CN104912843A - 一种具有工作面椭圆形叶片出口边的混流泵叶轮 - Google Patents

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本发明涉及混流泵叶轮，特指一种具有工作面椭圆形叶片出口边的混流泵叶轮，属于流体机械领域。该具有工作面椭圆形叶片出口边的混流泵叶轮由前盖板、叶片和后盖板组成，叶片与前后盖板相连，其特征在于：该椭圆形叶片出口边位于混流泵叶轮叶片的末端，椭圆形出口边占整个叶片长度的1/4~1/5，椭圆形叶片出口边的叶片工作面和叶片背面组成椭圆圆弧，椭圆圆弧的离心率e取值范围为0﹤e﹤1。本发明从改善叶片工作面出口边结构角度出发，采用椭圆形叶片出口边以改变混流泵叶轮原先出口形状，从而控制其出口处回流结构并加以避免，减小混流泵叶轮的水力损失，以达到混流泵高效运行的目的。

Description

一种具有工作面椭圆形叶片出口边的混流泵叶轮
技术领域
本发明涉及混流泵叶轮，特指一种具有工作面椭圆形叶片出口边的混流泵叶轮，属于流体机械领域。
背景技术
混流泵属于泵型的一种，其性能和结构方面介于离心泵和轴流泵之间，具有离心泵和轴流泵两者的优点，补偿了两者的缺点；混流泵具有使用流量、扬程变化范围大，高效区宽等特点因而广泛应用于农田排灌、电站冷却***、航天航空等各个领域，但广泛运用的同时却消耗大量能源，尤其在大型泵站上，因此提高混流泵的能量性能对于国民经济以及节能减排都有着极为具重要的意义；由于混流泵的开发生产以及运用都与离心泵、轴流泵相比还有一定的差距，其优点还未被更多的领域所灵活运用，并且混流泵的叶轮型线在空间呈现比较复杂的扭曲形状，设计难度较大，因此研制高效节能，结构先进且运行平稳的混流泵成为其设计的重点难点问题；混流叶轮旋转后，对液体的作用既有离心力又有轴向推力，其运动状态相较离心泵和轴流泵更加复杂，如何使流体沿叶片型线运动更加流畅，减少叶轮内回流结构，从而降低叶轮内部的水力损失，成为提高混流泵能量性能的关键性问题。
近年来针对混流叶轮的研究主要集中于叶顶间隙、叶轮叶片数、叶轮叶片安放角和叶轮叶片厚度等的变化对水力性能的影响；关醒凡、常书平等人都对叶轮几何参数对泵性能的影响进行了研究，对于混流泵，叶轮是能量传递的载体，认为其作用机制可以有效控制内部的不良流动，而目前大部分研究都从优化叶轮几何参数出发，探索不同参数对泵性能的影响，但未能从控制混流叶轮内部流动结构中的不良流动角度出发；为了实现对混流泵泵内流动的有效控制，以提高水力部件与流体间能量传递与转化的效率和稳定性，因此控制混流泵叶轮内不良流动结构对提高泵的性能具有重要意义。
发明内容
本发明从控制混流叶轮叶片出口边回流结构出发，提出一种具有叶片工作面椭圆形出口边的混流泵叶轮，改变了叶片工作面出口边型线，使流体流入叶轮出口时更加均匀，控制了叶轮内部流场的分布，其叶轮结构改变较为简单合理，在加工操作上容易实施，并且有效降低了叶轮的水力损失，进一步改善了混流泵的性能。
本发明提出一种带具有叶片工作面椭圆形出口边混流泵叶轮。
该具有工作面椭圆形叶片出口边的混流泵叶轮由前盖板、叶片和后盖板组成，叶片与前后盖板相连，该椭圆形叶片出口边位于混流泵叶轮叶片的末端，椭圆形出口边占整个叶片长度的1/4~1/5，椭圆形叶片出口边的叶片工作面和叶片背面组成椭圆圆弧，椭圆圆弧的离心率e，取值范围为0﹤e﹤1。
所述椭圆圆弧的离心率e=c/a ，其中c为椭圆半焦距，a为椭圆长半轴。
所述叶片由椭圆形叶片出口边和叶片前段组成，椭圆形叶片出口边的叶片工作面和叶片背面分别与叶片前段的叶片工作面和叶片背面光滑连接。
所述的椭圆形叶片出口边与混流泵叶轮出口平齐。
所述的椭圆圆弧的离心率e为0.2。
本发明所具有的优点是：从改善叶片工作面出口边结构出发，采用椭圆形叶片出口边以改变混流泵叶轮原先出口形状，从而控制其出口处回流结构并加以避免，使叶轮内部流场更加均匀，减小混流泵叶轮的水力损失，以达到混流泵高效运行的目的，在加工方面，其简单的可操作性也是其具备的优点。
附图说明
图1为本发明的具有叶片工作面椭圆形出口边混流泵叶轮轴面投影图。
图2为本发明的具有叶片工作面椭圆形出口边混流叶轮去掉前盖板的平面投影图。
图3为具有传统混流泵叶片出口形状的叶轮去掉前盖板的平面投影图。
图4为本发明提出的具有叶片工作面椭圆形出口边的局部放大图。
图5为传统出口边的局部放大图。
图6为两种具有不同叶片出口形状混流泵叶轮性能对比图。
1、前盖板；2、叶片；3、后盖板；4、椭圆形叶片出口边；5、叶片工作面；6、叶片背面；7、椭圆形叶片出口边的椭圆圆弧；8、叶片前段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1和图2给出了本发明提出的具有叶片工作面椭圆形出口边混流泵叶轮轴面投影图和去掉前盖板1的平面投影图，由图可知：该具有工作面椭圆形叶片出口边的混流泵叶轮由前盖板1、叶片2和后盖板3组成，其叶片2与前后盖板1、3相连；该椭圆形叶片出口边4位于混流泵叶轮叶片的末端，椭圆形出口边4占整个叶片2长度的1/4~1/5，椭圆形叶片出口边4的叶片工作面5和叶片背面6组成椭圆圆弧7，椭圆圆弧7的离心率e，取值范围为0﹤e﹤1，椭圆圆弧7的离心率e=c/a ，其中c为椭圆半焦距，a为椭圆长半轴；本发明给出的案例椭圆圆弧7的离心率e为0.2；叶片由椭圆形叶片出口边4和叶片前段8组成，椭圆形叶片出口边4的叶片工作面5和叶片背面6分别与叶片前段8的叶片工作面5和叶片背面6光滑连接，椭圆形叶片出口边4与混流泵叶轮出口平齐。
图3给出了具有传统混流泵叶片出口形状的叶轮去掉前盖板的平面投影图。由图可知，传统叶片出口边有较大的厚度，与叶片过渡较为不均匀，可能使流体流过流道时产生回流或者脱流。
图4、图5给出了本发明提出的具有叶片工作面椭圆形出口边（上）与传统出口边（下）的局部放大图，有图对比可知，本发明椭圆形出口边与工作面光滑连接，减小了出口边的厚度，且过渡均匀；而传统叶片的出口边有较大厚度，与工作面没有光滑过渡。
由图6可知：采用CFD数值计算手段对传统混流泵叶轮与具有叶片工作面椭圆形出口边叶轮进行了性能预测对比，在混流泵设计点处（Q/Q0=1.0），采用具有叶片工作面椭圆形出口边叶轮相比传统叶轮，其扬程基本不变，叶轮效率增加1.04个百分点；因此本发明改善了叶轮出口流动结构，减少了叶轮内部流动损失，从而提高了叶轮的工作效率。

Claims (5)

1.一种具有叶片工作面椭圆形出口边的混流泵叶轮，该具有工作面椭圆形叶片出口边的混流泵叶轮由前盖板、叶片和后盖板组成，叶片与前后盖板相连，其特征在于：该椭圆形叶片出口边位于混流泵叶轮叶片的末端，椭圆形出口边占整个叶片长度的1/4~1/5，椭圆形叶片出口边的叶片工作面和叶片背面组成椭圆圆弧，椭圆圆弧的离心率e取值范围为0﹤e﹤1。
2.如权利要求1所述的一种具有叶片工作面椭圆形出口边的混流泵叶轮，其特征在于：所述椭圆圆弧的离心率e=c/a ，其中c为椭圆半焦距，a为椭圆长半轴。
3.如权利要求1所述的一种具有叶片工作面椭圆形出口边的混流泵叶轮，其特征在于：所述叶片由椭圆形叶片出口边和叶片前段组成，椭圆形叶片出口边的叶片工作面和叶片背面分别与叶片前段的叶片工作面和叶片背面光滑连接。
4.如权利要求1所述的一种具有叶片工作面椭圆形出口边的混流泵叶轮，其特征在于：所述的椭圆形叶片出口边与混流泵叶轮出口平齐。
5.如权利要求1所述的一种具有叶片工作面椭圆形出口边的混流泵叶轮，其特征在于：所述的椭圆圆弧的离心率e为0.2。
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