本發(fā)明涉及旋渦泵技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種改善旋渦泵性能的葉輪。

背景技術(shù)：

旋渦泵又稱為摩擦泵、再生泵，是一種量大面廣、能量消耗巨大的通用機械，最早出現(xiàn)在二十世紀20年代，由西門和亨施公司創(chuàng)造并推廣，是一種具有放射狀葉片葉輪的特殊葉片泵，凡是有液體流動的地方幾乎都有泵在工作。旋渦泵具有結(jié)構(gòu)簡單、高揚程等特點，因而廣泛應用于家庭和國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域中。旋渦泵工作時液體從吸入口流入葉輪，經(jīng)葉輪加速后又流回流道，并把能量傳遞給流道內(nèi)的液體，如此多次重復后由壓水室出口流出，使泵具有很高的揚程。旋渦泵流道內(nèi)液體能量的增加是通過低品質(zhì)的動能向較高品質(zhì)的壓能轉(zhuǎn)化而實現(xiàn)的，液體在流道和葉輪之間反復沖撞，使得相當一部分動能轉(zhuǎn)化為熱能，旋渦泵的這一工作特點決定了它的效率不可能很高。

目前的旋渦泵存在流量偏小、效率偏低等問題?，F(xiàn)有的旋渦泵主要由葉輪、泵體和泵蓋組成，其中，葉輪是一個圓盤，圓周上的葉片呈放射狀沿圓周均勻排列，是產(chǎn)生壓力的主要部件，可以稱為液體壓力的發(fā)動機，葉輪是影響旋渦泵的整體性能的主要結(jié)構(gòu)之一。目前，國內(nèi)外學者對旋渦泵的內(nèi)部流動及水力優(yōu)化設計方面做了大量的研究，相當一部分研究是改變?nèi)~輪形狀如葉片的厚度、隔板的厚度以及葉片的傾斜度來提升旋渦泵的性能，但由于旋渦泵葉片的厚度本身就在4～8mm之間，葉輪隔板的厚度在1mm左右，改進空間極小，不能從根本上提升旋渦泵的性能；并且，改變?nèi)~輪傾斜度雖能提升整體性能，但是加工難度和成本都比較高，難以批量生產(chǎn)。

因此，對于目前旋渦泵的葉輪結(jié)構(gòu)，有待于做進一步的改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種能有效增大流量、提高效率的改善旋渦泵性能的葉輪。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種改善旋渦泵性能的葉輪，包括本體及葉片，所述的本體成型為圓盤狀，所述的葉片為多片并圍繞本體邊緣呈散射狀間隔布置，其特征在于：所述本體的邊緣向外延伸形成有厚度小于本體厚度并用以設置葉片的隔板，該隔板兩側(cè)均設置有葉片，且隔板同側(cè)相鄰兩葉片與隔板之間共同圍合成能輸送液體的凹槽；所述葉片下邊沿上靠近隔板邊緣的部分成型為直線段，所述葉片下邊沿上遠離隔板邊緣的部分成型為與直線段相切的圓弧段。

作為改進，所述葉輪的半徑為D，所述直線段的長度為(1/30)～(1/6)D，所述圓弧段的半徑為(1/8)～(2/5)D。通過試驗進行數(shù)據(jù)模擬發(fā)現(xiàn)，采用上述結(jié)構(gòu)，可有效增大泵的輸送流量、提高輸送效率，而當直線段長度過長、圓弧段半徑較小時，對于液體流量的輸送貢獻不大，但卻會大大增加葉片的加工難度；當直線段長度過短、圓弧段半徑較大時，則會對凹槽輸送液體流量的貢獻不大，達不到理想的效果。

在上述各方案中，所述隔板兩側(cè)的葉片數(shù)量相等并分別為20～50片，所述葉片的高度為(1/14)～(1/10)D，所述葉片的長度為(1/4)～(1/2)D。采用上述結(jié)構(gòu)可進一步優(yōu)化葉輪對液體流量的輸送效果，而當葉片數(shù)量設置過多時，對液體流量的輸送效果沒有明顯增加，但需要增加葉輪的加工難度及材料使用量；葉片數(shù)量過少則會直接影響葉輪的液體流量輸送效果；葉片長度過短會直接導致泵的輸送效率低下，葉片的長度過長則容易與泵流道內(nèi)壁產(chǎn)生撞擊，影響泵的使用壽命。

優(yōu)選地，所述本體厚度為(1/6)～(1/4)D，所述隔板厚度與其兩側(cè)葉片的高度之和等于本體厚度。所述隔板一側(cè)的葉片與隔板另一側(cè)的凹槽相對應。

在上述各優(yōu)選方案中，所述凹槽具有與葉片下邊沿的直線段相對應的平面及與葉片下邊沿的圓弧段相對應的圓弧面。

優(yōu)選地，所述圓弧面的半徑為1/2D。

優(yōu)選地，所述圓弧面的半徑為1/5D。

優(yōu)選地，所述圓弧面的半徑為1/8D。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明將葉片分別設置在葉輪隔板的兩側(cè)，并將葉片的下邊沿設置為相切的直線段及圓弧段，與現(xiàn)有技術(shù)中的葉片結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明增加了葉輪凹槽的空間體積，從而增大了葉輪的實際有效泵水體積，使得單位時間內(nèi)所能增壓的液體增多，進而提高了泵的輸送流量；由于凹槽的空間增大，液體能更加深入地在流道和葉輪之間交換，液體與流道和葉輪碰撞所引起的能量損失減小，縱向旋渦加強，提高了泵的揚程；在泵內(nèi)流量和揚程都得到提高時，泵的效率也相應提高；另外，本發(fā)明的葉輪結(jié)構(gòu)簡單合理，加工制造難度低、成本低廉、易于實現(xiàn)，便于批量生產(chǎn)及大規(guī)模應用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中A部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1的剖視圖；

圖4為使用本發(fā)明實施例葉輪的泵在隨流量變化時揚程的分布情況；

圖5為使用本發(fā)明實施例葉輪的泵在隨流量變化時效率的分布情況。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

如圖1～3所示，本實施例的改善旋渦泵性能的葉輪包括本體1及葉片2，本體1成型為圓盤狀，葉片2為多片并圍繞本體1邊緣呈散射狀間隔布置。

具體的，本體1的邊緣向外延伸形成有厚度小于本體1厚度并用以設置葉片2的隔板3，該隔板3兩側(cè)均設置有葉片2，且隔板3同側(cè)相鄰兩葉片2與隔板3之間共同圍合成能輸送液體的凹槽4。本實施例中隔板3一側(cè)的葉片2與隔板3另一側(cè)的凹槽4相對應，當然，隔板3兩側(cè)的葉片2也可以相對于隔板3對稱布置。

本實施中隔板3兩側(cè)的葉片2數(shù)量相等并分別為20～50片，葉輪2的半徑為D，本體1厚度H1為(1/6)～(1/4)D，隔板3厚度H2與其兩側(cè)葉片2的高度H3之和等于本體1厚度H1，葉片2的高度H3為(1/14)～(1/10)D，葉片的長度L為(1/4)～(1/2)D。上述結(jié)構(gòu)可優(yōu)化葉輪對液體流量的輸送效果，而當葉片2數(shù)量設置過多時，對液體流量的輸送效果沒有明顯增加，但需要增加葉輪的加工難度及材料使用量；葉片2數(shù)量過少則會直接影響葉輪的液體流量輸送效果；葉片2長度過短會直接導致泵的輸送效率低下，葉片2的長度過長則容易與泵流道內(nèi)壁產(chǎn)生撞擊，影響泵的使用壽命。

如圖2所示，在本實施例中，葉片2下邊沿上靠近隔板3邊緣的部分成型為直線段21，葉片2下邊沿上遠離隔板3邊緣的部分成型為與直線段21相切的圓弧段22。凹槽4具有與葉片2下邊沿的直線段21相對應的平面41及與葉片2下邊沿的圓弧段22相對應的圓弧面42。直線段21的長度為(1/30)～(1/6)D，圓弧段22的半徑為(1/8)～(2/5)D。

目前，隨著計算機技術(shù)的普及和發(fā)展，開發(fā)出了大量的CAD和CFD軟件，可通過CAD軟件來建立和完善三維模型，運用CFD軟件來模擬旋渦泵內(nèi)部的流動狀況。CFD的基本思想可以歸納為：把原來在時間域及空間域上連續(xù)的物理量場，如速度場和壓力場，用有限個離散點上的變量值的集合來代替，通過一定的原則和方式建立起關(guān)于這些離散點上場變量之間關(guān)系的代數(shù)方程組，然后求解代數(shù)方程組獲得場變量的近似值。根據(jù)大量的研究和實踐證明，CFD技術(shù)已經(jīng)較為成熟，計算結(jié)果準確度較高。本實施例通過采用上述技術(shù)進行數(shù)據(jù)模擬發(fā)現(xiàn)，本實施例的葉片結(jié)構(gòu)可有效增大泵的輸送流量、提高輸送效率，而當直線段21長度過長、圓弧段22半徑較小時，對于液體流量的輸送貢獻不大，但卻會大大增加葉片2的加工難度；當直線段21長度過短、圓弧段22半徑較大時，則會對凹槽4輸送液體流量的貢獻不大，達不到理想的效果。

如圖4、5所示，a為采用圓弧面半徑(即圓弧段22的半徑)為1/2D的葉輪，b為采用圓弧面的半徑為1/5D的葉輪，c為采用圓弧面的半徑為1/8D的葉輪，d為采用圓弧面的半徑為D的葉輪，在葉輪直徑、葉輪厚度、葉片長度、葉片高度、葉片厚度及隔板厚度相同的情況下，可以看出，隨著圓弧面半徑的減小，泵的流量、揚程、效率均不斷提高，但并非是圓弧面半徑并非越小越好，當圓弧面半徑減小到葉輪半徑D的1/8時，泵的流量、揚程、效率提高的并不明顯，因此圓弧面半徑不需要再繼續(xù)減小，若繼續(xù)減小半徑，不僅性能提升不大，反而增加了制造工藝的難度，成本增加。