[发明专利]厚叶片离心叶轮

说明书

本发明涉及离心式流体机械的叶轮，尤其是厚叶片离心叶轮。

在现有技术领域中，离心泵、离心式压缩机及离心式鼓风机等离心式流体机械，其叶轮效率较低，其原因是：首先从附在旋转叶轮上的相对坐标上观察，流经叶轮流道内的流场是强烈有旋的;其次是由于常规设计的叶片较薄，叶片间的流道从进口处开始在大部流道区域内都是扩张的，因此叶片压力面一侧必然会出现大片的流动分离区或回流区，这些流动区域消耗了许多能量，它是叶轮效率低的关键所在。以离心水泵为例，叶轮效率一般不超过80%，从而使泵整体效率难以超过70%。

1981年Eiichi    Sugiura为消除相邻叶片所形成的流道内旋涡，对轴向等厚的多叶片离心泵叶轮提出增厚叶片使流道宽度自进口至出口逐渐变狭的设想，并在美国申请了专利，专利号4，253，798。

本发明的目的是，则不论轴向是否等厚，要减少或消除相邻叶片所形成的流道内回流涡区必须控制流道的扩散度，在流道前半段应保持流道不扩散。为了使液（气）流入涡壳时较平缓，有利于恢复压力，允许流道稍有扩散。

为了说明本发明的厚叶片叶轮的型线，首先提出堵塞函数的概念，如图1所示，堵塞函数K_（r）定义如下：

K ( r )=L ( r ) · m (r - r 1 ) · 2 π ]]>

式中：

L_（r）-叶片在不同半径r处的周向宽度;

m-叶片数;

r₁-叶片前缘处的极座标半径。

叶片的周向宽度L_（r）越大，堵塞函数K_（r）也越大，因为相邻叶片间流道周向宽度S_（r）为：

S_（r）＝ (2πr)/(m) -L_（r）

所以当K_（r）恒为1时，流道的周向宽度不变，也就是说流道不会是扩散形的。当K_（r）＜1时，流道呈扩散形，它的数值越小，扩散度越大。

本发明的技术方案是：它至少由二片以上的叶片组成，叶轮上的叶片厚度增加到使堵塞函数K_（r）在r₁≤r≤0.8（r₂-r₁）+r₁的范围内为K_（r）≥min〔1, (r)/(2(r-r₁)) 〕在作以上定义时，要求r₂/r₁＞1.7，（3）式中min的含义为取最小值。r₂-叶片后缘处极座标半径。

在流道的前半段即满足：r₁≤r≤r_m时，适当选取K_（r）使流道不为扩散形状。比如对常用的后弯形叶轮，只要让K_（r）＝1时就可以保证这一点。式中r_m＝0.5（r₁+r₂）。

在流道的后半段，即r_m＜r≤r₂的范围内K_（r）取为：

K_（r）＝ (K₂－1)/(（r₂-r_m)) （r-r_m）+1

式中K₂＝K_(r2)为出口处的堵塞函数，选取时一般要求其足够大以保证由（3）式所表示的条件得到满足，但K₂不大于1。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1.厚叶片离心叶轮叶片剖视图;

图2.流体机械离心叶轮的轴面流道图;

图3.流体机械离心叶轮轴面结构图。