一种带吸力面副叶片的混流叶轮

摘要

本发明涉及混流泵，特指一种带吸力面副叶片的混流叶轮。其特征在于：在混流叶轮流道内相邻两叶片之间设有吸力面副叶片，吸力面副叶片与叶片工作面分离，安装在叶片背面上，通过在叶轮流道内布置吸力面副叶片结构，强行阻断不良的轴向流动，降低了流道内的速度梯度，使叶轮流道的流场结构更加均匀，进一步改善泵的性能。

说明书

技术领域

本发明涉及混流泵，特指一种带吸力面副叶片的混流叶轮。

背景技术

混流泵在国民经济的各个领域中扮演着重要的角色，其形状介于离心泵和轴流泵之间，具有流量大、扬程高等优势，同时也消耗了大量的电力，因此提高混流泵的性能对于新型节约型社会的建设具有重要意义。混流泵的叶轮型线在空间呈现复杂扭曲形状，几何参数极为复杂，设计难度大，同时各个参数之间的相互影响关系目前还未全部弄清，因此高效的混流叶轮设计成为混流泵设计的重难点问题，混流叶轮内部流体受离心力和升力的共同作用，其运动状态相较离心泵和轴流泵更为复杂，如何使流体沿叶片型线平滑运动，降低叶轮内部的水力损失成为提高泵性能的关键问题。

由附图5常规混流叶轮出口的相对流速分布图可知：靠近叶轮后盖板的相对流速远大于靠近叶轮前盖板的相对流速，较大的速度梯度易形成涡旋结构，造成较大的水力损失，降低泵的性能。因此如何控制混流泵叶轮内部不良的流动结构，减小其内部的速度梯度，对降低水力损失和提高泵的性能有极其显著的影响。

目前针对混流叶轮的研究主要集中于叶片型线、几何参数、叶片数等因素的优化，关醒凡、陆伟刚、施卫东等人都对叶轮几何参数对泵性能的影响进行了研究。目前大部分研究都从优化叶轮几何参数出发，探索不同参数配比对泵性能的影响，未能从控制混流叶轮不良流动结构出发，降低叶轮内部的水力损失，从而可以进一步提高泵的能量性能。因此混流叶轮内部有害流动结构的控制对提高泵的性能具有实际意义。

发明内容

为了进一步提高混流泵的性能，本发明从控制混流叶轮内部不良的轴向流动出发，提出一种带吸力面副叶片的混流叶轮，该叶轮结构简单、合理，有效减小了叶轮内部的速度梯度，均匀重构了叶轮内部的流场分布，降低了叶轮的水力损失，进一步改善了混流泵的性能。

本发明提出一种带吸力面副叶片的混流叶轮。

该吸力面副叶片位于混流叶轮流道内相邻两叶片之间，与叶片工作面分离，安装在叶片背面上，沿圆周均布，该吸力面副叶片的轴面形状与叶轮后盖板流线相同。

该吸力面副叶片出口和叶轮出口齐平，厚度均匀，且与叶片平均厚度相当，其个数和叶轮叶片数相同。

该吸力面副叶片远离叶轮前盖板，更加靠近叶轮后盖板，其出口边距叶轮后盖板的距离为叶轮出口宽度的1/4~1/2。

该吸力面副叶片出口边的圆周长度a为相邻叶片间圆弧长度的1/4~3/4，其进口边圆周长度b占进口边所在流道圆周长度的比例和出口边相同，其径向长度c为叶片径向长度d的1/4~3/4。

该结构通过控制混流叶轮流道内液体有害的轴向流动，减小速度梯度，以实现叶轮内部流场均匀重构，降低水力损失，达到提升泵性能的目的。

本发明的优点是：从控制叶轮内部不良轴向流动出发，通过在叶轮流道内布置吸力面副叶片结构，强行阻断不良的轴向流动，降低了流道内的速度梯度，使叶轮流道的流场结构更加均匀，进一步改善泵的性能。同时本发明还具有结构简单、合理、加工方便等优点。

附图说明

图1为本发明的带吸力面副叶片的混流叶轮轴面投影图。

图2为本发明的带吸力面副叶片的混流叶轮平面投影图。

图3为本发明的带吸力面副叶片的混流叶轮出口流道过流断面的平面展开图。

图4为本发明的带吸力面副叶片的混流叶轮出口相对流速分布结构图。

图5为传统的混流叶轮出口相对流速分布结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1给出了混流叶轮的轴面投影图，由图可知：该吸力面副叶片3远离叶轮前盖板1，更加靠近叶轮后盖板2，其轴面形状和后盖板流线形状相同，其出口边距叶轮后盖板的距离为叶轮出口宽度的1/2，其径向长度为叶片径向长度的1/2。

由图2可知：该吸力面副叶片和叶片背面5相连，与叶片工作面4分离，其个数和叶轮叶片数相等，取为5片，吸力面副叶片均匀分布在叶轮各个流道之间，其厚度和叶片平均厚度相等，取为4mm，其出口边和叶轮出口6齐平。

图3给出了叶轮出口流道过流断面的平面展开图，该吸力面副叶片出口边的圆周长度a为相邻叶片间圆弧长度的65.2%，其进口边圆周长度b同样为进口边所在流道圆周长度的65.2%，其径向长度为叶片径向长度的50%。

图5给出了传统混流叶轮出口相对流速分布结构知：靠近叶轮后盖板的相对流速远大于靠近叶轮前盖板的相对流速，较大的速度梯度易形成涡旋结构，造成较大的水力损失，降低泵的性能。

由图4可知：增加吸力面副叶片后，叶轮内部的轴向流动被强行阻隔，叶轮出口流场分布更加均匀，速度梯度小，因此可以有效地降低叶轮内部的水力损失，提高整泵的性能。因此控制混流泵叶轮内部的流动结构，减小其内部的速度梯度，对降低水力损失和提高泵的性能有极其显著的影响。

本例中采用CFD手段对泵的性能进行预测，在相同叶轮和蜗壳条件下，在混流泵设计点处，采用吸力面副叶片结构后，混流泵的扬程基本不变，效率提高了2.5%。

本发明改善了叶轮内部流动结构，从而达到减小泵内部流动损失的目的，进而提高泵的性能。