[发明专利]一种径流式旋转机械叶轮

说明书

本发明公开了一种径流式旋转机械叶轮，包括叶轮主体，叶轮主体背面设有多个主叶片和多个边缘叶片，主叶片沿叶轮主体的圆周方向均匀分布在叶轮主体的背面，主叶片凸出设置；边缘叶片沿圆周方向均匀布置在相邻主叶片的进口段之间，边缘叶片凸出设置。本发明，显著增加了叶轮主体背部半径较大区域的叶片稠度，同时避免了半径较小区域叶片稠度的增加，使得泄漏流体进入叶轮主体背部间隙后周向速度迅速增加，在叶轮主体背叶片的带动下泄漏流体周向速度随半径减小而进一步增加，同时压力降低，半径较大区域流体压力的降低更有助于降低叶轮主体背部轴向力，从而平衡叶轮主体轴向力。

技术领域

本发明涉及径流式旋转机械叶轮技术领域，具体涉及一种径流式旋转机械叶轮。

背景技术

径流式旋转机械由于体积紧凑、变工况特性优异，广泛应用于国民生产的各个领域，如石化行业的离心泵、汽车行业的涡轮增压器、航空业的离心压缩机及向心透平等。其运行过程中叶轮背部承受的流体轴向推力通常大于叶轮正面，在旋转机械运行压力较高时叶轮承受较大的指向叶轮正面的轴向力，可能超出推力轴承的承载能力，需要在叶轮上设计一些特殊的结构如平衡孔、背叶片等来平衡轴向力。

目前广泛应用的径流式旋转机械叶轮背叶片结构通常为由复数个均匀布置的相同叶片组成的轮背叶片，通过叶片带动轮背间隙泄漏流体加速，从而降低轮背流体压力，减小叶轮承受的轴向力。现有背叶片结构的基本特点在于相邻叶片中弧线的周向间距随着半径增大而增大，这一布置方式使得在半径较大即叶轮线速度较高的区域，背叶片对轮背间隙泄漏流体的加速降压效果较差，而这一区域接近泄漏流进口且面积较大，从而削弱了整个轮背间隙的流体压降幅度及轴向力平衡效果。如图1所示，叶轮2出口腔室6中的部分流体通过叶轮2背部与壳体1之间的间隙产生少量泄漏，泄漏路径依次为：叶轮2背部与壳体1之间的径向间隙7，叶轮2背部与壳体1之间的轴向间隙8，动密封5结构的动静间隙9。通常叶轮背面泄漏流体压力高于正面主流流体，使得叶轮承受指向正面的轴向力，当运行压力较高时轴向力较大。

为了改善轴向力平衡效果，现有背叶片结构需要采用较大的背叶片高度来提高泄漏流压降，如本专利申请的说明书附图的图2所示，现有技术中应用的叶轮背部叶片典型几何造型：在叶轮10背面沿圆周方向均匀布置造型相同的复数个叶片11，叶片11与叶轮10背面垂直，任意叶片11外端半径相同、内端半径相同，图中叶片11中心线为沿径向的直线，也有实例中心线与径向呈一定角度或为曲线，弯曲方向与叶轮10旋转方向12有关。其几何特征为相邻叶片中弧线的周向间距随着半径增大而增大，半径较大的外端周向间距13明显大于半径较小的内端周向间距14。泄漏流体进入叶轮背部间隙后周向速度方向与叶轮转动方向相同，周向速度大小远小于叶轮转动线速度，在叶轮背叶片的带动下泄漏流体周向速度随半径减小而增加，同时压力降低，由于叶片外端间距较大，叶片进口区域对泄漏流体的加速降压效果较差，需要通过增加叶片高度来弥补，进而导致叶轮功率损失增加、效率降低。

有鉴于此，急需对现有的径流式旋转机械叶轮的结构进行改进，以降低叶轮的功率损失，提高流体压降幅度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的径流式旋转机械叶轮的轴向力平衡结构存在功率损失高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种径流式旋转机械叶轮，包括叶轮主体，所述叶轮主体上设有：

主叶片，为多个，并沿所述叶轮主体的圆周方向均匀分布在所述叶轮主体的背面，所述主叶片凸出设置；

边缘叶片，为多个，沿圆周方向均匀布置在相邻所述主叶片的进口段之间，所述边缘叶片凸出设置。

在另一个优选的实施例中，各所述主叶片的外端半径相同，各所述主叶片的内端半径相同，各所述边缘叶片的外端半径与各所述主叶片的外端半径相同，各所述边缘叶片的内端半径相同。