葉輪機械脈瓣式葉片的製作方法

2024-02-04 22:39:15

本發明屬流體機械領域，涉及一種葉輪機械的葉片，具體是一種葉輪機械脈瓣式葉片。

背景技術：

葉輪機械一般是指以連續旋轉葉片為本體，使流體工質的能量通過葉輪轉換為軸動力的動力機械，如燃氣輪機、蒸汽輪機、風力機、水輪機等原動機，也可以是指將軸動力的能量通過葉輪傳遞給流體工質的動力機械，如鼓風機、水泵、離心式壓氣機等工作機。葉輪機械在國民經濟尤其是整個重工業體系中佔有十分重要的地位，已廣泛應用於航空、電站、艦船以及冶金、勘探、化工、土木等領域。

由於流體工質在進入葉輪前、處於葉輪葉片間或在葉輪出口的擴壓器中等階段易形成非定常渦流、紊流，導致現有常規的葉輪機械的效率一般都低於90％，有些葉輪機械，比如離心式壓氣機，壓縮效率甚至低於85％，致使能源轉化、利用效率較低，一定程度上限制了其應用範圍。針對能源利用效率較低的現狀，有些葉輪機械在葉輪入口處增設導向葉片和/或在葉輪出口的擴壓器中增設葉片，以改善流體工質的流動狀況，提高效率，但總體效果仍不夠理想。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種葉輪機械脈瓣式葉片，其葉片採用脈瓣式結構設計，使流體工質更加有序流動，有效地減輕和防止非定常渦流、紊流形成，而且相鄰的脈瓣葉片與原有葉片構成的U型結構可對流體工質波動的能量進行收集、反射，實現再利用，從而減少流動損失，進而提高葉輪機械的能量轉換效率。

本發明所採用的技術方案：

一種葉輪機械脈瓣式葉片，其特徵是在葉輪機械主葉片上間隔設置數個脈瓣葉片，脈瓣葉片的長短和相互間距可根據需要進行設計，相鄰葉片的間距通常較小。所述主葉片是指葉輪入口處的導向葉片、葉輪葉片或葉輪出口處的擴壓器的葉片。所述脈瓣葉片設計為片狀結構，其一端與主葉片的側壁(壓力面和/或吸力面)固連，相對另一端延伸到流體通道中，脈瓣葉片的走向與流道內流體的流動方向呈銳角(一般小於45度)。脈瓣葉片的作用原理和功能與人體動脈瓣、靜脈瓣的作用類似，因此被稱為脈瓣葉片，脈瓣葉片一方面可以防止和減輕流體在流道內回流，另一方面，可以減輕流道內非定常渦流、紊流的發生，減少流動損失，同時，相鄰的脈瓣葉片和主葉片側壁構成的U型結構可以對流道內複雜的波(比如激波)進行收集、反射，可實現波的能量重新利用，從而減少流動損失，U型結構的底部通常加工成光滑的半圓弧形，以提高對波的反射效率。

作為本發明的進一步改進，脈瓣葉片設計為彈性結構，可以採用彈簧鋼、橡膠等彈性材料製作，使其可在一定範圍內發生形變，從而使脈瓣葉片可根據工質流速、壓力等參數的變化而在一定範圍內變化，使得葉輪機械在更寬的範圍內穩定工作。

作為本發明的進一步改進，脈瓣葉片可以根據實際需要設置在主葉片的一側(通常是吸力面)或同時設置在主葉片的兩側(壓力面和吸力面)。

作為本發明的進一步改進，所述脈瓣葉片延伸到流體通道中的一端設計為刀刃結構。

作為本發明的進一步改進，在葉輪葉片上設置脈瓣葉片，脈瓣葉片的一端與葉輪葉片固連，同時脈瓣葉片與葉輪輪盤貼近的一側與輪盤固連成一體，既可以起到防止和減輕流體通過脈瓣葉片和輪盤之間的間隙回流以及出現非定常渦流、紊流，減少流動損失，又可以對原有的葉輪葉片起到支撐加固作用，從而提高葉輪葉片的整體強度。

作為本發明的進一步改進，由相鄰的脈瓣葉片、主葉片側壁構成的U型結構空間內部分填充彈性物質(即用彈性物質填充U型空間的一部分空間)，如橡膠、橡膠氣泡等，使U型結構可對更寬頻譜範圍內的波進行反射，從而進一步減少損失、提高效率，這種改進主要適用於工質為液體工質的情況。

理論上，脈瓣葉片這種設計思想可以推廣應用到葉輪機械流體通道的任何部位，應用到流道中流體工質速度、壓力急劇變化，或者流體和機械構件可能產生分離的部位以及可能產生激波的部位，除了前述的應用到葉輪入口前的導輪、葉輪的葉片、葉輪出口的擴壓器等部位，還可以用到彎度較大的流體管道等部位，這時候可以將脈瓣葉片設置在流體管道的管壁上，脈瓣葉片的走向與流體工質的流動方向呈銳角，這種設計也可以減少彎道部位的流動損失，提高效率。

本發明的有益效果主要體現在：

1、可實現更高的效率，在現有的葉輪機械上增加脈瓣葉片可有效減少流道內流體的流動損失，使整機效率得以提高。

2、在葉輪葉片上設置脈瓣葉片，脈瓣葉片貼近葉輪輪盤的一側與葉輪輪盤固連，使得脈瓣葉片在主葉片側面起支撐作用，由於設置了多個脈瓣葉片，使得葉片整體的橫截面積大大增加，從而增加了葉片的整體強度，可延長葉輪葉片的使用壽命。

附圖說明

圖1是本發明在離心式壓氣機葉輪和擴壓器的應用示意圖。

圖中：1、葉輪輪盤；2、擴壓器；3、擴壓器葉片；4、擴壓器脈瓣葉片；5、葉輪脈瓣葉片；6、葉輪葉片。

具體實施方式

下面結合附圖和通過實施例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。

本發明採用脈瓣式結構設計，使流體工質更加有序流動，有效地減輕和防止非定常渦流、紊流形成，減少流動損失，進而提高葉輪機械的能量轉換效率，以離心式壓氣機為例，如圖1所示。本發明所述離心式壓氣機包括由葉輪輪盤1和葉輪葉片6構成的葉輪，在葉輪出口處設置擴壓器2，在擴壓器內設置擴壓器葉片3。在葉輪葉片6的吸力面上設置數個間隔的葉輪脈瓣葉片5，葉輪脈瓣葉片5設計為片狀結構，採用與葉輪葉片6相同的材料製作，其一端與葉輪葉片6的側壁固連，貼近葉輪輪盤的一側固連在葉輪輪盤1上，相對另一端設計為刀刃結構並延伸到葉輪葉片之間的流體流道中，其走向與流道內流體的流動方向呈銳角；在擴壓器葉片3的兩側壁上分別間隔設置數個擴壓器脈瓣葉片4，擴壓器脈瓣葉片4設計為片狀結構，採用彈簧鋼材料製作，其一端與擴壓器葉片3的側壁固連，相對另一端設計為刀刃結構並延伸到擴壓器葉片之間的流體流道中，其走向與流道內流體的流動方向呈銳角。在葉輪脈瓣葉片5、擴壓器脈瓣葉片4的作用下，可大大改善葉輪和擴壓器內氣體流動，減少氣體流動損失，提高壓氣機效率。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。