一種減弱軸流泵葉頂洩漏流和洩漏渦的葉片結構的製作方法

2023-07-06 11:09:01 1

一種減弱軸流泵葉頂洩漏流和洩漏渦的葉片結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型是一種用於減弱軸流泵葉頂洩漏流和洩漏渦的葉片結構。其特徵在於軸流泵葉片葉頂加工成迷宮式的結構。該迷宮式的結構為鋸齒形的，具有一定的間隙、高度、寬度、齒數及齒頂角度等。本實用新型的有益效果是：選擇合適的鋸齒形尺寸，軸流泵通過葉尖迷宮式結構，使得流體經過葉頂間隙時的能量損失增加，減少了洩漏量，從而減弱了葉頂洩漏流和洩漏渦，提高了軸流泵的水力效率和運行穩定性。
【專利說明】一種減弱軸流泵葉頂洩漏流和洩漏渦的葉片結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及到一種用於減弱軸流慄葉頂洩漏流和洩漏渦的葉片結構，葉頂設計為鋸齒形的迷宮式結構，屬於流體機械產品【技術領域】。
【背景技術】
[0002]軸流慄因其流量大、揚程低、結構簡單、使用方便等特點，在農田排灌、防洪排澇、城市給排水、跨流域調水工程等方面得到了廣泛應用，因此提高軸流慄的效率和運行穩定性具有重要的現實意義。在軸流慄葉輪中，由於軸流式葉輪的結構特徵，葉輪葉片葉頂與轉輪室之間不可避免存在間隙，雖然葉片頂部間隙的幾何尺寸同整個流道相比很小，但卻對葉片流道將近20%區域的流動產生影響。在軸流慄葉片工作面與吸力面之間的壓力作用下，一部分流體介質越過葉頂間隙，形成洩漏流動。洩漏流與主流發生卷吸而形成葉頂洩漏渦，洩漏渦在向下遊發展的過程中漩渦強度和尺度逐漸增大，堵塞主流，尤其在小流量工況，易誘導軸流慄進入旋轉失速不穩定工況，因此，軸流慄葉頂洩漏渦對流場結構、能量傳輸、負荷能力及損失有著重要影響。洩漏流造成的損失與洩漏流量有關，洩漏流量越多，洩漏流造成的損失越大。因此通過某種方法將葉頂洩漏流阻礙在葉頂壓力面側，減小其向吸力面的洩漏量，使得更多的流體通過葉輪做功，可有效地降低葉頂洩漏流和洩漏渦對葉輪性能造成的不利影響，可提高慄的揚程和水力效率，並改善軸流慄的水力穩定性。
[0003]經檢索，已公開的專利「一種軸流慄葉輪葉片(申請號:02133456.0) 」，其設計出葉端及葉根部分採用了加長前傾的扭曲形狀的葉片。但這種葉片形狀較複雜，不易加工，增加了工作量，且還有可能不能滿足葉輪原始設計；已授權專利「一種高效軸流慄葉輪(專利號:ZL200920043160.9) 」，其通過調整葉片的不同圓周截面的翼型形狀來獲得較優的水力性能，但在葉輪葉片的葉頂區域仍採用的傳統的結構。由此可見，目前軸流慄葉片的改善大都是對葉片形狀的整體改變，尚未提出一種改善葉片葉頂形狀以減弱葉頂洩漏流和洩漏渦的葉片結構。本專利通過發明軸流慄葉輪葉頂端面結構，依靠間隙中的節流過程和空腔內的動能耗散來實現流體密封，結構簡單，可有效減弱軸流慄葉片葉頂洩漏流和洩漏渦，最終提高軸流慄的水力性能和水力穩定性。

【發明內容】

[0004]為了解決上述軸流慄葉頂洩漏流和洩漏渦發生的問題，本發明目的在於提供一種軸流慄的葉片結構，用以減弱軸流慄葉頂洩漏流和洩漏渦，提高葉輪水力效率，改善軸流慄的運行穩定性。
[0005]本發明為解決其技術問題所採用的技術方案是:將軸流慄葉片的葉頂設計成迷宮式的端面結構，該迷宮式的端面結構型式為鋸齒形，具有一定的節流間隙、高度、寬度、齒數及齒根角等參數特徵。軸流慄葉輪葉片流道間的液體由於葉片壓力面和吸力面之間的壓差作用，通過葉頂間隙，從葉片壓力面洩漏到吸力面，經過葉頂的鋸齒形迷宮結構，能夠增大流體流動阻力，使流經葉頂間隙的流體部分動能被消耗，能夠達到減小洩漏量的效果，有效抑制葉頂洩漏渦的形成，減小了洩漏損失，提高了水力效率和運行穩定性。
[0006]本發明的葉片結構可通過數控加工實現製造，直接在軸流慄葉片葉頂端面處加工出鋸齒狀的迷宮式結構，加工方法成熟，簡單方便，尤其適用於大型慄站的軸流慄葉輪葉片(葉輪直徑1000mm以上)。
[0007]本發明的有益效果是，通過軸流慄葉片葉頂端面迷宮式結構，可將葉頂洩漏流阻礙在葉頂壓力面側，減小其向吸力面的洩漏量，使得更多的流體通過葉輪做功，微小的洩漏流誘導產生洩漏渦的能量可大幅降低，最大限度地降低葉頂洩漏流和洩漏渦對葉輪性能造成的不利影響，提高慄的揚程和水力效率，並改善軸流慄的水力穩定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]下面結合附圖和對本發明進一步說明。
[0009]圖1是軸流慄葉輪在慄殼內的示意圖。
[0010]圖2是附圖1中，本發明所提及的一種減弱軸流慄葉頂洩漏流和洩漏渦的葉片結構局部放大示意圖。
[0011]圖3是圖2的葉尖鋸齒形迷宮式結構放大剖視圖。
[0012]圖中，I是葉輪葉片，2是葉輪輪轂，3是轉輪室，4為葉輪間隙，5是葉頂，6是壓力面，7是吸力面，8是鋸齒形迷宮結構，9是葉頂洩漏流和洩漏渦，10是葉輪流道主流，11是輪轂面。
[0013]圖3中，C表示葉頂間隙大小，H表示鋸齒高度，W表示齒寬，α表示齒頂角，D2表示葉片輪緣外徑。
【具體實施方式】
[0014]軸流慄的部分示意圖1中，包括了軸流慄的葉輪葉片(1)，葉輪輪轂(2)，轉輪室
(3)，葉輪間隙(4)以及葉頂(5)。本發明所述的鋸齒形迷宮式結構設計於葉頂(5)，葉輪葉片(I)和轉輪室(3)的壁面之間的距離即是葉輪間隙(4)。葉輪葉片通過固定件固定在葉輪輪轂⑵上。軸流慄葉輪葉片流道間的液體(10)由於葉片壓力面(7)和吸力面(6)之間的壓差作用，通過葉頂間隙(4)，從葉片壓力面(7)洩漏到吸力面(6)，經過葉頂的鋸齒形迷宮結構(8)，增大了流體流動阻力，使流經葉頂間隙的流體部分動能被消耗，從而減小葉頂間隙洩漏量，並抑制葉頂洩漏渦的形成。圖2中葉輪葉片葉頂鋸齒形迷宮結構(8)，其齒尖處流動截面小，流速增大，液體產生射流現象，壓力能轉化為動能，壓力大幅度降低；當液體進入兩個矩形齒之間的大空腔內部，由於空腔流動截面較大，液體流速降低，在葉頂鋸齒形迷宮結構(8)的空腔內部形成大的旋渦，流體的部分動能被耗散掉。由於齒尖處的節流和密封腔室內的動能耗散作用，從而降低流體壓力，達到密封的效果，從而降低了葉輪間隙
(4)處的洩漏流，有效地抑制了葉頂洩漏流和洩漏渦(9)的形成。結合圖3葉頂鋸齒形迷宮式結構的主要參數，葉頂間隙C，取值為葉片輪緣外徑的千分之一(即D2 / 1000);齒數由葉片外緣翼型的厚度確定，其等於厚度與寬度W的比值；鋸齒高度H取葉片輪緣外徑的千分之三至千分之五(即3D2≤H≤5D2 / 1000);高度H與寬度S之比為(H / S)opt ^ 0.5 ；齒頂角ct取值範圍為30°~35。。
【權利要求】
1.一種減弱軸流慄葉頂洩漏流和洩漏渦的葉片結構，應用於軸流慄葉輪，其特徵在於:該葉片葉頂採用迷宮式結構，其截面為鋸齒形，鋸齒高度H取葉片輪緣外徑D2的千分之三至千分之五之間，鋸齒高度H與寬度W之比約為0.5，齒頂角α取值範圍為30°?35°。
【文檔編號】F04D29/18GK203604248SQ201320574194
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】張德勝, 邵佩佩, 施衛東, 王海宇, 潘大志, 胡啟祥 申請人:江蘇大學