CN112628192B - 一种抑制轴流泵叶顶泄漏涡的叶片结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制轴流泵叶顶泄漏涡的叶片结构，包括叶轮轮毂和转轮室，所述叶轮轮毂上安装有叶片，所述叶片的叶顶和所述转轮室内壁面之间构成叶顶间隙，所述叶片上开设有若干个腔体结构，所述腔体结构的入口位于所述叶片的叶片压力面上，所述腔体结构的出口位于所述叶片的叶顶上，所述腔体结构内的液体离心射流流速v c 与所述叶顶间隙处的液体泄漏流速v l 满足v c =v l /sinα；其中α为所述腔体结构内的液体离心射流出口方向与所述叶顶间隙处的液体泄漏流流动方向之间的夹角。本发明能有效干涉轴流泵叶顶泄漏流，抑制叶顶泄漏涡的产生，从而减弱叶顶泄漏涡诱导空化对轴流泵机组运行效率和稳定性的影响。

Description

一种抑制轴流泵叶顶泄漏涡的叶片结构
技术领域
本发明为一种抑制轴流泵叶顶泄漏涡的叶片结构，属于流体机械技术领域。
背景技术
轴流泵具有大流量、低扬程、高效率等特点，广泛应用于大型调水工程、核电工程、船舶喷水推进等领域。轴流泵因其结构特性，轮缘与转轮室之间不可避免的存在叶顶间隙，由于叶片压力面和吸力面的压差驱动，叶顶间隙内产生泄漏流。叶顶泄漏流在剪切力的作用下与主流混合并卷吸形成叶顶泄漏涡，其干涉叶顶区流场并诱导间隙内空化、射流剪切层空化、叶顶泄漏涡空化等复杂空化结构，破坏泵内流动稳定性，产生异常振动与噪声。尤其在小流量工况下，空化涡带与表面片状空化干涉形成垂直空化涡堵塞流道，降低机组效率。目前常见的轴流泵叶片为无结构变化的传统造型叶片，其在运行时难以避免叶顶泄漏涡及诱导空化，影响机组安全稳定运行。经检索，已公开的专利“一种化工反应器用轴流泵叶轮”（申请号：2012105867470）、“一种抗空化轴流泵叶轮设计方法”（申请号：2015109088370）均为传统叶片结构，未充分考虑叶顶泄漏涡的产生及对泵性能的影响；已公开专利“一种减弱轴流泵叶顶泄漏流和泄漏涡的叶片结构”（申请号：201310412030.9），则通过改变叶顶形状为锯齿形结构以减少泄漏量，其在加工装配过程中产生较大难度，且未从根本上抑制叶顶泄漏。已公开专利“一种提高抗汽蚀性能的轴流泵叶轮”（申请号：201710294309X）通过减小叶顶间隙，减弱叶顶涡，提高抗汽蚀性能。此方法对加工精度要求较高，大大增加加工难度和成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抑制轴流泵叶顶泄漏涡的叶片结构，可削弱轴流泵叶顶间隙内的泄漏射流，抑制叶顶空蚀破坏，延长轴流泵叶片使用寿命，提高轴流泵机组运行效率与稳定性。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种抑制轴流泵叶顶泄漏涡的叶片结构，包括叶轮轮毂和转轮室，所述叶轮轮毂上安装有叶片，所述叶片的叶顶和所述转轮室内壁面之间构成叶顶间隙，所述叶片上开设有若干个腔体结构，所述腔体结构的入口位于所述叶片的叶片压力面上，所述腔体结构的出口位于所述叶片的叶顶上，所述腔体结构内的液体离心射流流速v c 与所述叶顶间隙处的液体泄漏流速v l 满足v c =v l /sinα；其中α为所述腔体结构内的液体离心射流出口方向与所述叶顶间隙处的液体泄漏流流动方向之间的夹角。
上述方案中，所述腔体结构为圆孔腔体，所述圆孔腔体由叶根处的压力面贯穿至叶顶，且所述圆孔腔体在所述叶片内部的弯曲方向与所述叶片的弯曲方向相同。
上述方案中，所述腔体结构的数量为5个。
上述方案中，每个所述腔体结构在所述叶片内部均匀排列。
上述方案中，所述叶轮轮毂的后方还设置有导叶和支撑板。
本专利的有益效果：本发明通过在叶片的压力面上开一个腔体结构贯穿至叶顶表面，利用介质离心力在腔体结构出口处形成一个叶顶射流，从而抑制轴流泵叶顶泄漏涡的形成，提高泵运行效率与稳定性。
附图说明
图1为轴流泵轴向剖面整体结构示意图。
图2为轴流泵叶顶叶顶泄漏涡形成机理轴向剖面示意图。
图3为普通轴流泵叶片叶顶泄漏涡形态示意图。
图4为轴流泵叶片径向开孔整体结构示意图。
图5为径向开孔轴流泵离心射流扰动叶顶泄漏流示意图。
图6为叶片压力面开孔分布示意图。
图7为图6的A-A截面图。
图8为叶片叶顶处开孔分布示意图。
图中，1.叶轮轮毂，2.叶顶间隙，3.导叶，4.支撑板，5.传动轴，6.转轮室，7.出口弯管，9.叶片压力面，10.叶顶，11.叶片吸力面。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参见附图1，轴流泵运行时，流体介质从左至右依次流经叶轮、导叶3和支撑板4，经出口弯管7流出；叶轮作为轴流泵核心部件，决定了泵的水力性能；叶轮在传动轴5带动下转动，流体介质在叶片压力面9上受力使得动能增加，并以一定出口角流向导叶3；叶顶间隙2存在于转轮室6与叶轮叶顶10之间。轴流泵叶顶泄漏涡形成机理如图2所示，在压力面与吸力面压差的驱动下，叶顶泄漏流通过叶顶间隙由压力面向吸力面运动，在与主流的卷吸作用下，形成如图3所示叶顶泄漏涡。
本实施例的技术方案如图4所示，叶轮轮毂1上安装有叶片，叶片的叶顶10和转轮室6内壁面之间构成叶顶间隙2，在叶片上开设有5个圆孔腔体，每个圆孔腔体由叶根处的压力面贯穿至叶顶，且所述圆孔腔体在所述叶片内部的弯曲方向与所述叶片的弯曲方向相同。每个圆孔腔体的入口位于叶片的叶片压力面9上，每个圆孔腔体的出口位于所述叶片的叶顶10上，所述腔体结构内的液体离心射流流速v c 与所述叶顶间隙2处的液体泄漏流速v l 满足v c =v l /sinα；其中α为所述腔体结构内的液体离心射流出口方向与所述叶顶间隙2处的液体泄漏流流动方向之间的夹角。圆孔腔体中流体介质利用离心力的作用在叶顶处形成径向离心射流，干涉叶顶泄漏流，从而抑制叶顶泄漏涡及空化的产生。
本发明通过创新轴流泵叶片结构干涉叶顶泄漏流，轴流泵运行时，圆孔腔体中充满介质；轴流泵离心射流扰动叶顶泄漏流机理请参见附图5，叶轮以一定转速转动时，圆孔中介质在离心力作用下形成离心射流，以一定角度α冲击叶顶泄漏流，从而达到抑制叶顶泄漏涡形成的作用，叶顶泄漏流与离心射流合成垂直于叶顶射流。其利用轴流泵叶轮旋转使流体介质产生离心力，不对机组运行效率产生明显影响，且可以抑制叶顶泄漏涡及其空化的产生。

Claims (3)

1.一种抑制轴流泵叶顶泄漏涡的叶片结构，包括叶轮轮毂(1)和转轮室(6)，所述叶轮轮毂(1)上安装有叶片，所述叶片的叶顶(10)和所述转轮室(6)内壁面之间构成叶顶间隙(2)，其特征在于，所述叶片上开设有若干个腔体结构，所述腔体结构的入口位于所述叶片的叶片压力面(9)上，所述腔体结构的出口位于所述叶片的叶顶(10)上，所述腔体结构内的液体离心射流流速v c 与所述叶顶间隙(2)处的液体泄漏流速v l 满足v c =v l /sinα；其中α为所述腔体结构内的液体离心射流出口方向与所述叶顶间隙(2)处的液体泄漏流流动方向之间的夹角；所述腔体结构为圆孔腔体，所述圆孔腔体由叶根处的压力面贯穿至叶顶，且所述圆孔腔体在所述叶片内部的弯曲方向与所述叶片的弯曲方向相同。
2.根据权利要求1所述的一种抑制轴流泵叶顶泄漏涡的叶片结构，其特征在于，所述腔体结构的数量为5个。
3.根据权利要求2所述的一种抑制轴流泵叶顶泄漏涡的叶片结构，其特征在于，每个所述腔体结构在所述叶片内部均匀排列。
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