CN103032370A - 一种匹配环形压水室的高效非对称导叶体 - Google Patents
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Abstract
一种匹配环形压水室的高效非对称导叶体。该导叶体由叶片（1），盖板（2）组成，导叶体安装于叶轮（3）和环形压水室（4）之间。叶片（1）固定在盖板（2）上，沿圆周方向非对称布置，以第一片叶片为起点，沿叶轮旋转方向，相邻叶片出口边与前一叶片出口边的夹角为θ，该夹角与叶片数有关，按2~50逐渐增加，且所有夹角之和为3600。第一片叶片的出口边所在半径和环形压水室出口中心线之间最佳安放角度为0~150，所有叶片的进出口安放角、包角等结构参数相同，该非对称结构均适用于圆柱型径向导叶和扭曲型空间导叶的设计。本发明非对称布置的导叶体改善了叶轮及压水室的水力匹配性能，进而提高了泵的效率和运行稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种匹配环形压水室的高效非对称导叶体，属于流体机械领域。
背景技术
导叶体是一种广泛应用于水泵中的装置。在一些水泵中，由于结构及设计等原因常需要将压水室设计成环形结构，由于环形压水室和叶轮的匹配特性较低，流体在环形压水室中产生较大的水力损失，导致泵效率较低。导叶体可以将从叶轮流出的液体收集输送至下游，并将部分液流的动能转化为压能，消除液流的旋转，可显著地提高泵效率。传统的导叶体叶片均采用沿圆周方向均匀布置的结构，根据流体流动规律可知：沿叶轮旋转方向流出导叶体的流量逐渐增加，当采用叶片均匀布置的结构时，每个流道内的流量不同将导致液体速度分布不均，导致导叶体内水力损失增加，降低泵效率，甚至诱发泵体振动，对泵运行稳定性产生影响。研究资料还表明，导叶体中水力损失在整泵中占据较大的比例。
目前针对导叶体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。黄辉等研究了导叶体的出口直径、叶片出口安放角对叶轮匹配特性及泵性能的影响。张德胜等研究了斜流泵导叶叶片数对泵性能及压力脉动的影响。周岭等对深井泵进行研究，分析了具有圆柱型和扭曲型两种不同叶片形式导叶体对泵性能的影响。目前的研究均以叶片沿圆周均匀布置的导叶体为研究对象，尚未从叶片的布置结构研究导叶性能，以进一步提高导叶体的效率及与叶轮、压水室的匹配性能。因此打破传统设计对导叶体进行结构重构具有实际意义。
发明内容
为了提高导叶体的效率，本发明打破传统的叶片沿圆周方向均匀布置方式，提出了一种叶片沿圆周方向非对称布置的导叶体。
本发明一种匹配环形压水室的高效非对称导叶体，该导叶体由叶片，盖板组成，导叶体安装于叶轮和环形压水室之间。所述导叶体的叶片沿圆周非对称布置，以第一片叶片为起点，沿叶轮旋转方向，相邻叶片的出口边与前一叶片出口边的夹角为θ，该夹角与叶片数有关，按2~5°逐渐增加，且所有夹角之和为360°第一片叶片的出口边所在半径和环形压水室出口中心线之间最佳夹角为0~15°，所有叶片的安放角、包角等结构参数都相同。本发明提出的非对称结构均适用于圆柱型径向导叶和扭曲型空间导叶的设计。
本发明的优点是：根据导叶体出口过流断面上流体沿水泵旋转方向流量增加这一特性，通过逐渐增加叶片之间的角度，重构每一流道的过流能力，符合真实流动规律，使导叶体内流体速度分布均匀，从而达到减小泵内部流动损失的目的，非对称布置的导叶体改善了叶轮及压水室的水力匹配性能，可提高泵的效率和运行稳定性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的非对称机构导叶轴截面示意图。
图2是传统的叶片均匀布置的导叶体轴截面图。
具体实施方式
如图1所示在按传统设计方法完成导叶体之后，叶片采用非对称布置方式，叶片1固定在盖板2上，导叶体安装在叶轮3和环形压水室4之间。在设计圆柱型的径向导叶和扭曲型的空间导叶时，采用叶片沿圆周非对称布置结构，以图1为例：该导叶叶片数为11片，以第一片叶片为起点，第二片叶片与第一片叶片的夹角θ为22.7°，相邻叶片的出口边与前一叶片出口边的夹角以2°逐渐增加，第一片叶片的出口边和环形压水室出口中心线最佳安放角度为15°，所有叶片的安放角、包角等结构参数相同，传统的叶片布局如图2所示，采用相同的叶轮3和压水室4，导叶叶片1沿圆周均匀布置，相邻叶片的夹角均为32.7°。本例中采用CFD手段对泵的性能进行预测，在相同叶轮和压水室的条件下，采用非对称的导叶体时，泵的效率比采用传统均匀布置导叶体提高1.0%。导叶体采用精密铸造工艺完成，安装时保证导叶体相对压水室的位置。本发明改善了导叶体内流体的速度场分布，使各个叶片流道间液流速度分布均匀，降低水力损失，从而达到减小泵内部流动损失的目的，非对称布置的导叶体改善了叶轮及压水室的匹配性能，进而提高泵的效率和运行稳定性。
Claims (3)
1.一种匹配环形压水室的高效非对称导叶体，该导叶体由叶片（1），盖板（2）组成，导叶体安装于叶轮（3）和环形压水室（4）之间；其特征是，叶片固定在盖板上，叶片沿圆周方向非对称布置；以第一片叶片为起点，沿叶轮旋转方向，相邻叶片的出口边与前一叶片出口边的夹角为θ，该夹角与叶片数有关，按2~50逐渐增加，且所有夹角之和为3600。
2.根据权利要求1所述的匹配环形压水室的高效非对称导叶体，其特征是，所有叶片的安放角、包角的等结构参数相同。
3.根据权利要求1所述的匹配环形压水室的高效非对称导叶体，其特征是，第一片叶片的出口边所在半径和环形压水室的出口中心线之间夹角为0~150。
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