CN111536073A - 叶顶布置间隙通道的离心泵半开式叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叶顶布置间隙通道的离心泵半开式叶轮。每个叶片沿螺旋线段布置，每个叶片的叶顶表面开设有多个间隙通道，多个间隙通道沿叶轮径向方向依次间隔设置，各个叶片叶顶表面的间隙通道数量相同；间隙通道为开设叶片的叶顶表面的水平凹槽，水平凹槽的截面为半弧形，间隙通道的中轴线位于以轴孔中心为圆心的圆弧上；且不同叶片上沿径向从内向外顺序相同的各个间隙通道的中轴线均位于同一圆上。本发明布置间隙通道，使通道处射流具有较高的流速，阻碍无通道处泄漏流，改变泄漏流方向，调整了叶顶间隙沿叶片入口至出口的变化，增大了叶顶间隙，缓解了进出口压差，减弱回流现象，改善了泵扬程曲线的驼峰效应。
Description
技术领域
本发明涉及离心泵技术领域，尤其涉及一种叶顶布置间隙通道的离心泵半开式叶轮。
背景技术
离心泵主要由吸入室、叶轮、压出室等部分组成。其中，叶轮在离心泵的能量转换过程中起至关重要的作用，而叶轮上的叶片直接决定了离心泵的性能，所以对于离心泵叶片的设计尤为重要。
半开式离心泵运行在小流量过程中时，间隙层会形成大面积绕流、泄漏涡等复杂运动，对泵的内部流动以及能量传输有重要影响。同时运行时冲击损失和漩涡损失偏大、沿程摩擦损失偏小，对性能曲线的稳定性较为不利，极易产生驼峰，对离心泵的运动产生振动、噪声、压力脉动等负面影响。因此很有必要抑制泄漏流，减弱或消除驼峰。
目前，对于离心泵泄漏流及损失，一般通过调整叶片顶部和泵体的间隙来控制。对于驼峰效应的改善技术有：切割出口前轮盘、径向切削叶片出口边等。现为抑制离心泵泄漏流和改善离心泵驼峰效应，提出了一种叶顶布置间隙通道的离心泵半开式叶轮。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种叶顶布置间隙通道的离心泵半开式叶轮。该叶轮结构具有抑制泄漏流、减弱或消除驼峰曲线的特点，整个叶顶轮廓显著区别于现有半开式叶轮的叶顶结构。
本发明采用如下技术方案：
本发明的叶轮位于在泵壳和泵盖之间，叶轮包括轮盘和多个叶片，轮盘中心设有轴孔，多个叶片沿轴孔周围的圆周布置固定在轮盘端面上，每个叶片沿螺旋线段布置，每个叶片的叶顶表面开设有多个间隙通道，多个间隙通道沿叶轮径向方向依次间隔设置，各个叶片叶顶表面的间隙通道数量相同。
所述的叶片内端延伸到轴孔旁，叶片外端延伸到轮盘边缘。
所述间隙通道为开设叶片的叶顶表面的水平凹槽，水平凹槽沿自身的截面为半弧形，即内凹的半圆弧形，间隙通道的中轴线位于以轴孔中心为圆心的圆弧上；且不同叶片上沿径向从内向外顺序相同的各个间隙通道的中轴线均位于同一圆上，且该圆所在平面平行于叶轮的轮盘端面。
所述叶顶间隙通道中心线所在圆与叶轮进出口所在圆为同心圆。叶轮叶顶的间隙通道1中心线所在圆直径为D，叶轮的进口直径为D1、出口直径为D2，则间隙通道1在叶片的叶顶表面距离轴孔的轴心0.5D1～0.5D2的径向范围内布置，且沿着半径方向采用在叶片两端不布置的方法。
如图4所示，这样叶顶的间隙通道1中心线与常规泄漏流流向形成一定角度，常规泄漏流流向垂直于压力面，即叶片的侧面。离心泵内的流体在间隙通道处形成射流，能够在一定程度上阻碍无通道处的常规泄漏流动，卷吸无通道处间隙区内流体，降低泄漏损失。这样也增大了叶顶的平均间隙，缓解了进出口压差，减弱回流现象，改善了泵扬程曲线的驼峰效应。
各个叶片叶顶表面的间隙通道深度相同。
所述的叶片和泵壳之间具有叶顶间隙x，所述叶片的间隙通道的最大深度h与叶顶间隙x尺寸比值为1.0～2.5，间隙通道的最大宽度与叶顶间隙x尺寸比值为1.0～2.5。
同一叶片上的相邻间隙通道之间的距离s与叶片最大厚度δ的尺寸比值为2.0～3.5。
同一叶片上的相邻间隙通道之间的距离s与间隙通道的最大宽度d之间的尺寸比值为2.0～3.0。
所述的间隙通道个数为n，n＝[0.5(D2-D1)/s]-1取整，D1、D2分别为叶轮的进口直径和出口直径。
本发明的优势效果在于：
本发明的叶顶表面布置通道结构，能使通道处射流具有较高的流速，阻碍无通道处泄漏流的形成，阻碍了径向压差形成的泄漏流，抑制了泄漏回流。
同时，本发明通过在叶顶表面布置通道结构，调整了叶顶间隙沿叶片入口至出口的变化，增大叶顶间隙，缓解了进出口压差，减弱回流现象，改善了泵扬程曲线的驼峰效应。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的叶轮的三维结构示意图；
图2是本发明实施例的叶轮轴面投影示意图；
图3是本发明实施例的叶轮叶片的俯视图及其布置；
图4是本发明实施例中所提供的叶片间隙通道对叶顶间隙流动作用的效果图。
图中：1-间隙通道，2-叶片，3-轴孔，4-轮盘，5-泵壳，6-泵盖，7-叶顶间隙。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1所示，具体实施的叶轮位于在泵壳5和泵盖6之间，叶轮包括轮盘4和多个叶片2，轮盘4中心设有轴孔3，多个叶片2沿轴孔3周围的圆周布置固定在轮盘4端面上，每个叶片2沿螺旋线段布置，叶片2内端延伸到轴孔3旁，叶片2外端延伸到轮盘4边缘。图2中的从泵壳5一侧的左侧水流流体进入，经由叶片2后从泵盖6另一侧的叶片2的轴孔3处流出。
如图1和图2所示，每个叶片2的叶顶表面开设有多个间隙通道1，间隙通道1沿近似于切向方向贯穿离心泵的叶片2，多个间隙通道1沿叶轮径向方向依次间隔设置，各个叶片2叶顶表面的间隙通道1数量相同。间隙通道1为开设叶片2的叶顶表面的水平凹槽，水平凹槽沿自身的截面为半弧形，即内凹的半圆弧形，间隙通道1的中轴线位于以轴孔3中心为圆心的圆弧上；且不同叶片2上沿径向从内向外顺序相同的各个间隙通道1的中轴线均位于同一圆上，且该圆所在平面平行于叶轮的轮盘4端面。
具体实施中，结合图3，制造本发明的叶顶布置间隙通道的离心泵叶片，先按传统离心泵叶片设计来设计本发明的叶片，再对其叶顶进行改型加工。各个叶片2叶顶表面的间隙通道1深度相同。
如图3所示，叶片2和泵壳5之间具有叶顶间隙x7，叶片2的间隙通道1的最大深度h与叶顶间隙x7尺寸比值为1.0～2.5，间隙通道1的最大宽度与叶顶间隙x7尺寸比值为1.0～2.5。同一叶片2上的相邻间隙通道1之间的距离s与叶片2最大厚度δ的尺寸比值为2.0～3.5。同一叶片2上的相邻间隙通道1之间的距离s与间隙通道1的最大宽度d之间的尺寸比值为2.0～3.0。间隙通道1总个数为n，n＝[0.5D2-D1/s]-1取整，D1、D2分别为叶轮的进口直径和出口直径。
实施例中的叶片为等厚叶片，所述间隙通道中心线为叶片进出口所在圆的同心圆上的一段。实施例中所提供叶片厚度δ为4mm，叶片进口直径D1为46mm、出口直径D2为196mm，叶顶间隙通道在叶片叶顶表面距离轴心23mm～98mm的范围内布置，且沿着半径方向采用两端不布置的方法。常规叶顶间隙x为1mm，所述间隙通道最大深度取h＝2x＝2mm，间隙通道宽度取d＝δ＝4mm。间隙通道轴向截面形状为半圆形，半径R为2mm。取间隙通道间的距离s＝3d＝12mm,通道个数n＝[0.5(D2-D1)/s]-1＝5.25取整后为5，故实施例中布置的间隙通道个数为5个。
如图4所示，在本发明实施例的半开式叶轮中，泄漏流从叶片压力面越过叶顶流到吸力面。本发明在叶顶表面布置间隙通道，使得通道处的射流流向与常规泄漏流保持夹角，能够在一定程度上阻碍常规泄漏流动。同时，间隙通道的存在形成具有一定速度的射流，对无通道处间隙区其他流体形成一定的引射效果，将一部分流体卷入间隙通道内，减少了无通道间隙区泄漏流的形成。
具体实施中，间隙通道在叶片叶顶采用两端不布置，本发明在实验中发现：在半开式叶轮中，若直接在叶片入口端处开始布置间隙通道，会加剧进口湍流；若在尾缘端处布置间隙通道则会加剧回流，受叶片尾部液流冲击等因素的影响，间隙层内相对速度值的分布呈现较大的波动。这会增加离心泵的扬程曲线的驼峰，由此进行叶片进出口两端不布置间隙通道的布置。
相邻间隙通道之间的距离s与间隙通道1的最大宽度d的比值为2.0～3.0，使得间隙通道***流卷吸无通道处间隙流的效果，布置在叶顶表面的间隙通道最大深度为常规叶片间隙的1.0～2.5倍，使得间隙通道***流强度能与常规泄漏流强度相当甚至略大，实现了其阻碍常规泄漏流的效果，同时也防止深度过大导致离心泵效率的剧烈下降。
本发明研究实验表明，半开式叶轮叶顶间隙总压分布为：在沿着轴心的圆周上基本有着相同的总压。在叶顶间隙层，流体旋转角速度相对较小，产生的离心力无法克服径向压差的作用。在压差作用下液体从蜗室通过叶顶间隙流入叶轮流道内，形成泄漏回流。本发明叶轮叶顶的间隙通道沿着轴心的圆周分布，阻碍了径向压差形成的泄漏流，抑制了泄漏回流等特殊复杂流动，改善了离心泵扬程曲线的驼峰效应。
由此本发明提供的离心泵半开式叶轮，由于叶顶间隙通道的存在，抑制了泄漏回流，增大了叶顶的平均间隙，改善了泵扬程曲线的驼峰效应。在叶顶表面布置的间隙通道，将压力面的高压流体经过间隙通道引入吸力面，同时卷吸间隙区内流体，抑制叶顶间隙泄漏流量，减少了叶顶平均间隙增大对泵扬程和效率的影响。
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 (8)
1.一种叶顶布置间隙通道的离心泵半开式叶轮，叶轮位于在泵壳(5)和泵盖(6)之间，叶轮包括轮盘(4)和多个叶片(2)，轮盘(4)中心设有轴孔(3)，多个叶片(2)沿轴孔(3)周围的圆周布置固定在轮盘(4)端面上，其特征在于：每个叶片(2)沿螺旋线段布置，每个叶片(2)的叶顶表面开设有多个间隙通道(1)，多个间隙通道(1)沿叶轮径向方向依次间隔设置，各个叶片(2)叶顶表面的间隙通道(1)数量相同。
2.根据权利要求1所述的一种叶顶布置间隙通道的离心泵半开式叶轮，其特征在于：所述的叶片(2)内端延伸到轴孔(3)旁，叶片(2)外端延伸到轮盘(4)边缘。
3.根据权利要求1所述的一种叶顶布置间隙通道的离心泵半开式叶轮，其特征在于：所述间隙通道(1)为开设叶片(2)的叶顶表面的水平凹槽，水平凹槽的截面为半弧形，间隙通道(1)的中轴线位于以轴孔(3)中心为圆心的圆弧上；且不同叶片(2)上沿径向从内向外顺序相同的各个间隙通道(1)的中轴线均位于同一圆上。
4.根据权利要求1所述的一种叶顶布置间隙通道的离心泵半开式叶轮，其特征在于：各个叶片(2)叶顶表面的间隙通道(1)深度相同。
5.根据权利要求1所述的一种叶顶布置间隙通道的离心泵半开式叶轮，其特征在于：所述的叶片(2)和泵壳(5)之间具有叶顶间隙x(7)，所述叶片(2)的间隙通道(1)的最大深度h与叶顶间隙x(7)尺寸比值为1.0～2.5，间隙通道(1)的最大宽度与叶顶间隙x(7)尺寸比值为1.0～2.5。
6.根据权利要求1所述的一种叶顶布置间隙通道的离心泵半开式叶轮，其特征在于：同一叶片(2)上的相邻间隙通道(1)之间的距离s与叶片(2)最大厚度δ的尺寸比值为2.0～3.5。
7.根据权利要求1所述的一种叶顶布置间隙通道的离心泵半开式叶轮，其特征在于：同一叶片(2)上的相邻间隙通道(1)之间的距离s与间隙通道(1)的最大宽度d之间的尺寸比值为2.0～3.0。
8.根据权利要求1所述的一种叶顶布置间隙通道的离心泵半开式叶轮，其特征在于：所述的间隙通道(1)个数为n，n＝[0.5(D2-D1)/s]-1取整，D1、D2分别为叶轮的进口直径和出口直径。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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