本發(fā)明涉及一種復合葉輪，尤其涉及一種低比轉速離心復合葉輪及其設計方法。

背景技術：

石油化工、軍工、核電等領域需要一些小流量、高揚程的離心泵。原先傳統(tǒng)的選擇會采用往復式泵或高速離心泵，但由于往復泵的無故障運行時間較短，密封容易泄漏，給用戶的工藝流程系統(tǒng)帶來不安全的隱患，因此近年來逐漸被離心泵替代，典型的如加氫裝置的高壓注水泵，目前已逐漸由原先采用的往復泵被小流量的多級離心泵替代。高速離心泵由于其傳動機構與密封系統(tǒng)復雜，檢修維護麻煩，運行成本高，而且其特性曲線平坦，很多流程工藝場合不太適用，所以開發(fā)小流量、高揚程的離心泵替代原有產品，是一個發(fā)展趨勢與方向。

小流量、高揚程的泵，其葉輪設計比轉速必定比較低，導致葉輪流道很窄，鑄造困難，水力效率很低。采用沖壓葉輪替代鑄造葉輪在制造方法上一定程度上解決了葉輪流道狹窄的問題，并且沖壓泵近幾年在城市管網(wǎng)供水等領域得到了充足的應用與發(fā)展。但沖壓泵只是在制造方法途徑上的改進，其解決不了低比轉速葉輪效率較低，流道擴散嚴重的問題。所以小流量低比轉速復合葉輪就是在這樣的背景下誕生的。

小流量低比轉速復合葉輪設計結構與方法的提出，可以進一步減少液體內部摩擦損失、減小液體回流與脈動，提高低比轉速葉輪效率，即適用于鑄造、也適用于沖壓葉輪，可以有效擴大小流量、高揚程的泵應用范圍。

傳統(tǒng)的葉片型線設計，每個葉片從入口到出口是單葉片的，對于小流量低比轉速的泵，葉輪外徑與其吸入口徑比值較大，葉輪出口面積與入口面積比值很大，導致流道擴散嚴重，葉輪內部出現(xiàn)軸向旋渦或回流，導致葉輪性能下降。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種結構緊湊，葉片起始段為單葉片，而到出口為雙葉片，其工作面與背面型線設計差別較大，有利于提高葉片的做功能力，提高揚程系數(shù)；另一方面由于葉片出口段采用了雙葉片，其在葉輪圓周上形成較大的面積排擠，減小了葉輪的面積比，減少葉輪內部的軸向旋渦或回流的一種低比轉速離心復合葉輪及其設計方法。

本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

一種低比轉速離心復合葉輪，包括前蓋板和后蓋板，所述的前蓋板與后蓋板間形成若干葉輪腔，所述的葉輪腔的起始段為單葉片，所述的葉輪腔的出口處為雙葉片，所述的葉輪腔中的單葉片與雙葉片呈一體化分布。

作為優(yōu)選，所述的葉輪腔設有三個，三個葉輪腔呈均分狀分布，所述的葉輪腔呈圓弧狀，所述的單葉片中葉腔的寬度逐漸擴大，所述的雙葉片中葉腔Ⅰ的長度大于葉腔Ⅱ的長度。

作為優(yōu)選，所述的雙葉片中葉腔Ⅰ與葉腔Ⅱ間形成翼型空間。

一種低比轉速離心復合葉輪的設計方法，其特征在于按以下步驟進行：

(一)、型線設計：工作面型線設計按傳統(tǒng)無限葉片數(shù)的方法設計，背面型線設計按實際葉片數(shù)(有限葉片數(shù))，利用面積變化比(控制流速)的創(chuàng)新方法設計；

以上工作面與前一片葉片所設計的背面型線形成了葉輪的主通道設計(葉腔Ⅰ)；

以上工作面與同一葉片所設計的背面型線所夾的空腔組成葉腔Ⅱ；

葉腔Ⅱ的設計型線方式采用副葉輪的設計法，通過將葉腔Ⅱ與后蓋板貫通，形成完整的副葉輪；葉輪圓周面的旋轉方向形成主副腔交替的流道；

(二)、模型分析：

利用上述方法設計而成的型線，進行三維建模造型，形成三維計算網(wǎng)格模型；進行流場模擬計算，進行優(yōu)化設計；

流動的分析采用求解器Fluent，解析過程先后為：對實物進行簡化并建立幾何模型；劃分網(wǎng)格；導入網(wǎng)格并檢查網(wǎng)格質量；選擇處理器、選擇湍流模型和邊界處理函數(shù)；輸入或選擇流體屬性；確定邊界條件；選擇算法；求解；進行后處理；

邊界條件總共有進口、出口、移動壁面、固定壁面以及周期性邊界，為了充分模擬水泵水力性能試驗過程，數(shù)值計算也采用調節(jié)不同流量計算揚程的方法，同時通過模擬獲得葉輪內部流動的詳細信息；

進口邊界條件采用速度進口，并且假設整個進口上具有均勻的速度；出口邊界采用壓力出口，假定無汽蝕情況發(fā)生，統(tǒng)一設定出口靜壓；

運用CFD流體數(shù)值計算方法，結合相關實驗，研究其內部流場的流動特性，分析其整個水力性能；

(三)、葉輪采用鑄造：

制造葉輪采用鑄造，其中葉腔Ⅱ形成翼型的翼型空間作為無葉腔，制造時與后蓋板貫通，一次性鑄造完成。

閉式葉輪包括葉輪前蓋板、后蓋板、葉片。葉片起始段為單葉片，而到出口為雙葉片；葉片出口段雙葉片所夾的空腔區(qū)域無后蓋板，即該空腔的翼型空間作為了葉輪的背“葉片”使用。

葉片出口段雙葉片所夾的空腔的翼型空間作為了葉輪的背“葉片”使用，該空腔也可調整為與前蓋板相通，即作為葉輪的前“葉片”使用。該空腔也可調整為與前后蓋板均相通，即作為葉輪的輔助“葉片”使用。

本發(fā)明提供一種低比轉速離心復合葉輪及其設計方法，結構緊湊，提高使用性能，可靠性高，別適用于小流量低比轉速泵，適配范圍廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的剖視結構示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。

實施例1：如圖1和圖2所示，一種低比轉速離心復合葉輪，包括前蓋板1和后蓋板2，所述的前蓋板1與后蓋板2間形成若干葉輪腔3，所述的葉輪腔3的起始段為單葉片，所述的葉輪腔3的出口處為雙葉片，所述的葉輪腔3中的單葉片與雙葉片呈一體化分布。

所述的葉輪腔3設有三個，三個葉輪腔3呈均分狀分布，所述的葉輪腔3呈圓弧狀，所述的單葉片中葉腔的寬度逐漸擴大，所述的雙葉片中葉腔Ⅰ4的長度大于葉腔Ⅱ5的長度。

所述的雙葉片中葉腔Ⅰ4與葉腔Ⅱ5間形成翼型空間6。

一種低比轉速離心復合葉輪的設計方法，按以下步驟進行：

(一)、型線設計：工作面型線設計按傳統(tǒng)無限葉片數(shù)的方法設計，背面型線設計按實際葉片數(shù)(有限葉片數(shù))，利用面積變化比(控制流速)的創(chuàng)新方法設計；

以上工作面與前一片葉片所設計的背面型線形成了葉輪的主通道設計(葉腔Ⅰ)；

以上工作面與同一葉片所設計的背面型線所夾的空腔組成葉腔Ⅱ；

葉腔Ⅱ的設計型線方式采用副葉輪的設計法，通過將葉腔Ⅱ與后蓋板貫通，形成完整的副葉輪；葉輪圓周面的旋轉方向形成主副腔交替的流道；

(二)、模型分析：

利用上述方法設計而成的型線，進行三維建模造型，形成三維計算網(wǎng)格模型；進行流場模擬計算，進行優(yōu)化設計；

流動的分析采用求解器Fluent，解析過程先后為：對實物進行簡化并建立幾何模型；劃分網(wǎng)格；導入網(wǎng)格并檢查網(wǎng)格質量；選擇處理器、選擇湍流模型和邊界處理函數(shù)；輸入或選擇流體屬性；確定邊界條件；選擇算法；求解；進行后處理；

邊界條件總共有進口、出口、移動壁面、固定壁面以及周期性邊界，為了充分模擬水泵水力性能試驗過程，數(shù)值計算也采用調節(jié)不同流量計算揚程的方法，同時通過模擬獲得葉輪內部流動的詳細信息；

進口邊界條件采用速度進口，并且假設整個進口上具有均勻的速度；出口邊界采用壓力出口，假定無汽蝕情況發(fā)生，統(tǒng)一設定出口靜壓；

運用CFD流體數(shù)值計算方法，結合相關實驗，研究其內部流場的流動特性，分析其整個水力性能；

(三)、葉輪采用鑄造：

制造葉輪采用鑄造，其中葉腔Ⅱ形成翼型的翼型空間作為無葉腔，制造時與后蓋板貫通，一次性鑄造完成。