葉片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪的製作方法

2023-10-05 16:30:34 1

專利名稱：葉片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪的製作方法
技術領域：
本發明屬於流體機械領域，涉及一種離心式閉式葉輪，特別是一種葉片 與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪，該種葉輪可以有效提高離心式風 機和壓縮機閉式葉輪的效率，全面提高離心式流體機械性能。
背景技術：
離心式風機和壓縮機是廣泛應用在各個工業系統中的通用機械，能耗 大、長期連續運行，因此，提高離心式風機和壓縮機的運行效率、擴大其穩 定工況範圍，是提高整個運行系統效率、節能減耗的關鍵問題，同時對於建 設節約型社會也具有非常重大的意義。
離心式風機和壓縮機的葉輪內部流動非常複雜，氣體在葉輪內部經過
90度轉彎，在此過程中，由於離心力、哥氏力和粘性力等的共同作用，葉 片通道內將出現很大的壓力梯度，在盤、蓋之間，葉片壓力面和吸力面之間 出現很強的二次流，導致葉輪出口流場非常不均勻，產生所謂的射流一尾跡 結構。這種射流—尾跡結構，會對後續元件內部流場產生強烈的不均勻性， 導致其後元件損失大大增加，效率降低，同時，射流一尾跡結構也導致葉輪 內部流動損失大大增加。
為了減輕射流一尾跡結構以提高效率，國內外工程技術和科研人員採用 了多種方法，如改變葉片與輪盤的夾角、葉片表面刻槽、採用串列葉柵技術 將葉片分段等方法，但各個方法都有明顯的缺點，如改變葉片與輪盤的夾角 的方法，葉片強度問題突出；葉片表明刻槽，導致加工工藝複雜；採用串列 葉柵，在小流量工況下基本沒有改善葉輪性能。

發明內容
針對上述現有方法存在的缺陷或不足，本發明的目的在於，提供一種葉 片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪，以提高離心式葉輪的運行效率。
為了實現上述任務，本發明採取的技術方案是， 一種葉片與輪盤/輪蓋 具有間隙的離心式閉式葉輪，包括輪蓋、輪盤以及多個離心葉輪葉片，整個 葉輪繞轉軸中心旋轉，其特徵在於，所述的葉輪中的至少一個葉片上開有至 少一條間隙，該間隙位於葉片與輪盤之間，或者葉片與輪蓋之間，或者葉片 兩端與輪盤、輪蓋之間。
間隙可以是存在於每一個離心葉輪葉片上，或每間隔幾個離心葉輪葉片 有一個開有間隙的離心葉輪葉片。
葉片上只有一個或多個間隙，間隙只存在離心葉輪葉片和輪蓋之間，或 只在離心葉輪葉片和輪盤之間，或離心葉輪葉片兩端的輪盤和輪蓋之間都 有。
本發明和現有技術相比，具有以下的技術效果
以往離心式閉式葉輪，離心葉輪葉片與輪盤輪蓋之間都是完全連續焊接 在一起的，而且要求連續滿焊，以滿足設計思想的要求。本發明提出的葉片 和輪盤/輪蓋具有間隙的閉式離心葉輪，則是利用離心葉輪葉片和輪蓋或輪 盤之間的間隙，使通過間隙中的射流氣流阻擋離心葉輪中輪盤輪蓋表面邊界 層內的二次流動，從而減輕離心葉輪出口的射流一尾跡結構，提高離心葉輪 的效率和整機效率。


圖1是離心葉輪葉片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪結構簡圖，
圖中的標號為l.輪蓋，2.輪盤，3.離心葉輪葉片，4.葉片與輪盤輪蓋之間的 各種間隙示例，5.離心式閉式葉輪轉軸中心線。
下面結合附圖對本發明的結構和工作原理作詳細說明。
具體實施例方式
參見圖l，本發明的葉片與輪盤輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪，包括 輪蓋l、輪盤2以及多個離心葉輪葉片3，整個葉輪繞轉軸中心旋轉，在葉
片3其中的至少一個葉片與輪盤2或/和輪蓋1之間開有一些間隙4，這些 間隙4 一直連續開到葉輪出口或僅僅在葉片入口和出口之間的輪盤或輪蓋 表面，也可以在離心葉輪的每個葉片上都開間隙4，或只選擇其中一些葉片 開有間隙4。整個葉輪繞轉軸中心5旋轉。
離心葉輪葉片3可以是正常的各種離心葉輪葉片，包括前彎、徑向出口 和後彎的，板型的或翼型的。間隙將開在葉片的兩端某處，由於這些間隙的 存在，葉片壓力面的氣流將向吸力面流動，在間隙內將產生射流氣流，從而 消除或減弱閉式離心葉輪輪盤或輪蓋表面邊界層內的二次流動，提高閉式離 心葉輪性能和整機性能。
本發明的工作原理是，當離心葉輪轉動時，氣體在旋轉離心葉輪內經受 離心力、哥氏力、粘性力等多種性質的力場作用，且經過90度轉彎，葉輪 內出現很強的二次流，導致葉輪出口流場非常不均勻，出現射流一尾跡結構。 這種不均勻出口流場惡化了後續元件的流動，導致整機性能下降。其中從葉 片壓力面到吸力面的二次流在葉輪的輪蓋面和輪盤面的邊界層運動，造成葉 片吸力面附近的區域流速相對其他區域低，如果引入其他氣流與這種二次流 運動方向相反，就可以減弱甚至消除這個二次流影響因素。本發明通過在葉 輪中的葉片兩端與輪盤和輪蓋之間相應的位置開一定大小和數量的間隙，靠 葉片壓力和吸力面兩側的壓差在間隙內產生氣流射流，就可以產生與輪盤和 輪蓋表面邊界層內的二次流方向相反的射流，從而減弱或消除離心式閉式葉 輪的二次流強度，減弱射流一尾跡結構，進而提高離心葉輪的性能和整機性 能，這就是本發明的工作原理。
計算例按本發明的技術方案，用得到廣泛應用的商業流場計算程序， 對美國航空航天局(NASA) Lewis研究中心公開發表的一臺低速大尺度離
心壓縮機LSCC葉輪進行了計算對比。原LSCC葉輪是半開式葉輪，申請人 首先對原葉輪的性能進行了計算，驗證算法的正確性。其次，將該葉輪按閉 式葉輪計算；計算完成後，對該閉式葉輪的每個葉片，從其入口到葉輪出口 的75%長度位置，在每個葉片和輪蓋之間開鑿一寬2.5毫米的間隙，再按同 樣網格和計算模型進行數值計算，在高效率點工況附近，採用本發明的葉片 開縫的閉式葉輪效率比完全閉式葉輪的效率高1.0%多。這僅僅是申請人根 據經驗任意在某位置開的一個縫隙，以驗證本發明的效果，當然，在此基礎 上還可以對本發明進行詳細地優化分析，確定間隙的大小以及在葉片上的分 布。
權利要求
1.一種葉片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪，包括輪蓋(1)、輪盤(2)以及多個離心葉輪葉片(3)，整個葉輪繞轉軸中心旋轉，其特徵在於，所述的葉片(3)中的至少一個葉片上開有至少一條間隙(4)，該間隙(4)位於葉片與輪盤(2)之間，或者葉片與輪蓋(1)之間，或者葉片兩端與輪盤、輪蓋之間。
2. 如權利要求1所述的葉片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪， 其特徵在於，所述的間隙(4)沿輪盤/輪蓋從某處一直連續開到葉輪出口或 僅僅開在沿輪盤/輪蓋表面的葉片中間某處。
3. 如權利要求1所述的葉片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪， 其特徵在於，所述的間隙(4)開在每個葉片上，或者每隔幾個葉片有一個 開有間隙(4)的葉片。
4. 如權利要求1所述的葉片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪， 其特徵在於，所述的間隙(4)是狹長的窄縫或其他形狀的縫隙。
全文摘要
本發明公開了一種葉片與輪盤輪蓋之間具有間隙的離心式閉式葉輪，包括輪蓋、輪盤以及多個離心葉輪葉片，整個葉輪繞轉軸中心旋轉，在葉輪中的至少一個葉片上開有至少一條間隙，該間隙位於葉片與輪盤之間，或者葉片與輪蓋之間，或者葉片同時與輪盤、輪蓋兩者之間。離心葉輪的葉片可以是各種類型的離心風機葉片，如前彎、徑向出口和後彎的，板型的或翼型的。由於這些間隙的存在，葉片壓力面的氣流將向吸力面流動，在間隙內將產生射流氣流，從而消除或減弱閉式離心葉輪輪盤或輪蓋表面邊界層內的二次流動，提高閉式離心葉輪性能和整機性能。
文檔編號F04D29/30GK101109394SQ20071001846
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月14日 優先權日2007年8月14日
發明者光 席, 李景銀, 梁亞勳, 華 田 申請人:西安交通大學