一種具備流線構(gòu)造的徑向?qū)~結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于應(yīng)用于節(jié)段式多級(jí)離心泵的導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種具備流線構(gòu)造的徑向?qū)~結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)段式多級(jí)泵，級(jí)間需要用導(dǎo)葉過渡，從而使流體從本級(jí)到下一級(jí)順利流動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和回收，減少流動(dòng)時(shí)能量損失。傳統(tǒng)的節(jié)段式多級(jí)泵用導(dǎo)葉一般分為徑向?qū)~或流道式導(dǎo)葉兩種。相較結(jié)構(gòu)繁復(fù)而制造工藝不夠成熟的流道式導(dǎo)葉而言，徑向?qū)~的設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)定型，并以鑄造工藝成熟而性價(jià)比高而應(yīng)用更為廣泛。傳統(tǒng)徑向?qū)~的流道如圖1所示，由以下四部分組成:螺旋線部分一一由正導(dǎo)葉10構(gòu)成，起收集流體作用；擴(kuò)散段部分一一位于正導(dǎo)葉10的出口端處，以降低流速，起轉(zhuǎn)換動(dòng)能為壓能的作用；過渡段一一由過渡腔道構(gòu)成，以使流體轉(zhuǎn)變方向；反導(dǎo)葉20—一使流體按要求的速度和環(huán)量進(jìn)入下一級(jí)葉輪。目前上述傳統(tǒng)徑向?qū)~所存在的缺陷在于:首先，由于流道中過渡段處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不足，流道受阻面眾多，受流體流動(dòng)狀態(tài)控制不嚴(yán)及頂部間隙環(huán)流影響，流體在此區(qū)間往往相互碰撞，被動(dòng)改變方向，有相當(dāng)?shù)哪芰繐p失。其次，傳統(tǒng)徑向?qū)~上的反導(dǎo)葉都為單直徑的單圓弧型線式葉片，此單圓弧反導(dǎo)葉形狀過于簡(jiǎn)單，葉片的安放角常常過大，與流線吻合度差，導(dǎo)致流體的流態(tài)紊亂復(fù)雜，易形成旋渦，從而進(jìn)一步損失流體動(dòng)能。通過CFD模擬計(jì)算，上述導(dǎo)葉中的能量損失甚至約占葉輪做功13%左右，從而極大的影響了導(dǎo)輪的實(shí)際工作效益。如何尋求一種結(jié)構(gòu)更為合理可靠的徑向?qū)~結(jié)構(gòu)，從而能在保留其諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，亦能保證流體運(yùn)動(dòng)的順暢性，最終實(shí)現(xiàn)能量損失的降低和工作效能的有效提升，為本領(lǐng)域近年來所亟待解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理可靠的具備流線構(gòu)造的徑向?qū)~結(jié)構(gòu)，以減少在過渡段所出現(xiàn)的環(huán)流及流體碰撞和漩渦狀況，其能量損失可得到有效扼制，工作效能顯然更高。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0005]一種具備流線構(gòu)造的徑向?qū)~結(jié)構(gòu)，包括具備旋轉(zhuǎn)軸心的柱盤狀的導(dǎo)葉盤，導(dǎo)葉盤的盤面布置渦卷狀排布的正導(dǎo)葉而背面布置與正導(dǎo)葉旋向相反的渦卷狀排布的反導(dǎo)葉，每相鄰的兩個(gè)正導(dǎo)葉間彼此配合構(gòu)成供流體行進(jìn)的正流道，每相鄰的兩個(gè)反導(dǎo)葉間彼此配合構(gòu)成供流體行進(jìn)的反流道；導(dǎo)葉盤在正流道出口處設(shè)貫穿盤體的缺口部，缺口部所在導(dǎo)葉盤盤面、正導(dǎo)葉的外側(cè)葉面、導(dǎo)葉盤的外周面以及相對(duì)缺口部所在導(dǎo)葉盤盤面設(shè)置的導(dǎo)流面共同構(gòu)成用于對(duì)應(yīng)連通各正流道和反流道的過渡腔道，該過渡腔道沿導(dǎo)葉盤的外周面呈環(huán)形陣列，所述導(dǎo)流面外形呈向缺口部所在導(dǎo)葉盤盤面弧形過渡的弧面狀結(jié)構(gòu)，該弧面狀導(dǎo)流面的曲率中心位于導(dǎo)葉盤的反導(dǎo)葉所在端，且該弧面狀導(dǎo)流面由過渡腔道入水端至過渡腔道出水端曲率半徑逐步減小。
[0006]所述反導(dǎo)葉的葉片骨線由進(jìn)水口至出水口的曲率半徑逐步減小。
[0007]反導(dǎo)葉的兩端部的安放角與設(shè)定的液流角吻合布置。
[0008]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于:
[0009]I)、本發(fā)明拋棄了傳統(tǒng)的棱角眾多的過渡腔道結(jié)構(gòu)，通過將構(gòu)成過渡腔道的一側(cè)腔壁處的導(dǎo)流面設(shè)置呈弧線過渡結(jié)構(gòu)，從而達(dá)成流體的順暢流通過渡效果。該弧線符合流線的特點(diǎn)，從弧線起點(diǎn)到終點(diǎn)，曲率半徑逐步減小，進(jìn)而使流體能及時(shí)地順利地拐彎、并進(jìn)入反導(dǎo)葉所形成的反流道內(nèi)，最終減少環(huán)形空間中的環(huán)流狀況。通過本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)，可有效消除環(huán)形空間與反流道中的流體碰撞與旋渦，減少環(huán)流，使流體進(jìn)入反導(dǎo)葉流道更順暢，其流體的能量損失更少，同時(shí)可提高泵整機(jī)效率2?3%，成效顯著。
[0010]2)、在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還對(duì)反導(dǎo)葉進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以杜絕傳統(tǒng)的單圓弧型線式葉片所帶來的諸多缺陷。本發(fā)明的反導(dǎo)葉采用保角變換的方法按流線設(shè)計(jì)，葉片骨線從起點(diǎn)到終點(diǎn)曲率半徑逐步減小，流體經(jīng)過該型式葉片所形成的流道時(shí)更不易產(chǎn)生旋禍，流體流動(dòng)更順暢，由此也能進(jìn)一步的減少此處的能量損失。
【附圖說明】
[0011]圖1為傳統(tǒng)過渡腔道的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是導(dǎo)流面的曲率弧線示意圖；
[0014]圖4為反導(dǎo)葉葉片骨線形狀圖。
[0015]圖示各標(biāo)號(hào)與本發(fā)明的結(jié)構(gòu)名稱對(duì)應(yīng)關(guān)系如下:
[0016]a-導(dǎo)葉盤盤面b-正導(dǎo)葉的外側(cè)葉面
[0017]C-導(dǎo)葉盤的外周面d-導(dǎo)流面
[0018]10-正導(dǎo)葉20-反導(dǎo)葉30-過渡腔道
【具體實(shí)施方式】
[0019]為便于理解，此處結(jié)合圖2-4對(duì)本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及實(shí)施效果作以下進(jìn)一步描述:
[0020]本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)如圖2-4所示，其是在徑向?qū)~的環(huán)形空間處，位于正導(dǎo)葉10葉片的末端所在位置A處，即過渡段部位，設(shè)置弧線過渡的導(dǎo)流面d，使流體順利變向。該導(dǎo)流面d所在弧線按從弧線起點(diǎn)到終點(diǎn)曲率半徑逐步減小的規(guī)律變化，同時(shí)該弧線可簡(jiǎn)化為兩段或多段圓弧。而如圖2及圖4所示，反導(dǎo)葉20則采用保角變換的方法按流線設(shè)計(jì)，其葉片骨線的曲率半徑從弧線起點(diǎn)到終點(diǎn)逐步減小，同時(shí)葉片進(jìn)口應(yīng)盡量向?qū)~盤的外周面c處延伸，以提升其流體接引效果。
[0021]前述的正導(dǎo)葉的外側(cè)液面b，是徑向?qū)~呈現(xiàn)如圖2所示狀態(tài)時(shí)，正流道的兩流道側(cè)壁中相對(duì)朝外的一側(cè)壁；導(dǎo)葉盤的外周面相應(yīng)如圖2所示。而本實(shí)施例中的其它結(jié)構(gòu)按常規(guī)形式設(shè)置，包括正導(dǎo)葉10設(shè)計(jì)、軸向尺寸、徑向尺寸、反導(dǎo)葉20進(jìn)出口角的確定等。徑向?qū)~中的流道的組成部分一一螺旋線部分和擴(kuò)散段部分，按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不變；修改過渡段和反導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)與型線尺寸，使其具有流線特征。實(shí)際制作時(shí)，可充分利用現(xiàn)有徑向?qū)~的空間和材料，其成型以鑄造為主，從而不必增加零件數(shù)量，零件加工難度變化不大，且增加的制造成本很有限，從而確保其性價(jià)比。
[0022]本實(shí)施例中，在制作反導(dǎo)葉20時(shí)，反導(dǎo)葉20頭部朝向?qū)~盤的外周面、尾部朝向內(nèi)側(cè)軸心線處。反導(dǎo)葉20的頭部安放角和尾部的安放角應(yīng)與設(shè)定的流體的液流角一致，也即其兩端部的曲率的布置角度和流體相對(duì)速度與圓周速度的反方向間的夾角相吻合，以再次提升流體的行進(jìn)順暢性，從而進(jìn)一步提升流體的過流效果。
[0023]本發(fā)明的工作流程為:從葉輪出來的流體經(jīng)正導(dǎo)葉10所構(gòu)成的螺旋線部分收集，進(jìn)入正流道出口段所形成的擴(kuò)散段減速，此時(shí)部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能。之后流體進(jìn)入環(huán)形空間，在環(huán)形空間的過渡腔道30處改變流向并消除一部分環(huán)量后進(jìn)入反導(dǎo)葉20。流體在反導(dǎo)葉20所構(gòu)成的反流道中充分消除環(huán)量后，以適當(dāng)?shù)慕嵌软樌M(jìn)入下一級(jí)葉輪。在整個(gè)流動(dòng)過程中，由于本發(fā)明的貼合流體行進(jìn)特征的導(dǎo)流面d及反導(dǎo)葉20結(jié)構(gòu)的曲率結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而使得流體不再產(chǎn)生漩渦，也不會(huì)產(chǎn)生激烈的碰撞，其流動(dòng)極為順暢，能量損失少，過流效果顯著。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具備流線構(gòu)造的徑向?qū)~結(jié)構(gòu)，包括具備旋轉(zhuǎn)軸心的柱盤狀的導(dǎo)葉盤，導(dǎo)葉盤的盤面布置渦卷狀排布的正導(dǎo)葉(10)而背面布置與正導(dǎo)葉旋向相反的渦卷狀排布的反導(dǎo)葉(20)，每相鄰的兩個(gè)正導(dǎo)葉(10)間彼此配合構(gòu)成供流體行進(jìn)的正流道，每相鄰的兩個(gè)反導(dǎo)葉(20)間彼此配合構(gòu)成供流體行進(jìn)的反流道；導(dǎo)葉盤在正流道出口處設(shè)貫穿盤體的缺口部，其特征在于:缺口部所在導(dǎo)葉盤盤面(a)、正導(dǎo)葉的外側(cè)葉面(b)、導(dǎo)葉盤的外周面(C)以及相對(duì)缺口部所在導(dǎo)葉盤盤面(a)設(shè)置的導(dǎo)流面(d)共同構(gòu)成用于對(duì)應(yīng)連通各正流道和反流道的過渡腔道(30)，該過渡腔道(30)沿導(dǎo)葉盤的外周面呈環(huán)形陣列，所述導(dǎo)流面(d)外形呈向缺口部所在導(dǎo)葉盤盤面弧形過渡的弧面狀結(jié)構(gòu)，該弧面狀導(dǎo)流面(d)的曲率中心位于導(dǎo)葉盤的反導(dǎo)葉(20)所在端，且該弧面狀導(dǎo)流面(d)由過渡腔道入水端至過渡腔道出水端曲率半徑逐步減小。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備流線構(gòu)造的徑向?qū)~結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述反導(dǎo)葉(20)的葉片骨線由進(jìn)水口至出水口的曲率半徑逐步減小。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具備流線構(gòu)造的徑向?qū)~結(jié)構(gòu)，其特征在于:反導(dǎo)葉(20)的兩端部的安放角與設(shè)定的液流角吻合布置。
【專利摘要】本發(fā)明屬于應(yīng)用于節(jié)段式多級(jí)離心泵的導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種具備流線構(gòu)造的徑向?qū)~結(jié)構(gòu)。其導(dǎo)葉盤的盤面布置正導(dǎo)葉而背面布置反導(dǎo)葉，每相鄰的兩個(gè)正、反導(dǎo)葉間構(gòu)成正、反流道；導(dǎo)葉盤在正流道出口處設(shè)貫穿盤體的缺口部，缺口部所在導(dǎo)葉盤盤面、正導(dǎo)葉的外側(cè)葉面、導(dǎo)葉盤的外周面以及相對(duì)缺口部所在導(dǎo)葉盤盤面設(shè)置的導(dǎo)流面共同構(gòu)成過渡腔道，導(dǎo)流面外形呈弧面狀結(jié)構(gòu)，該弧面狀導(dǎo)流面的曲率中心位于導(dǎo)葉盤的反導(dǎo)葉所在端，且該弧面狀導(dǎo)流面由過渡腔道入水端至過渡腔道出水端曲率半徑逐步減小。本發(fā)明可減少在過渡段所出現(xiàn)的環(huán)流及流體碰撞和漩渦狀況，其能量損失可得到有效扼制，工作效能更高。
【IPC分類】F04D29/44, F04D29/66
【公開號(hào)】CN104912850
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510263165
【發(fā)明人】操松林, 薛勝雄, 韓彩紅, 任啟樂, 蘇吉鑫, 龐雷, 陳正文, 王永強(qiáng)
【申請(qǐng)人】合肥通用機(jī)械研究院
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月21日