專利名稱：一種高效風能離心泵葉輪的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風能提水系統(tǒng)中的離心泵關鍵部件，特指一種高效風能離心泵葉輪。
背景技術：
風能離心泵系統(tǒng)是隨著風力發(fā)電技術的日趨成熟，快速發(fā)展起來的一種綠色新能源利用技術。由于風能離心泵工作時，它的運行工況是不斷變化的，而傳統(tǒng)離心泵設計只有一個最佳工況點，當其與風電系統(tǒng)匹配較差時，風能離心泵長時間運行在非設計工況下，致使高速時易發(fā)生氣蝕，小流量工況下易產(chǎn)生脫流、回流及二次流等不穩(wěn)定流動，從而產(chǎn)生流體誘導振動和噪聲，造成機組破壞和環(huán)境污染。因此，這就要求我們設計的風能離心泵能適應多工況下的運行條件，具有較高的揚程，尤其是在小流量工況下能運行穩(wěn)定并且效率較尚ο經(jīng)檢索，目前相關的申報專利有實用新型專利“低比轉數(shù)離心泵葉輪短葉片的偏置”(申請?zhí)?0214371. 9)，提出了將短葉片偏置在長葉片中及偏置比例，但這個專利技術沒有給出短葉片進出口合適的偏置角度及方向，沒有改變?nèi)~片出口的設計，不能保證低比轉數(shù)離心泵在小流量工況下能運行穩(wěn)定且具有較高揚程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足和風能離心泵匹配性能較差的問題，提供一種高效風能離心泵葉輪，改善低比轉數(shù)離心泵在小流量工況下內(nèi)部不穩(wěn)定流動給機組造成的破壞和環(huán)境污染，提高小流量工況下的效率。本發(fā)明的技術方案是主要由葉片和輪轂組成，前面設有葉輪前蓋板，后面設有葉輪后蓋板，葉片呈徑向輻射狀，其特征在于葉片由長、短葉片組成，長葉片進口安放角A1取 16 22度，長葉片出口邊設計為反向扭曲形狀，葉片出口安放角化為90度；短葉片布置在長葉片之間，短葉片進口直徑仏‘為長葉片進口直徑仏、葉片出口直徑込之和的0.4 0.6倍，短葉片進口安放角與長葉片進口安放角A1相同，進口處的周向位置偏向長葉片背面，偏置比例為0.6 1范圍內(nèi)，短葉片出口邊盡量放置于兩個長葉片的中間位置，短葉片出口邊設計為反向扭曲形狀，與長葉片一樣。本發(fā)明改變傳統(tǒng)葉片設計方法，將葉片出口設計為反向扭曲形狀，增大葉片出口角A2，并在長葉片中增加適當間隔和長度的短葉片。(1)長葉片進口部分形狀按照包角變換法設計，葉片進口安放角A工取16 22度； 葉片出口邊反向扭曲設計，使葉片出口安放角A2為90度。長葉片進口部分，葉片安放角β隨著包角Φ的增加線性增加，滿足以下關系 β=β,+ {β2 丨Φ/θ 丨
式中—葉片上距離進口邊包角為Φ時的葉片安放角，度； A1—葉片進口安放角，度； θ ‘ 一傳統(tǒng)設計下的葉片包角，度；β2 ‘ 一傳統(tǒng)設計下的葉片出口安放角，度。葉片出口邊反向扭曲設計取與葉輪同心的反向扭曲基準圓，其直徑込為葉片出口直徑込的0. 8 0. 9倍，按照包角變換法設計的葉輪長葉片與基準圓相交于一點，該點與軸心連線后反向延長，與葉片出口圓相交，按圓弧法作與葉輪長葉片及軸心連線延長線相切的弧線，得到葉片出口反向扭曲部分，并使得葉片出口安放角A2為90度。設計合適的葉片進口安放角可防止進口處相鄰葉片間的阻塞和降低水力損失，較大的出口安放角可以提高風能離心泵的揚程，本發(fā)明設計的葉片出口邊反向扭曲比傳統(tǒng)方法設計的復合葉輪揚程提高，比其他出口邊為90度直葉片的葉輪設計更符合葉輪內(nèi)部流態(tài)，減少了沖擊損失及沿程損失。(2)在長葉片中增加短葉片，短葉片進口直徑仏’為長葉片進口直徑仏、葉片出口直徑叢之和的0.4 0.6倍；短葉片進口安放角與長葉片進口安放角A1相同，進口處的周向位置偏向長葉片背面，偏置比例為0. 6 1范圍內(nèi)，且短葉片進口直徑仏‘越小，偏置距離就越小，極限情況就是長葉片數(shù)加倍；而短葉片出口邊盡量放置于兩個長葉片的中間位置。短葉片出口邊反向扭曲設計，與長葉片一樣。按照葉輪內(nèi)部流態(tài)情況及實際需要，可按上述方法在葉輪流道內(nèi)增加更多長短不一、間隔適當?shù)亩倘~片。由于滑移作用，葉輪流道內(nèi)靠近葉片背面的液流速度更大，本發(fā)明按照分流道內(nèi)的流量相等為目標，短葉片向長葉片背面偏置，選擇合適的短葉片進口直徑，同時，把短葉片出口邊放置于兩個長葉片的中部，短葉片向葉輪轉動方向偏轉了一定角度。這樣，不僅可以更好阻止由離心力和哥氏力形成的二次流，縮小甚至消除尾流區(qū)，而且可以使葉輪出口處的流速分布更均勻。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明設計的葉輪，因增加短葉片并向長葉片背面偏移，把短葉片出口邊放置于兩個長葉片的中部，有效地阻止了小流量工況下低比轉數(shù)風能離心泵渦流及脫流的產(chǎn)生和發(fā)展，較好地改善了葉輪流道內(nèi)液流擴散程度及葉輪出口處的流速分布；葉片出口邊反向扭曲的設計，有效提高了風能離心泵的揚程及效率。本發(fā)明適用于其他低比轉數(shù)離心泵。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明一個實施例的葉輪軸面剖視圖。圖2是同一個實施例的葉輪葉片示意圖(揭去葉輪前蓋板后從葉輪前蓋板朝葉輪后蓋板看)。圖中，1.葉輪前蓋板，2.葉輪后蓋板，3.輪轂，4.長葉片進口直徑仏，5.短葉片進口直徑々/，6.反向扭曲基準圓直徑久，7.葉片出口直徑込，8.長葉片工作面，9.長葉片背面，10.長葉片，11.葉片出口安放角A2,12.葉片進口安放角A1,13.短葉片，14.長葉片包角。
具體實施例方式圖1和圖2共同確定了這個實施例的葉輪形狀。葉輪由葉片和輪轂(3)組成，具有葉輪前蓋板(1)和葉輪后蓋板(2)，是一種閉式葉輪。葉片由長葉片(10)、短葉片(13)組成，長葉片(10)有4個，較大的凸面為長葉片工作面(8)，較大凹面為長葉片背面(9)，短葉片(13)也有4個。本實施例把長葉片(10)進口部分按照包角變換法設計，葉片進口安放角A1 (12)取16 22度，葉片安放角A隨著包角Φ的增加線性增加，滿足以下關系 β=β,+ {β2 丨Φ/θ 丨
然后進行長葉片(10)出口邊反向扭曲設計，取與葉輪同心的反向扭曲基準圓直徑久 (6)為葉片出口直徑込(7)的0.8 0.9倍，按照包角變換法設計的葉輪長葉片(10)與基準圓相交于B點，B點與軸心連線后反向延長，與葉片出口圓相交于A點，按圓弧法作與葉輪長葉片(10)及AB連線相切的弧線AC，得到葉片出口反向扭曲部分，并使得葉片出口安放角β2 (11)為90度。在長葉片(10)中增加短葉片(13)，短葉片進口直徑A ’ (5)為長葉片進口直徑 D1 (4)、葉片出口直徑叢(7)之和的0.4 0.6倍；短葉片進口安放角與長葉片進口安放角/^ (12)相同，進口處的周向位置偏向長葉片背面(9)，偏置比例為0.6 1范圍內(nèi)，短葉片進口直徑仏‘(5)越小，偏置距離就越小，極限情況就是長葉片(10)數(shù)量加倍；而短葉片(13)出口邊盡量放置于兩個長葉片(10)的中間位置。短葉片出口邊反向扭曲設計， 與長葉片一樣。按照葉輪內(nèi)部流態(tài)情況及實際需要，可按上述方法在葉輪流道內(nèi)增加更多長短不一、間隔適當?shù)亩倘~片。這樣的設計能有效阻止小流量工況下低比速風能離心泵渦流及脫流的產(chǎn)生和發(fā)展，使葉輪出口處的流速分布更均勻，在提高揚程系數(shù)的同時，盡量減少出口沖擊損失。
權利要求
1.一種高效風能離心泵葉輪，由葉片和輪轂組成，前面設有葉輪前蓋板，后面設有葉輪后蓋板，葉片呈徑向輻射狀，其特征在于，葉片由長、短葉片間隔布置組成，長葉片進口安放角A1取16 22度，長葉片出口邊為反向扭曲形狀，葉片出口安放角A2為90度；短葉片進口直徑仏‘為長葉片進口直徑A、葉片出口直徑叢之和的0. 4 0. 6倍，短葉片進口安放角與長葉片進口安放角A1相同，短葉片進口處的圓周方向位置偏向長葉片背面，偏置比例為0. 6 1范圍內(nèi)，短葉片出口邊放置于兩個長葉片的中間位置，短葉片出口邊與長葉片一樣為反向扭曲形狀。
2.如權利要求1所述的一種高效風能離心泵葉輪，其特征在于，所述長葉片進口部分，葉片安放角β隨著包角Φ的增加線性增加，滿足以下關系β=β,+ {β2 丨Φ/θ 丨式中—葉片上距離進口邊包角為Φ時的葉片安放角，度；A1—葉片進口安放角，度；θ ‘ 一傳統(tǒng)設計下的葉片包角，度；β2' 一傳統(tǒng)設計下的葉片出口安放角，度；葉片出口邊反向扭曲設計取與葉輪同心的反向扭曲基準圓，其直徑久為葉片出口直徑叢的0. 8 0. 9倍，按照包角變換法設計的葉輪長葉片與基準圓相交于一點，該點與軸心連線后反向延長，與葉片出口圓相交，按圓弧法作與葉輪長葉片及軸心連線延長線相切的弧線，得到葉片出口反向扭曲部分，并使得葉片出口安放角A2為90度。
3.如權利要求2所述的一種高效風能離心泵葉輪，其特征在于，在葉輪流道內(nèi)增加短葉片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效風能離心泵葉輪，屬于風能提水系統(tǒng)中的離心泵主要部件。本發(fā)明長葉片進口部分形狀按照包角變換法設計，葉片出口邊反向扭曲設計，使葉片出口安放角β2為90度。在長葉片中按照一定的偏置比例、進口直徑、出口邊位置增加短葉片，短葉片出口邊反向扭曲設計。本發(fā)明不僅有效地阻止了小流量工況下低比轉數(shù)風能離心泵渦流及脫流的產(chǎn)生和發(fā)展，改善了葉輪流道內(nèi)液流擴散程度及葉輪出口處的流速分布，還提高了風能離心泵的揚程及效率。主要適用于低比轉數(shù)離心泵。
文檔編號F04D29/24GK102562651SQ201210058810
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權日2012年3月8日
發(fā)明者周嶺, 張華 , 徐焰棟, 施衛(wèi)東, 李偉, 蔣小平, 陸偉剛 申請人:江蘇大學