带有进口扭曲副叶片的离心泵叶轮的制作方法

本发明涉及离心式水泵技术领域，特别涉及一种带有进口扭曲副叶片的离心泵叶轮。

背景技术：

离心式水泵是一种比转速相对较低的叶片泵，它具有流量小、扬程高的特点，广泛应用在农田灌溉、防洪排涝、市政供水、电厂水循环、化工、交通、水利工程等领域。一般情况下，由于离心泵叶轮呈扩散型，内部流场结构复杂，如图1所示，常伴随流动分离、旋涡、二次流和回流等流动现象，这些现象直接影响着离心泵内部流场分布并消耗着能量，同时产生的漩涡也可能堵塞了流道，最终导致离心泵效率降低。特别是在非设计工况下，这些不良流动会进一步加剧，同时诱导其他不稳定流动现象的产生，严重影响水泵系统的安全稳定运行。

将离心式水泵的叶片进口设计成空间扭曲型，能更好地适应叶轮进口的流动需要。通过流动控制的手段，并结合空间扭曲型叶片，设计一种在多工况运行条件下有效控制叶片表面边界层分离的离心泵叶轮，对于拓宽离心式水泵有效工况范围具有重要的应用价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术存在的技术问题，提供一种带有进口扭曲副叶片的离心泵叶轮，该离心泵叶轮可以有效控制多工况下离心泵叶片产生的流动分离，减小不稳定流动产生的阻力，提高离心式水泵的工作效率和运行稳定性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种带有进口扭曲副叶片的离心泵叶轮，包括与泵轴键连接的叶轮轮毂和均布于轮毂上的若干主叶片，其特征在于：所述轮毂上还设有数量与主叶片数量相等的进口扭曲副叶片。

所述进口扭曲副叶片与主叶片在结构上独立设计，而进口扭曲副叶片后缘与主叶片前缘在轴向有一定的重叠距离，在周向有一定的重叠角度，相邻副叶片和主叶片之间具有一定的间隙。

所述进口扭曲副叶片位于主叶片前缘的前方，进口扭曲副叶片与主叶片之间的相对位置(以叶片工作面为基准)，在轴向的两者重叠距离为0～10mm，在周向的两者重叠角度为5～20°，相邻副叶片和主叶片之间间隙大小1～10mm。

所述进口扭曲副叶片进口角度为20～40°。

所述主叶片的进口角度为25～50°。

本发明的进口扭曲副叶片的入流端的厚度小于或等于出流端的厚度，如有需要可进行空间倒圆角处理。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：

本发明将传统离心泵叶轮叶片的水力设计分为主叶片和进口扭曲副叶片，利用进口扭曲副叶片的引流、导流作用，使得主流通过进口扭曲副叶片后，沿叶片间间隙，以冲击较小的方式绕流主叶片，改善了叶片进口的流动，减小了叶片进口的排挤；同时流体沿着叶片间间隙，为主叶片吸力面补充能量，防止主叶片进口区域发生流动分离，并起到冲刷主叶片尾流区的作用，减小尾流区的能量损失。如图2所示，从本发明优选例子的流场可以看出，对于相同运行工况下的传统离心泵叶轮，采用本发明的离心泵叶轮，明显抑制了流道漩涡区的发展，对尾流区起到冲刷作用，从而降低了由于流动分离产生的能量损失，提高了叶片的工作效率，从而改善了离心式水泵的水力性能。

附图说明

图1是传统离心泵叶轮叶片尾流区出现漩涡分布的示意图。

图2是本发明的带进口扭曲副叶片离心泵叶轮抑制漩涡流场的示意图。

图3是本发明带有进口扭曲副叶片的离心泵泵叶轮一个优选例子的结构示意图。

图4是进口扭曲副叶片的设计过程示意图。

图5是进口扭曲副叶片和主叶片的三维造型图。

图6是应用本发明后的离心泵叶轮产品与原始叶轮三个流量下的汽蚀性能比较。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

参见图2、图3、图4和图5，本带有进口扭曲副叶片的离心泵叶轮，包括与泵轴键连接的叶轮轮毂3和均布于轮毂3上的若干主叶片8，其特征在于：所述轮毂3上还设有数量与主叶片数量相等的进口扭曲副叶片7。所述进口扭曲副叶片7与主叶片8在结构上独立设计，而进口扭曲副叶片7后缘与主叶片8前缘在轴向有设定的重叠距离，在周向有设定的重叠角度；相邻副叶片7和主叶片8之间具有设定的间隙。实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述进口扭曲副叶片位于主叶片8前缘的前方，进口扭曲副叶片7与主叶片8之间的相对位置，以叶片工作面为基准，在轴向的两者重叠距离为0～10mm，在周向的两者重叠角度为5～20°，相邻副叶片7和主叶片8之间间隙大小1～10mm；所述进口扭曲副叶片7进口角度为20～40°；所述主叶片8的进口角度为25～50°；所述的进口扭曲副叶片的入流端的厚度小于或等于出流端的厚度。

实施例三：

参见图3、图4和图5，进口扭曲副叶片离心泵叶轮，包括前盖板1、后盖板2、与泵轴键连接的轮毂3和均布于轮毂3上的主叶片8，主叶片8的数量可以为三、四片或其他数量，主要根据泵的设计要求来选定叶片数量。进口扭曲副叶片7位于主叶片8的前端，且两者在数量上相等。

本发明的叶轮可以为油脂砂、树脂砂或糊金砂铸造叶轮，或者精密铸造的叶轮，也可以为金属加工叶轮或者焊接叶轮。

主叶片8结构上可以通过对现成的叶片基础采用分割的方式进行设计，即适当缩短现成叶片长度，并适当调整其进口角度，从而形成新的叶轮主叶片。

进口扭曲副叶片7通过选择合适的副叶片包角、进口安放角、出口安放角，绘制三条空间流线，拟合生成扭曲副叶片工作面，对工作面加厚，最终生成与主叶片8之间形成一定空间间隙的进口扭曲副叶片。

进口扭曲副叶片7的参数选取范围：包角范围40～50°，进口安放角15～30°，出口安放角20～30°，进口扭曲副叶片7和主叶片8在轴向的两者重叠距离为0～10mm，在周向的两者重叠角度为5～20°，相邻副叶片和主叶片之间间隙大小1～10mm。通过参数化寻优，进行不同方案的组合。进口扭曲副叶片7的入流端的厚度小于或等于出流端的厚度，如有需要可进行空间倒圆角处理。通过对以上参数进行优选，选择例子，进行三维造型，其进口扭曲副叶片和主叶片三维造型如图5所示。

通过调整进口扭曲副叶片的进口安放角，以及与主叶片形成的间隙，能够有效抑制由于流体入流角度的变化而在叶片表面发展成边界层分离而形成漩涡区域，通过副叶片的引流以及间隙形成的射流，可以改善流体绕流叶片的形态，使得流动更为稳定，有效提高多工况下离心泵的水力性能。

从表1可以了解，将本发明—带有进口扭曲副叶片的离心泵叶轮应用于某离心泵产品上，在1450r/min的转速下，除小流量下个别工况点外，其余工况点扬程和效率都有所提高，高效区得到了大大拓宽。同时，表2是应用本发明后的离心泵产品在三个流量下的临界汽蚀余量(npshc)，从表2和图6可以看到应用本发明后离心泵产品的汽蚀性能也得到改善。

表1某离心泵和基于该叶轮进行设计的带有进口扭曲副叶片的离心泵性能数据对比

表2不同流量下两种叶轮的npshc值

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离发明精神和范围的前提下，本发明还会有所变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等同物界定。