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)段式多級離心泵的導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)設(shè)計領(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)段式多級泵，級間需要用導(dǎo)葉過渡，從而使流體從本級到下一級順利流動，以實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和回收，減少流動時能量損失。傳統(tǒng)的節(jié)段式多級泵用導(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)計技術(shù)已經(jīng)定型，并以鑄造工藝成熟而性價比高而應(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)計不足，流道受阻面眾多，受流體流動狀態(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)一步損失流體動能。通過CFD模擬計算，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，亦能保證流體運(yùn)動的順暢性，最終實現(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)明還對反導(dǎo)葉進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，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，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更不易產(chǎn)生旋禍，流體流動更順暢，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)號與本發(fā)明的結(jié)構(gòu)名稱對應(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
【具體實施方式】
[0019]為便于理解，此處結(jié)合圖2-4對本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及實施效果作以下進(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，同時該弧線可簡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，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，正流道的兩流道側(cè)壁中相對朝外的一側(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、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。實際制作時，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，從而確保其性價比。
[0022]本實施例中，在制作反導(dǎo)葉20時，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，此時部分動能轉(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)入下一級葉輪。在整個流動過程中，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，從而使得流體不再產(chǎn)生漩渦，也不會產(chǎn)生激烈的碰撞，其流動極為順暢，能量損失少，過流效果顯著。
【主權(quán)項】
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)段式多級離心泵的導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)設(shè)計領(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】CN104912850
【申請?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)
【申請人】合肥通用機(jī)械研究院
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月21日