一種減弱軸流泵葉頂泄漏流和泄漏渦的葉片結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種用于減弱軸流泵葉頂泄漏流和泄漏渦的葉片結(jié)構(gòu)。其特征在于軸流泵葉片葉頂加工成迷宮式的結(jié)構(gòu)。該迷宮式的結(jié)構(gòu)為鋸齒形的，具有一定的間隙、高度、寬度、齒數(shù)及齒頂角度等。本發(fā)明的有益效果是：選擇合適的鋸齒形尺寸，軸流泵通過葉尖迷宮式結(jié)構(gòu)，使得流體經(jīng)過葉頂間隙時的能量損失增加，減少了泄漏量，從而減弱了葉頂泄漏流和泄漏渦，提高了軸流泵的水力效率和運行穩(wěn)定性。
【專利說明】—種減弱軸流泵葉頂泄漏流和泄漏渦的葉片結(jié)構(gòu)
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種用于減弱軸流泵葉頂泄漏流和泄漏渦的葉片結(jié)構(gòu)，葉頂設(shè)計為鋸齒形的迷宮式結(jié)構(gòu)，屬于流體機(jī)械產(chǎn)品【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]軸流泵因其流量大、揚程低、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特點，在農(nóng)田排灌、防洪排澇、城市給排水、跨流域調(diào)水工程等方面得到了廣泛應(yīng)用，因此提高軸流泵的效率和運行穩(wěn)定性具有重要的現(xiàn)實意義。在軸流泵葉輪中，由于軸流式葉輪的結(jié)構(gòu)特征，葉輪葉片葉頂與轉(zhuǎn)輪室之間不可避免存在間隙，雖然葉片頂部間隙的幾何尺寸同整個流道相比很小，但卻對葉片流道將近20%區(qū)域的流動產(chǎn)生影響。在軸流泵葉片工作面與吸力面之間的壓力作用下，一部分流體介質(zhì)越過葉頂間隙，形成泄漏流動。泄漏流與主流發(fā)生卷吸而形成葉頂泄漏渦，泄漏渦在向下游發(fā)展的過程中漩渦強(qiáng)度和尺度逐漸增大，堵塞主流，尤其在小流量工況，易誘導(dǎo)軸流泵進(jìn)入旋轉(zhuǎn)失速不穩(wěn)定工況，因此，軸流泵葉頂泄漏渦對流場結(jié)構(gòu)、能量傳輸、負(fù)荷能力及損失有著重要影響。泄漏流造成的損失與泄漏流量有關(guān)，泄漏流量越多，泄漏流造成的損失越大。因此通過某種方法將葉頂泄漏流阻礙在葉頂壓力面?zhèn)?，減小其向吸力面的泄漏量，使得更多的流體通過葉輪做功，可有效地降低葉頂泄漏流和泄漏渦對葉輪性能造成的不利影響，可提高泵的揚程和水力效率，并改善軸流泵的水力穩(wěn)定性。
[0003]經(jīng)檢索，已公開的專利“一種軸流泵葉輪葉片(申請?zhí)?02133456.0) ”，其設(shè)計出葉端及葉根部分采用了加長前傾的扭曲形狀的葉片。但這種葉片形狀較復(fù)雜，不易加工，增加了工作量，且還有可能不能滿足葉輪原始設(shè)計；已授權(quán)專利“一種高效軸流泵葉輪(專利號:ZL200920043160.9) ”，其通過調(diào)整葉片的不同圓周截面的翼型形狀來獲得較優(yōu)的水力性能，但在葉輪葉片的葉頂區(qū)域仍采用的傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。由此可見，目前軸流泵葉片的改善大都是對葉片形狀的整體改變，尚未提出一種改善葉片葉頂形狀以減弱葉頂泄漏流和泄漏渦的葉片結(jié)構(gòu)。本專利通過發(fā)明軸流泵葉輪葉頂端面結(jié)構(gòu)，依靠間隙中的節(jié)流過程和空腔內(nèi)的動能耗散來實現(xiàn)流體密封，結(jié)構(gòu)簡單，可有效減弱軸流泵葉片葉頂泄漏流和泄漏渦，最終提高軸流泵的水力性能和水力穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述軸流泵葉頂泄漏流和泄漏渦發(fā)生的問題，本發(fā)明目的在于提供一種軸流泵的葉片結(jié)構(gòu)，用以減弱軸流泵葉頂泄漏流和泄漏渦，提高葉輪水力效率，改善軸流泵的運行穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:將軸流泵葉片的葉頂設(shè)計成迷宮式的端面結(jié)構(gòu)，該迷宮式的端面結(jié)構(gòu)型式為鋸齒形，具有一定的節(jié)流間隙、高度、寬度、齒數(shù)及齒根角等參數(shù)特征。軸流泵葉輪葉片流道間的液體由于葉片壓力面和吸力面之間的壓差作用，通過葉頂間隙，從葉片壓力面泄漏到吸力面，經(jīng)過葉頂?shù)匿忼X形迷宮結(jié)構(gòu)，能夠增大流體流動阻力，使流經(jīng)葉頂間隙的流體部分動能被消耗，能夠達(dá)到減小泄漏量的效果，有效抑制葉頂泄漏渦的形成，減小了泄漏損失，提高了水力效率和運行穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明的葉片結(jié)構(gòu)可通過數(shù)控加工實現(xiàn)制造，直接在軸流泵葉片葉頂端面處加工出鋸齒狀的迷宮式結(jié)構(gòu)，加工方法成熟，簡單方便，尤其適用于大型泵站的軸流泵葉輪葉片(葉輪直徑1000mm以上)。
[0007]本發(fā)明的有益效果是，通過軸流泵葉片葉頂端面迷宮式結(jié)構(gòu)，可將葉頂泄漏流阻礙在葉頂壓力面?zhèn)龋瑴p小其向吸力面的泄漏量，使得更多的流體通過葉輪做功，微小的泄漏流誘導(dǎo)產(chǎn)生泄漏渦的能量可大幅降低，最大限度地降低葉頂泄漏流和泄漏渦對葉輪性能造成的不利影響，提高泵的揚程和水力效率，并改善軸流泵的水力穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]下面結(jié)合附圖和對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0009]圖1是軸流泵葉輪在泵殼內(nèi)的示意圖。
[0010]圖2是附圖1中，本發(fā)明所提及的一種減弱軸流泵葉頂泄漏流和泄漏渦的葉片結(jié)構(gòu)局部放大示意圖。
[0011]圖3是圖2的葉尖鋸齒形迷宮式結(jié)構(gòu)放大剖視圖。
[0012]圖中，I是葉輪葉片，2是葉輪輪轂，3是轉(zhuǎn)輪室，4為葉輪間隙，5是葉頂，6是壓力面，7是吸力面，8是鋸齒形迷宮結(jié)構(gòu)，9是葉頂泄漏流和泄漏渦，10是葉輪流道主流，11是輪轂面。
[0013]圖3中，C表示葉頂間隙大小，H表示鋸齒高度，W表示齒寬，α表示齒頂角，D2表示葉片輪緣外徑。
【具體實施方式】
[0014]軸流泵的部分示意圖1中，包括了軸流泵的葉輪葉片(1)，葉輪輪轂(2)，轉(zhuǎn)輪室
(3)，葉輪間隙⑷以及葉頂(5)。本發(fā)明所述的鋸齒形迷宮式結(jié)構(gòu)設(shè)計于葉頂(5)，P十輪葉片(I)和轉(zhuǎn)輪室(3)的壁面之間的距離即是葉輪間隙(4)。葉輪葉片通過固定件固定在葉輪輪轂⑵上。軸流泵葉輪葉片流道間的液體(10)由于葉片壓力面(7)和吸力面(6)之間的壓差作用，通過葉頂間隙(4)，從葉片壓力面(7)泄漏到吸力面(6)，經(jīng)過葉頂?shù)匿忼X形迷宮結(jié)構(gòu)(8)，增大了流體流動阻力，使流經(jīng)葉頂間隙的流體部分動能被消耗，從而減小葉頂間隙泄漏量，并抑制葉頂泄漏渦的形成。圖2中葉輪葉片葉頂鋸齒形迷宮結(jié)構(gòu)(8)，其齒尖處流動截面小，流速增大，液體產(chǎn)生射流現(xiàn)象，壓力能轉(zhuǎn)化為動能，壓力大幅度降低；當(dāng)液體進(jìn)入兩個矩形齒之間的大空腔內(nèi)部，由于空腔流動截面較大，液體流速降低，在葉頂鋸齒形迷宮結(jié)構(gòu)(8)的空腔內(nèi)部形成大的旋渦，流體的部分動能被耗散掉。由于齒尖處的節(jié)流和密封腔室內(nèi)的動能耗散作用，從而降低流體壓力，達(dá)到密封的效果，從而降低了葉輪間隙
(4)處的泄漏流，有效地抑制了葉頂泄漏流和泄漏渦(9)的形成。結(jié)合圖3葉頂鋸齒形迷宮式結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)，葉頂間隙C，取值為葉片輪緣外徑的千分之一(即D2/1000);齒數(shù)由葉片外緣翼型的厚度確定，其等于厚度與寬度W的比值；鋸齒高度H取葉片輪緣外徑的千分之三至千分之五(即3DΗ<?2/1000);高度H與寬度S之比為(ΗΛ)_~0.5 ;齒頂角α取值范圍為30°~35°。
【權(quán)利要求】
1.一種減弱葉頂泄漏流和泄漏渦的葉片結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于軸流泵葉輪，該葉片結(jié)構(gòu)的葉頂端面為迷宮式的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，葉輪葉頂截面為鋸齒形，具有合適的節(jié)流間隙、高度、寬度、齒數(shù)及齒頂角，與泵殼內(nèi)壁保持一定距離，其能夠降低形成渦的動力和能量，減小葉頂泄漏流動，有效地抑制葉頂泄漏渦的形成，提高軸流泵葉輪運行穩(wěn)定性和水力效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種減弱葉頂泄漏渦的葉片結(jié)構(gòu)，鋸齒高度H取葉片輪緣外徑的千分之三至千分之五(即3D2 < H < 5D2/1000)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種減弱葉頂泄漏渦的葉片結(jié)構(gòu)，鋸齒高度H與寬度S之比為01/5)_~0.5，齒頂角α取值范圍為30°?35°。
【文檔編號】F04D29/38GK103671254SQ201310412030
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】張德勝, 邵佩佩, 施衛(wèi)東, 王海宇, 潘大志, 胡啟祥 申請人:江蘇大學(xué)