本發(fā)明涉及一種葉輪，具體涉及一種抗空化高揚程離心泵葉輪。
背景技術(shù)：
：離心泵是一種依靠葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力來輸送流體的泵。離心泵啟動前，在泵殼和吸水管內(nèi)充滿流體，然后啟動電機，使泵軸帶動葉輪和流體做高速旋轉(zhuǎn)運動，流體發(fā)生離心運動并被甩向葉輪外緣，經(jīng)蝸形泵殼的流道流入離心泵的壓水管路，最后流體從壓水管路中輸出。隨著葉輪內(nèi)部流體的不斷排出，在葉輪中心位置逐漸形成低壓區(qū)，甚至達到真空，此時離心泵入口處的流體在大氣壓力的作用下，通過吸入管源源不斷地流入葉輪，再由葉輪甩出。在這個過程中，葉輪將泵軸的機械能傳給流體，變成流體的壓能和動能，并體現(xiàn)為離心泵的揚程輸出。但是，在非定?？栈鲌龅哪M中發(fā)現(xiàn)，在葉輪的旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)生空化，并且空化強度隨著運行時間的變化而變化。其中，在空化強度增加的時候，葉輪內(nèi)部產(chǎn)生的空泡體積也逐漸增加，從而引起葉輪表面空泡體積的分布不均勻和葉片表面壓力的分布不均。這些在葉輪旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的空泡和壓力紊亂都對葉輪進行的能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生抑制影響，造成離心泵揚程的下降。此外，在葉輪內(nèi)部流體壓力快速下降時，即葉輪內(nèi)部低壓力區(qū)域由于葉輪入口端向葉輪出口端快速擴張時又會進一步促進葉輪內(nèi)部空泡的產(chǎn)生和變大，從而對葉輪內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換再次產(chǎn)生抑制影響。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了解決在離心泵運行過程中隨著空化強度的增加，由于葉輪內(nèi)部的流體壓力快速下降而導(dǎo)致離心泵揚程降低的問題，本發(fā)明提出了一種全新的抗空化高揚程離心泵葉輪。該抗空化高揚程離心泵葉輪，包括葉片，蓋板和凸臺，其中所述凸臺與所述葉片的工作面固定連接；所述凸臺在所述葉片上的徑向位置為r＝kr×r，軸向位置為對應(yīng)葉片軸向截面線的1/2處；所述凸臺的橫截面長度尺寸為a＝ka×r，所述凸臺的橫截面寬度尺寸為b＝kb×r，所述凸臺的頂部距離所述葉片表面的高度尺寸為h＝kh×r；其中r為所述葉輪的半徑尺寸，kr為徑向位置系數(shù)且kr＝0.20～0.70，ka為長度尺寸系數(shù)且ka＝0.01～0.10，kb為寬度尺寸系數(shù)且kb＝0.01～0.10，kh為高度尺寸系數(shù)且kh＝0.02～0.10。優(yōu)選的，所述凸臺與所述葉片的工作面固定連接時，所述凸臺在所述葉片工作面垂直方向上的最大橫截面指向所述葉片表面流體的來流方向。優(yōu)選的，所述凸臺與所述葉片的工作面垂直固定連接。優(yōu)選的，所述凸臺與所述葉片采用螺栓連接，其中所述凸臺設(shè)有螺紋孔，所述葉片設(shè)有通孔。進一步優(yōu)選的，所述葉片上設(shè)置的通孔采用沉孔結(jié)構(gòu)，且所述沉孔的沉臺部分位于所述葉片的非工作面一側(cè)。離心泵采用本發(fā)明的抗空化高揚程離心泵葉輪時，具有以下有益效果：本發(fā)明的抗空化高揚程離心泵葉輪，通過在葉片的工作面設(shè)置凸臺結(jié)構(gòu)，對凸臺周圍的流場分布產(chǎn)生影響，從而改變?nèi)~輪流道內(nèi)部的壓力分布情況。通過凸臺對其周圍流場分布的影響，使葉輪內(nèi)部的低壓力區(qū)和逆壓梯度受到抑制作用，這樣在離心泵空化發(fā)展的后期，將葉輪內(nèi)部低壓力區(qū)的擴張范圍控制在了葉輪徑向的中部位置，使離心泵葉輪的出口端保持在相對的高壓狀態(tài)，并且使離心泵葉輪內(nèi)部由空化產(chǎn)生的空泡的體積發(fā)展受到極大地抑制。與現(xiàn)有技術(shù)離心泵葉輪相比較，在本發(fā)明抗空化高揚程離心泵葉輪內(nèi)部的空泡體積縮小了40％～50％。這樣在離心泵葉輪內(nèi)部低壓力區(qū)受到抑制，空泡體積縮小的情況下，離心泵葉輪的能量轉(zhuǎn)換效率提高，離心泵的輸出揚程獲得大幅度提升。與采用現(xiàn)有技術(shù)離心泵葉輪的離心泵相比較，采用本發(fā)明抗空化高揚程離心泵葉輪的離心泵在空化發(fā)展后期的揚程值提高了至少40％。此外，葉輪內(nèi)部低壓力區(qū)域范圍受到抑制作用的情況下，離心泵在空化狀態(tài)下的運行高效區(qū)域得到擴大，從而使離心泵的使用性能得到提升。附圖說明圖1是本發(fā)明抗空化高揚程離心泵葉輪沿軸向中間橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是沿圖1中f方向葉片的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1中a處局部結(jié)構(gòu)放大示意圖；圖4是在不同空化狀態(tài)下，對現(xiàn)有技術(shù)離心泵葉輪進行數(shù)值模擬時，葉輪軸向中間截面的絕對壓力等值線圖；圖5是在不同空化狀態(tài)下，對本發(fā)明的抗空化高揚程離心泵葉輪進行數(shù)值模擬時，葉輪軸向中間截面的絕對壓力等值線圖；圖6是在不同空化狀態(tài)下，對現(xiàn)有技術(shù)離心泵葉輪和本發(fā)明抗空化高揚程離心泵葉輪進行數(shù)值模擬時，在一個葉輪旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，葉輪內(nèi)部空泡體積隨時間變化的對比曲線圖；圖7是在不同空化狀態(tài)下，對現(xiàn)有技術(shù)離心泵葉輪和本發(fā)明抗空化高揚程離心泵葉輪進行數(shù)值模擬時，離心泵輸出揚程的對比曲線圖；圖8是在不同空化狀態(tài)下，對現(xiàn)有技術(shù)離心泵葉輪、本發(fā)明抗空化高揚程離心泵葉輪以及對現(xiàn)有葉片的非工作面設(shè)置凸臺的離心泵葉輪進行數(shù)值模擬時，離心泵輸出揚程的對比曲線圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細介紹。結(jié)合圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明抗空化高揚程離心泵葉輪包括蓋板1、葉片2和凸臺3，其中凸臺3與葉片2的工作面21固定連接。以葉輪的中心軸線為基準(zhǔn)，凸臺3在工作面21上的位置為：徑向位置r＝kr×r；軸向位置為徑向位置r處工作面21上的軸向截面線211的1/2處。凸臺3的外形結(jié)構(gòu)尺寸為：橫截面的長度尺寸a＝ka×r；橫截面的寬度尺寸b＝kb×r；凸臺3的頂部距離工作面21的高度尺寸h＝kh×r。其中,r為葉輪的半徑尺寸；kr為徑向位置系數(shù)，kr＝0.20～0.70；ka為長度尺寸系數(shù)，ka＝0.01～0.10；kb為寬度尺寸系數(shù)，kb＝0.01～0.10；kh為高度尺寸系數(shù)，kh＝0.02～0.10。此外，在本發(fā)明中，將凸臺3與葉片2進行垂直固定連接，并且將凸臺3在垂直工作面21方向上的最大橫截面指向葉片2表面流體的來流方向，這樣可以進一步提高凸臺3對流過工作面21上的流體進行流場和壓力分布的改善，降低葉輪內(nèi)部的逆壓梯度以及抑制葉輪內(nèi)部低壓力區(qū)域的快速擴散，從而提高不同空化狀態(tài)下離心泵的揚程。借助數(shù)值模擬的方法對本發(fā)明的技術(shù)方案產(chǎn)生的效果進行實驗驗證。首先，選取和設(shè)置相關(guān)的模擬數(shù)據(jù)和參數(shù)。計算模型中采用比轉(zhuǎn)速為32的低比轉(zhuǎn)速閉式離心泵，離心泵的設(shè)計參數(shù)為：額定流量q＝8.6m3/h,揚程h＝4.2m,轉(zhuǎn)速n＝500rpm，葉片形狀為圓柱葉片，離心泵的主要幾何參數(shù)為：泵吸入口直徑泵輸出口直徑葉輪入口直徑葉輪出口直徑90mm65mm80mm310mm葉輪出口寬度葉片數(shù)量葉片進口角葉片出口角12mm637°37°對葉輪流道內(nèi)進行六面體網(wǎng)格劃分，以便準(zhǔn)確捕捉凸臺3對其周圍流場的影響。蝸殼采用適應(yīng)性較強的四面體網(wǎng)格，通過網(wǎng)格無關(guān)性檢查，最終確定網(wǎng)格單元數(shù)934624，節(jié)點數(shù)838520。在計算模型中，離心泵葉輪的半徑r等于葉輪出口直徑尺寸的一半為155mm，并選取適當(dāng)?shù)膋r、ka、kb和kh，將凸臺3設(shè)置為一個橫截面為2mm×2mm，高度為6mm的矩形結(jié)構(gòu)。然后，對現(xiàn)有技術(shù)離心泵葉輪和本發(fā)明抗空化高揚程離心泵葉輪進行數(shù)值模擬并獲取相關(guān)的對比數(shù)據(jù)。在流體機械領(lǐng)域，常用無量綱空化數(shù)σ表述空化發(fā)生的可能性，其定義為：其中，p1為基準(zhǔn)靜壓力，即離心泵的進口壓力；pv為飽和蒸汽壓力；u為基準(zhǔn)速度，在離心泵中采用葉輪的葉片進口邊與前蓋板交點處的圓周速度，即其中，n為軸轉(zhuǎn)速；d1為葉輪葉片進口邊與前蓋板交點處的直徑。這樣，無量綱空化數(shù)σ代表了葉輪進口壓力條件。因此，在本方案的數(shù)值模擬過程中，以空化數(shù)σ作為參考變量進行相關(guān)的數(shù)據(jù)對比。結(jié)合圖4和圖5所示，在不同空化狀態(tài)下，凸臺3對葉輪內(nèi)部的壓力分布產(chǎn)生不同的影響。其中，在空化初生階段空化數(shù)σ＝0.82時，凸臺3對葉輪內(nèi)部的壓力分布無明顯影響。此時沿葉輪徑向方向，由葉輪的進口端指向葉輪的出口端葉輪內(nèi)部的壓力分布逐漸由低變高，并且低壓力區(qū)只出現(xiàn)在葉輪的進口端。在空化發(fā)展階段空化數(shù)σ＝0.15時，沿葉輪徑向方向葉輪內(nèi)部的低壓區(qū)域逐漸由葉輪的進口端向葉輪的出口端擴張，此時凸臺3對葉輪內(nèi)部的壓力分布呈現(xiàn)出一定的影響，提高了其自身周圍流體的壓力，使葉輪內(nèi)部的逆壓梯度和低壓力區(qū)域的擴張受到一定的抑制。在空化后期空化數(shù)σ＝0.09時，凸臺3對葉輪內(nèi)部壓力分布的影響進一步加大，其中現(xiàn)有離心泵葉輪內(nèi)部的低壓力區(qū)域幾乎擴張延伸至了葉輪的出口端，而本發(fā)明抗空化高揚程離心泵葉輪在凸臺3的作用下，其內(nèi)部的低壓力區(qū)域被阻止在葉輪的中部區(qū)域附近。因此，本發(fā)明的抗空化高揚程離心泵葉輪與現(xiàn)有技術(shù)的離心泵葉輪相比較，通過在葉片2的工作面21上設(shè)置凸臺3，使葉輪內(nèi)部的壓力分布得到改善，降低了葉輪流道內(nèi)的逆壓梯度并且在凸臺3附近形成了相對的高壓區(qū)域，有效的阻止了低壓區(qū)域由葉輪進口端向葉輪出口度的擴張。在凸臺3對葉輪內(nèi)部的壓力分布產(chǎn)生影響的作用下，葉輪內(nèi)部由于空化產(chǎn)生的空泡也發(fā)生變化，其中在不同的空化階段，空泡體積的發(fā)展都得到了極大的抑制。結(jié)合圖6所示，無論是在空化初生階段空化數(shù)σ＝0.82，在空化發(fā)展階段空化數(shù)σ＝0.15，還是在空化發(fā)展后期空化數(shù)σ＝0.09，本發(fā)明的抗空化高揚程離心泵葉輪通過在葉片2的工作面21上設(shè)置凸臺3都對空泡的體積起到了壓縮和抑制的作用，并且與現(xiàn)有技術(shù)的離心泵葉輪相比較，凸臺3的設(shè)置使葉輪內(nèi)部產(chǎn)生的空泡體積減小了40％～50％。從而，通過葉輪將泵軸的機械能傳給流體并變成流體的壓能和動能的效率得到提高，最終使離心泵的輸出揚程提高。結(jié)合圖7所示，本發(fā)明的抗空化高揚程離心泵葉輪通過在葉片2的工作面21設(shè)置凸臺3對離心泵的揚程產(chǎn)生了促進影響。其中，在空化初生階段雖然與現(xiàn)有技術(shù)離心泵葉輪相比較沒有對促進揚程產(chǎn)生明顯的效果，但是在空化發(fā)展得后期，采用本發(fā)明抗空化高揚程離心泵葉輪的離心泵揚程達到3.71m，采用現(xiàn)有技術(shù)離心泵葉輪的離心泵揚程為2.60m，揚程值提高了42.7％。從而達到提高離心泵輸出揚程的目的，這樣也提高了離心泵在空化狀態(tài)下運行的高效區(qū)域。優(yōu)選的，結(jié)合圖3所示，在本發(fā)明中凸臺3與葉片2通過螺釘4進行固定連接，其中在凸臺3上設(shè)有與螺釘4相互匹配的螺紋孔31，葉片2上設(shè)有通孔23，用于穿設(shè)螺釘4。這樣可以避免在采用焊接方式對凸臺3與葉片2進行固定連接時，由于焊接過程產(chǎn)生的熱量對厚度小的葉片造成形變。此外，結(jié)合圖8所示，將凸臺3設(shè)置在葉片2的非工作面22上，并在離心泵的空化發(fā)展到后期時，離心泵的揚程僅為1.87m，這樣不僅沒有對提高離心泵揚程起到促進作用，反而造成了抑制作用。因此，進一步優(yōu)選，將通孔23采用沉孔結(jié)構(gòu)，并且將沉臺設(shè)置在非工作面22的一側(cè)，用于埋放螺釘4的螺帽部分。從而避免在葉片2的非工作面22上出現(xiàn)類似凸臺3的凸起結(jié)構(gòu)而對離心泵的揚程提高造成抑制作用。當(dāng)前第1頁12