮出口看型似“碗”状。 

本发明叶片设计包角介于520°~580°之间，采用非对称式后盖板，并前伸叶片进口边（前伸包角为90°~150°），以及加厚叶片螺旋段进口边外缘的厚度来实现叶轮重量的自平衡，即使得叶轮的重心位于旋转轴上；以上设计结果还能够减小后盖板的圆盘摩擦损失和提高叶轮的抗气蚀性能。

叶轮为半开式设计，其子午面轮廓为轮毂侧圆滑过渡，而外缘侧为直线段设计，这样使得与叶轮配合使用的村套的母线也为直线段，能够有效减小加工误差，使得叶轮外缘与村套之间的间隙均匀、调节方便，能够提高单叶片螺旋离心叶轮的效率；

叶轮的过流截面采用接近圆形设计，有效改善过流截面的湿周，提高叶轮效率和通过能力。

叶轮的设计参数选择为：叶片包角为520°~580°，叶片进口安放角为7°~18°，叶片出口安放角为10°~28°（比转速小者选小值，比转速大者选大值），叶片出口有效过流面积与进口有效过流面积比为1.0~1.35（比转速小者选小值，比转速大者选大值），这些参数的选择最终还要满足叶片过流截面面积过渡光滑，按照该方法设计的单叶片螺旋离心叶轮具有较好的保持轴功率值稳定的特点。

本发明的新型叶轮不仅具有高效率、无堵塞，以及重心位于旋转轴上，更实现了全流量内功率值几乎不变。

附图说明

图1是本发明实施例的单叶片螺旋离心叶轮的子午面轮廓视图。

图2是本发明实施例的某一截面视图。

图3、图4是本发明实施例三维图的俯视图（从叶轮进口端看）。

图5是本发明实施例三维图的仰视图（从叶轮出口端看）。

图6是本发明实施例三维图的主视图（从垂直轴线方向看）。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明加以详细描述。

实施例：本实施例单叶片螺旋离心叶轮如图6所示，只有一片叶轮，具体结构如下：

图1中，水流为上端来流，叶轮进口直径小于叶轮出口直径，左侧为轮缘Shroud线，其形状为一条直线，由于本发明叶轮采用半开式设计，采用直线替代传统的曲线设计方式，也使得与叶轮配套的衬套的母线为直线，该组合方式可以提高加工精度，即使得叶轮与村套之间的间隙均匀与可控；右侧为轮毂Hub线，该线条由两段直线和圆弧线构成，圆弧线在两段直线之间，并分别与两直线相切。且轮缘Shroud与轮毂Hub所围成的形状应该使得过流面积从叶片进口至叶片出口光滑过渡。

图2中，由于本发明的单叶片螺旋离心叶轮叶片包角大于360°，在某些轴截面上的一侧不同半径处，就会出现叶片被截断两次，这两个截断面与轮毂Hub、轮缘Shroud所围成的内部四边形应接近正方形，使得可以有一个圆与四条边基本都相切。同时，应对叶轮的叶片进行倒角处理，倒角半径应小于内切圆半径，且使得叶片流道过渡光滑，这可以改善湿周，提高叶轮效率。对于另外一侧，叶片仅被截断一次，为使得叶轮自重的中心能够位于旋转轴上，对该侧的叶片进行加厚处理，加厚方式为在叶片吸力面侧加厚，且在轮缘侧厚度较厚，向轮毂侧递减，最终加厚的区域截面呈锐角三角形。

图3中，所示的箭头角度Φ为叶片包角，图4中的1为叶片前伸区域，叶片前伸区域所占圆周角度应为90°~150°，2为叶片加厚区域，加厚方式按照上述方法加厚。

图5中，从叶片出口看叶轮类似“碗”状，且后盖板为非对称布置，为减小盖板圆盘摩擦损失，盖板尺寸尽量小，同时为了平衡叶轮自身重量，从叶片出口边开始，后盖板向叶片生长发现圆滑的过渡一段，该段所占圆周角度α为50°~150°之间，该段后盖板不仅平衡了叶轮自身重量，使得叶轮中心位于旋转轴上，也能够起到一定的导流作用，使得叶轮出口的流体能够顺利的进入下一级过流部件中。