CN108443218B - 一种具有二次分流叶片的泵叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明属于叶片式泵设计领域，具体公开了一种具有二次分流叶片的泵叶轮，包括前盖板、后盖板、长叶片、一次分流叶片、二次分流叶片一及二次分流叶片二；叶片为扭曲叶片，叶片数为3；一次分流叶片进口直径为0.42～0.46D₂，叶片进出口沿叶轮旋转方向分别偏置0.4～0.5θ和0.4～0.5θ，θ为相邻两长叶片之间的夹角；二次分流叶片一的进口直径为0.61～0.64D₂，叶片进出口沿叶轮旋转方向分别偏置0.2～0.25θ和0.2～0.25θ；二次分流叶片二的进口直径0.65～0.75D₂，叶片进出口沿叶轮旋转方向分别偏置0.65～0.75θ和0.7～0.8θ；二次分流叶片二的叶片厚度在出口处向相邻叶片吸力面额外加厚，且叶片最大厚度是长叶片最大叶片厚度的1.3～1.6倍。本发明能够抑制或减少泵叶轮内脱流及射流‑尾迹等现象的发生，提高在小流量工况下泵的运行效率。

Description

一种具有二次分流叶片的泵叶轮

技术领域

本发明属于叶片式泵设计领域，特别指涉及一种具有二次分流叶片的泵叶轮。

背景技术

随着石油、化工、航空航天、冶金及轻工业等领域的快速发展，泵的性能往高速、高压、高效和大功率方向发展，而低比转速泵具有流量小、扬程高的特点，被广泛应用于上述行业。

目前低比转速泵采用的多是如中国专利文献记载的一种离心泵复合叶轮【申请号：201520005753.1；公布号：CN204419688U】的一次分流叶轮，其优点在于叶轮进口不产生排挤的同时增加了叶片数，但一次分流叶轮仍然存在叶片稠密度不足的情况，在小流量工况运行时，叶片对出口处的流体约束不足，叶轮出口易产生射流-尾迹、二次流等现象，造成较大的水力损失，从而导致泵的运行效率低下。

在此基础上，中国专利文献记载的二次分流叶片式离心叶轮【申请号：200910023223.9；公布号：CN101598138A】设计出一款应用于离心式压缩机的二次分流叶轮，高速复合离心泵【申请号：96203683.8；公布号：CN2265446Y】则设计出一种长中短复合叶轮，将二次分流技术应用到了低比转速泵上，但是上述文献均只对叶片数进行了增加，并未深入阐述叶片之间的合理组合对泵性能的影响，以及未考虑蜗壳和叶轮的相互作用和叶轮内部各流道的流动各不相同的情况，在不同的流道中均采用相同的短叶片进行分流，导致分流叶片相邻流道内流量不等，流入泵体的流速不均匀，增加了叶轮内及叶轮出口边外水力损失。其次，上述文献并未考虑低比转速离心泵中分流叶片进口直径对流道内流动的影响，导致文献涉及的叶轮在小流量工况下运行时，分流叶片进口吸力面可能会产生脱流，紊乱叶轮内部流动，增加叶轮内部水力损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有二次分流叶片的泵叶轮，它针对不同流道采用不同的短叶片，使分流叶片相邻流道内部流量相等，有效的减小叶轮内和叶轮出口边外水力损失，同时本发明提供的一种具有二次分流叶片的泵叶轮可以有效地改善小流量工况下泵叶轮内部流场，抑制叶片吸力面脱流现象的发生和提高叶片在出口处对流体的约束，消除射流-尾迹、二次流现象，从而进一步提高泵效率。

为达到以上目的，采用如下技术方案：

一种具有二次分流叶片的泵叶轮，包括前盖板、后盖板、长叶片、一次分流叶片、二次分流叶片一和二次分流叶片二。

所述长叶片、一次分流叶片、二次分流叶片一和二次分流叶片二均为扭曲叶片，且叶片数均为3。

长叶片在叶轮圆周方向上均匀分布；一次分流叶片位于两个相邻长叶片形成的流道中，二次分流叶片一位于长叶片吸力面与一次分流叶片压力面之间的流道，二次分流叶片二位于一次分流叶片吸力面与相邻长叶片压力面之间的流道。

一次分流叶片的进口直径D_si2＝0.42～0.46D₂，叶片偏置方向沿叶轮旋转方向，进口偏置度θ_si2＝0.4～0.5θ、出口偏置度θ_so2＝0.4～0.5θ；进口安放角β₁₂＝15～25°、出口安放角

其中a₂为一次分流叶片进出口偏置度的差值的绝对值，

为一次分流叶片的包角，l₂为一次分流叶片进口直径上两相邻长叶片之间的叶栅距，l₂＝2πD_si2/3，β₁₂为一次分流叶片的进口安放角，R₂为一次分流叶片的曲率半径。

二次分流叶片一的进口直径D_si3＝0.61～0.64D₂、叶片偏置方向沿叶轮旋转方向、进口偏置度θ_si3＝0.2～0.25θ、出口偏置度θ_so3＝0.2～0.25θ、进口安放角β₁₃＝25～35°、出口安放角

其中a₃为二次分流叶片一的进出口偏置度的差值的绝对值，

为二次分流叶片一的包角，l₃为所述二次分流叶片一进口直径上两相邻长叶片之间的叶栅距，l₃＝2πD_si3/3，β₁₃为二次分流叶片一的进口安放角，R₃为二次分流叶片一的曲率半径。

二次分流叶片二的进口直径D_si4＝0.65～0.75D₂、进口偏置度θ_si4＝0.7～0.8θ、出口偏置度θ_so4＝0.7～0.85θ、叶片偏置方向沿叶轮旋转方向、进口安放角β₁₄＝25～35°、出口安放角

其中a₄为二次分流叶片二的进出口偏置度的差值的绝对值，

为二次分流叶片二的包角，l₄为所述二次分流叶片二进口直径上两相邻长叶片之间的叶栅距，l₄＝2πD_si4/3，β₁₄为二次分流叶片二的进口安放角，R₄为二次分流叶片二的曲率半径；

其中，D₂为叶轮出口直径，θ为相邻两长叶片之间的夹角，β₂为长叶片的出口安放角。

长叶片的包角

出口安放角β₂＝35～45°、叶片由进口边向出口边逐渐加厚、叶片最大厚度Δt₁＝3～5mm。

二次分流叶片二叶片由进口边向出口边逐渐加厚、叶片出口处向相邻叶片吸力面额外加厚、叶片最大厚度Δt₄＝1.3～1.6Δt₁、包角

出口安放角β₂₄＝45～50°。

本发明的优点在于：

(1)本发明采用二次分流的方式，保证了叶轮进口排挤的同时增加了叶片数，合理的叶片搭配减少了叶轮内脱流的发生，从而提高了泵的扬程系数。

(2)本发明在不同的流道采用不同形式的短叶片进行分流，使不同流道中的流体均受到足够的约束，能够抑制或减少泵叶轮内脱流及射流-尾迹等现象的发生，从而提高小流量工况下泵的运行效率。

附图说明

图1为本发明的一种具有二次分流叶片的泵叶轮结构示意图；

图2为本发明实施例与传统分流叶片方法设计的泵叶轮的外特性对比图；

图中：1前盖板，2后盖板，3长叶片，4一次分流叶片，5二次分流叶片一，6二次分流叶片二。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例：

一台比转速为48的离心泵，其设计参数为：设计流量Q_d＝16m³/h，扬程H＝35m，转速n＝2860r/min。叶轮的主要几何参数为：叶轮出口直径D₂＝220mm，叶轮进口直径D₁＝50mm，叶轮出口宽度b₂＝6mm。

如附图1所示，一种具有二次分流叶片的泵叶轮，包括前盖板、后盖板、长叶片、一次分流叶片，二次分流叶片一及二次分流叶片二，所有叶片均为扭曲叶片，且叶片数均为3。

如附图1所示，长叶片在叶轮圆周方向上均匀分布；一次分流叶片位于两个相邻长叶片形成的流道中；二次分流叶片一位于长叶片吸力面与一次分流叶片压力面之间的流道；二次分流叶片二位于一次分流叶片吸力面与相邻长叶片压力面之间的流道。相邻长叶片之间的夹角θ＝60°。

如附图1所示，一次分流叶片的进口直径D_si2＝97.5mm、进口偏置度θ_si2＝0.45θ＝27°、出口偏置度θ_so2＝0.45θ＝27°、R₂＝74mm、叶片包角

进口安放角β₁₂＝16°、一次分流叶片进口直径上两相邻长叶片之间的叶栅距l₂＝204.2mm、长叶片出口安放角β₂＝42°、叶片偏置方向沿叶轮旋转方向、出口安放角β₂₂＝42°。

如附图1所示，二次分流叶片一的进口直径D_si3＝137mm、进口偏置度θ_si3＝0.225θ＝13.5°、出口偏置度θ_so3＝0.245θ＝14.7°、叶片包角

R₃＝125mm、进口安放角β₁₃＝30°、二次分流叶片一进口直径上两相邻长叶片之间的叶栅距l₃＝286.9mm、叶片偏置方向沿叶轮旋转方向、出口安放角β₂₃＝46°。

如附图1所示，长叶片采用包角出口安放角β₂＝42°，叶片最大厚度为Δt₁＝4mm。

如附图1所示，二次分流叶片二的进口直径D_si4＝152mm、进口偏置度θ_si4＝0.725θ＝43.5°、出口偏置度θ_so4＝0.775θ＝46.5°、叶片偏置方向沿叶轮旋转方向、叶片最大厚度Δt₄＝6mm、叶片包角

R₄＝80mm、进口安放角β₁₄＝25°、二次分流叶片二进口直径上相邻两叶片之间的叶栅距l₄＝318.3mm、叶片偏置方向沿叶轮旋转方向、出口安放角β₂₄＝48°。

为了验证具有二次分流叶片的泵叶轮的有效性，分别对采用传统分流叶片方法和本发明专利设计的泵进行CFD数值计算，外特性计算结果如图2所示，Q为实际流量，H为扬程，η为泵效率，从图中可以看出，本发明专利设计的泵效率和扬程均高于采用传统分流叶片方法设计的泵，尤其是小流量工况下泵效率有明显的增加。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种具有二次分流叶片的泵叶轮，其特征在于，包括前盖板、后盖板、长叶片、一次分流叶片、二次分流叶片一和二次分流叶片二；

所述长叶片、一次分流叶片、二次分流叶片一和二次分流叶片二均为扭曲叶片，且叶片数均为3；

所述长叶片在叶轮圆周方向上均匀分布，所述一次分流叶片位于两个相邻长叶片形成的流道中，所述的二次分流叶片一位于长叶片吸力面与一次分流叶片压力面之间的流道，所述的二次分流叶片二位于一次分流叶片吸力面与相邻长叶片压力面之间的流道；

所述一次分流叶片的进口直径D_si2＝0.42～0.46D₂、叶片偏置方向沿叶轮旋转方向、进口偏置度θ_si2＝0.4～0.5θ、出口偏置度θ_so2＝0.4～0.5θ、进口安放角β_12＝15～25°、出口安放角

其中a₂为所述一次分流叶片进出口偏置度的差值的绝对值，

为所述一次分流叶片的包角，l₂为所述一次分流叶片进口直径上两相邻长叶片之间的叶栅距，l₂＝2πD_si2/3，β₁₂为所述一次分流叶片的进口安放角，R₂为所述一次分流叶片的曲率半径；

所述二次分流叶片一的进口直径D_si3＝0.61～0.64D₂、叶片偏置方向沿叶轮旋转方向、进口偏置度θ_si3＝0.2～0.25θ、出口偏置度θ_so3＝0.2～0.25θ、进口安放角β_13＝25～35°、出口安放角

其中a₃为所述二次分流叶片一的进出口偏置度的差值的绝对值，

为所述二次分流叶片一的包角，l₃为所述二次分流叶片一进口直径上两相邻长叶片之间的叶栅距，l₃＝2πD_si3/3，β₁₃为所述二次分流叶片一的进口安放角，R₃为所述二次分流叶片一的曲率半径；

所述二次分流叶片二的进口直径D_si4＝0.65～0.75D₂、叶片偏置方向沿叶轮旋转方向、进口偏置度θ_si4＝0.7～0.8θ、出口偏置度θ_so4＝0.7～0.85θ、进口安放角β_14＝25～35°、出口安放角

其中a₄为所述二次分流叶片二的进出口偏置度的差值的绝对值，为所述二次分流叶片二的包角，l₄为所述二次分流叶片二进口直径上两相邻长叶片之间的叶栅距，l₄＝2πD_si4/3，β₁₄为所述二次分流叶片二的进口安放角，R₄为所述二次分流叶片二的曲率半径；

其中，D₂为叶轮出口直径，θ为相邻两长叶片之间的夹角，β₂为长叶片的出口安放角。

2.根据权利要求1所述的一种具有二次分流叶片的泵叶轮，其特征在于，所述的长叶片的包角

出口安放角β₂＝35～45°、叶片由进口边向出口边逐渐加厚、叶片最大厚度Δt₁＝3～5mm。

3.根据权利要求2所述的一种具有二次分流叶片的泵叶轮，其特征在于，所述的二次分流叶片二的叶片出口安放角β₂₄＝45～50°、叶片由进口边向出口边逐渐加厚、叶片出口处向相邻叶片吸力面额外加厚、叶片最大厚度Δt₄＝1.3～1.6Δt₁、包角

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