[发明专利]一种带无叶分流片的离心叶轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种离心泵叶轮，属于流体机械领域。

背景技术

离心泵是一种用途极为广泛的通用型流体机械，在各个领域中扮演着重要角色，同时也消耗了大量的电力，因此提高离心泵的性能对于新型节约型社会的建设具有重要意义。离心泵主要由叶轮和蜗壳两大水力部件组成，两者的匹配特性共同决定了离心泵的性能。蜗壳的几何参数少，设计较为简单，而叶轮型线呈空间扭曲形状，几何参数复杂，设计难度大，因此高效离心叶轮的设计成为离心泵设计的难点问题；高效叶轮的设计原则是尽量降低叶轮内部的水力损失，使流体沿着叶片型线平滑流动。

由附图5常规叶轮内部真实流动规律可知：受有限叶片数影响，离心泵叶轮出口呈现典型的射流—尾迹结构，即靠近叶片出口工作面的相对流速大于叶片背面的流速，在叶片背面形成明显的尾流区，造成较大的水力损失；同时射流与尾流区之间存在较大的速度梯度，容易形成射流-尾迹剪切层，同样也会造成部分水力损失，因此控制叶轮出口的流动状态，改善有害流动结构可以有效地提高离心泵的性能。

目前针对离心泵叶轮的研究主要集中于叶片型线、几何参数、叶片数等因素的优化。陆伟刚，张德胜，王凯等人都对叶轮几何参数对泵性能的影响进行了研究；目前大部分研究都从优化叶轮几何参数出发，探索不同参数配比对泵性能的影响，未能从改善叶轮出口流动结构本质出发，研究射流—尾迹结构对性能的影响，从而可以进一步提高泵的能量性能，因此通过控制叶轮出口流动状态对提高泵的性能具有实际意义。

发明内容

为了进一步提高离心泵的性能，本发明从控制叶轮出口射流—尾迹结构原理出发，提出一种带无叶分流片的离心叶轮，该叶轮简单、合理，有效降低了叶轮出口的水力损失，进一步提高了泵的扬程，改善离心泵的性能。

本发明为一种带无叶分流片的离心叶轮，该无叶分流片是一种具有均匀厚度的弯曲薄片，该无叶分流片与叶轮前盖板和叶轮后盖板相连，位于相邻两叶片之间，沿叶轮圆周均布。

该结构通过堵塞叶轮出口的部分流道，以实现叶轮出流流场均匀重构，达到提升泵性能的目的；其外表面和叶轮出口齐平，厚度与叶片出口边厚度相同，个数和叶轮叶片数相同；无叶分流片远离叶片工作面，更靠近叶片背面，其中心距离叶片出口背面的距离a为相邻两叶片间圆弧长度的（1/4~1/2），其堵塞面积为叶轮出口流道过流断面面积的（1/6~1/3）。

本发明的优点是：从控制叶轮出口的射流—尾迹结构出发，采用无叶分流片结构堵塞叶轮出口的部分流道，减小其过流面积，强制增加靠近叶片背面的流体速度，改善叶轮流道内的速度梯度分布特性，提高泵的扬程，有利于在叶轮设计中适当降低叶轮外径，降低圆盘摩擦损失，提高机械效率，进一步改善泵的性能。同时本发明还具有结构简单、合理、加工方便等优点。

附图说明

图1为本发明的带无叶分流片的离心叶轮轴面投影图。

图2为本发明的带无叶分流片的离心叶轮平面投影图。

图3为本发明的带无叶分流片的离心叶轮出口流道过流断面的平面展开图。

图4为本发明的带无叶分流片的离心叶轮出口流动结构图。

图5为传统的离心叶轮的出口流动结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1给出了离心叶轮的轴面投影图，由图可知：该无叶分流片5与叶轮前盖板1和叶轮后盖板2相连。

由图2可知：叶轮叶片数为5，无叶分流片5均匀分布在叶轮各个流道之间，其厚度和叶片出口边7厚度相等，取为5mm，其外表面和叶轮出口6齐平。

图3给出了叶轮出口流道过流断面的平面展开图，无叶分流片5中心距叶片背面4的距离小于距叶片工作面3的距离，且其中心距叶片背面的距离a为叶轮出口相邻叶片间流道长度的30%，其堵塞面积为叶片出口相邻流道过流断面面积的20%。

图4、5给出了本发明的带无叶分流片的离心叶轮和传统的离心叶轮的出口流动结构图，通过对比可知：增加无叶分流片结构后，叶轮出口尾迹区内速度明显增加，射流-尾迹结构得到显著改善，而常规离心叶轮的出口存在较为显著的尾流区，该区内相对速度较小，容易造成能量耗散，增加泵的水力损失，降低其性能。

本例中采用CFD手段对泵的性能进行预测，在相同叶轮和蜗壳条件下，离心泵设计点处，采用无叶分流片结构后，离心泵的扬程上升了7%，效率提高了0.5%。本发明改善了叶轮出口流动结构，从而达到减小泵内部流动损失的目的，进而提高泵的性能。