[发明专利]静压向心叶轮及其设计方法

说明书

一种静压向心叶轮及其设计方法，包括外盖板、叶片、内盖板三部分，外盖板轴面投影线与旋转轴成小于90度的夹角θ，其极限情况为0度角；从外盖板外缘和叶片的交点向旋转轴做垂线，垂线与内盖板的交点处半径为R1，叶轮内盖板外缘与叶片交点处半径为R2,所述的R1/R2大于等于0.5。静压向心叶轮设计方法的提出，是对传统的叶轮设计方法的突破，清晰地指出造成叶轮内能量损失的原因，提高了设计精度，简化了设计过程，降低了设计难度。以本发明提出的设计方法来进行CFD仿真设计必将取得丰硕的成果。本发明技术先进，按本发明所述的方法设计出的叶轮效率高，功率密度大，节能效果显著，经济效益和社会效益非常明显。

技术领域

本发明涉及一种静压向心叶轮及其设计方法，应用于各种需要旋转叶轮做功的场合，需要设计新泵、风机的场合，需要改进泵、风机性能的场合，也适用于螺旋桨或者船舶推进泵的场合以及流体对叶轮做功的场合。

背景技术

泵在现代社会应用广泛，应用于各种需要对液体、气体以及混合流体进行输送的领域，无论是生产或者是生活中都离不开泵。风机和离心气体压缩机在工业领域得到广泛应用，用于降温、通风、驱动气动设备、制冷、制造液态气体等等，不可或缺。水轮机用于发电，给生产和生活提供电力，或者驱动其它设备。这些设备的共同特点是必须要有叶轮。

在本发明的应用领域现有的叶轮有三种：离心叶轮、混流叶轮、轴流叶轮，它们的主要缺点有：1)、叶轮效率低，2)、叶轮功率密度小。

离心叶轮一般按照速度系数法设计，混流叶轮和轴流叶轮一般按升力系数法或者环量法来设计。近年来随计算机的普及大量采用三维仿真模拟法设计，但其基础数据和公式仍然来自传统设计方法。这些设计方法的缺点如下：

1)、给出了叶轮水力效率计算公式，但是没有明确效率损失的根源。

2)、计算中涉及的经验系数多，需要丰富的设计经验选择这些系数。

3)、计算过程比较复杂。

4)、只有部分规格的叶轮具有比较高的效率，其它规格的叶轮效率非常低。

5)、叶轮实际扬程远低于理论扬程，叶轮功率密度小，设计方法没有给出解决办法。

6)设计气体叶轮时，由于气体的可压缩性，计算精度很低，对经验的依赖性非常大。

发明内容

本发明的目的就是要解决以上问题，提供一种静压向心叶轮及其设计方法，叶轮做功充分，效率高，功率密度大；按本发明设计方法设计出的叶轮效率高，功率密度大，节能效果显著。

本发明的技术方案是这样得以实现的，一种静压向心叶轮，其特点是：叶轮的流体工作部分包括外盖板、叶片、内盖板三部分；从外盖板外缘和叶片的交点向旋转轴做垂线，垂线与内盖板的交点处半径为R1，叶轮内盖板外缘与叶片交点处半径为R2,所述的R1/R2大于等于0.5；从叶片进口到叶片出口，叶轮径向过流面积保持恒定不变或者小幅度均匀减小；叶片为后弯式，在轴截面投影图上的型线由公式ds＝[(u-v_y)/v_r]dr积分计算得出；叶轮其它过流部分光滑顺畅。

进一步的，外盖板轴面投影线与旋转轴成夹角θ，内盖板与外盖板轴面投影线成角度△θ，形成叶轮轴面流道；从叶片进口到叶片出口，θ值和△θ值无需保持恒定，可以是变化的。

进一步的，叶轮出口流道比较宽时，或者R1/R2小于0.5时，在叶轮出口外盖板和内盖板之间增加中间隔板，中间隔板符合该处流线，从中间隔板外缘与叶片交点处向旋转轴做垂线，垂线与内盖板的交点处半径为R3，所述的R3/R2大于等于0.5；从外盖板外缘与叶片交点处向轴做的垂线与中间隔板的交点处的半径为R4，同时中间隔板内缘半径R5小于等于R4；如果一个中间隔板不能满足所有要求，增加中间隔板数量。