一种混流泵失速工况叶轮尾迹涡耗散装置

本发明属于流体机械(泵)内部流动技术领域，尤其是涉及一种混流泵失速工况叶轮尾迹涡耗散装置。

背景技术：

混流泵是一种比转速介于离心泵和轴流泵之间泵型，它具有轴向入流，斜向出流的特点。随着混流泵在污水处理、防洪排涝和农田灌溉等领域的广泛应用，对其性能的要求也逐渐提高。但由于混流泵设计理论还不够完善，目前还没有能力设计出一种在全流量工况下效率均处于最高值的混流泵。在一般情况下，当混流泵流量工况偏离设计点时，泵效率均会降低。特别是随着流量工况减小时，混流泵的效率会随之下降，而扬程却增加。但当混流泵的流量工况减小到在某段范围时，混流泵的流量-扬程曲线也会出现随流量减小而减小的现象，即“旋转失速”现象。在这期间，混流泵内部的流场非稳态流动增加，非定常特性更加明显，整个机组会出现异常振动和噪声，严重威胁这运行的安全。经过众多学者的研究发现，在失速工况时，混流泵叶轮和导叶内部的涡致能量损失增多，是导致泵扬程急剧减小的“元凶”。而在叶轮中主要是由于失速涡、轮缘泄漏涡的影响，而在导叶中则是由于叶轮尾迹涡和回流涡的影响。因此，为了提高混流泵在失速工况的稳定性，减小上述涡结构对流场的影响，有必要开发一种装置或结构消除或减弱混流叶轮和导叶内众多涡结构对流场的负面影响。

经检索，申请号为cn201820156382.0的专利通过向导叶体内部注水孔内注入高压水，然后高压水沿导叶吸力面的射流孔射流进入导叶叶片间到达流道内，进入导叶叶片间的射流打散了失速涡，但该种方式只适合导叶叶片厚度较厚的泵，且其是为了消除导叶内的失速涡，对于叶轮尾迹产生的涡结构无法有效地改善。

经检索，目前针对失速工况下混流泵叶轮尾迹涡的改善或消除还未有相关的申请专利及文献。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提出了一种混流泵失速工况叶轮尾迹涡耗散装置，通过在导叶流道中设置叶轮尾迹涡耗散装置，使得叶轮尾迹涡提前耗散从而达到改善混流泵导叶内流场的方式。

本发明所采用的技术方案如下：

一种混流泵失速工况叶轮尾迹涡耗散装置，包括导叶片和尾迹涡耗散装置；由n个均匀分布的导叶片将泵内部均匀分为n条导叶流道；在每条导叶流道内均设置尾迹涡耗散装置，尾迹涡耗散装置的一端固定连接泵体内壁，故每个尾迹涡耗散装置位于导叶流道的中上部，且不占用下方的导叶流道；尾迹涡耗散装置上设有耗散孔对，利用耗散孔对耗散叶轮尾迹涡的能量。

进一步，尾迹涡耗散装置包括固定部和作用部；在所述作用部设置耗散孔对，用于耗散叶轮尾迹涡的能量；所述固定部沿作用部的弦长边垂直设置，利用紧固件将固定部与泵的外壳体固定连接。

进一步，在相邻两片导叶片之间，与其中一片导叶片的压力面相对的是尾迹涡耗散装置的凹面，与另一片导叶片的吸力面相对的是尾迹涡耗散装置的凸面。

进一步，尾迹涡耗散装置的凹面与凹面相对的压力面之间的距离l1、凸面与凸面相对的吸力面之间的距离l2均小于10％的导叶流道宽度。

进一步，在尾迹涡耗散装置的作用部上沿径向开设多列通孔组；同一列通孔组中所有的通孔朝同一方向设置，相邻两列通孔组内的通孔方向相反，如此间隔设置。

进一步，相邻两列通孔组中相互靠近的通孔组成一个耗散孔对，且组成耗散孔对的两个通孔的中轴线相交于尾迹涡耗散装置的凸面；且中轴线的夹角为锐角。

进一步，尾迹涡耗散装置上的通孔直径相同。

进一步，每个耗散孔对中两个通孔之间的间隔不超过3倍的通孔直径，相邻耗散孔对之间的间隔不大于通孔直径。

进一步，所述尾迹涡耗散装置的作用部沿主流方向等厚分布，且厚度不小于5mm。

进一步，在安装时，尾迹涡耗散装置的进口边与导叶片的进口边齐平，或者尾迹涡耗散装置的进口边的轴面投影落在距离导叶片的进口边至20％导叶片弦长范围内。

本发明的有益效果：

本发明所述的一种混流泵失速工况叶轮尾迹涡耗散装置，通过在导叶流道中设置叶轮尾迹涡耗散装置，在尾迹涡耗散装置上加工出成对的通孔形成耗散孔对；利用耗散孔对将叶轮尾迹涡的能量提前耗散，从而避免了其对导叶内流场的影响，改善了失速工况下混流泵导叶内的流场结构，提高了混流泵在偏离设计流量工况下的效率，扩大了混流泵的流量工作区间。

附图说明

图1为本发明混流泵失速工况叶轮尾迹涡耗散装置的总示意图。

图2为本发明混流泵失速工况叶轮尾迹涡耗散装置的尾迹涡耗散装置结构放大图。

图3为本发明混流泵失速工况叶轮尾迹涡耗散装置的尾迹涡耗散装置的a向剖视图。

图4为本发明混流泵失速工况叶轮尾迹涡耗散装置的组装示意图。

图5为本发明混流泵失速工况叶轮尾迹涡耗散装置的轴视图。

图中：1、导叶轮毂，2、导叶片，3、尾迹涡耗散装置，4、螺纹孔，5、a通孔，6、b通孔，7、耗散孔对，8、叶轮，9、c通孔，10、凸台，11、外壳体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

一种混流泵失速工况叶轮尾迹涡耗散装置，包括导叶片2、尾迹涡耗散装置3和外壳体11。导叶轮毂1上均布有n个导叶片2；导叶片2将泵内部均匀分为n条流道；在由导叶片2划分出的每条流道内均设置尾迹涡耗散装置3，如图5所示。尾迹涡耗散装置3固定安装在外壳体11内部，尾迹涡耗散装置3位于流道的中上部，且不占用下方的流道。尾迹涡耗散装置3的径向高度不超过1/2的导叶片2的高度。

更具体地，尾迹涡耗散装置3的结构如图2所示，尾迹涡耗散装置3包括固定部和作用部。作用部用于耗散叶轮尾迹涡的能量；固定部沿作用部的弦长边垂直设置，固定部用于将尾迹涡耗散装置3固定安装在泵腔内。

如图1和4所示，尾迹涡耗散装置3的作用部沿主流方向等厚分布，且厚度不小于5mm。在相邻两片导叶片(如图5的叶片a和叶片b)之间，与其中一片导叶片(叶片a)的压力面相对的是尾迹涡耗散装置的凹面，与另一片导叶片(叶片b)的吸力面相对的是尾迹涡耗散装置的凸面。与导叶片2压力面相对的是尾迹涡耗散装置3的凹面，与导叶片2吸力面相对的是尾迹涡耗散装置3的凸面。且凹面与凹面相对的压力面之间的距离l1、凸面与凸面相对的吸力面之间的距离l2均小于10％的流道宽度。

如图2在尾迹涡耗散装置3的作用部上沿径向(图2虚线箭头)开设多列通孔组；同一列通孔组中所有的通孔朝同一方向设置，相邻两列通孔组内的通孔方向相反，如此间隔设置。如图3，最左侧第一列通孔组中是b通孔6，右侧相邻的一列通孔组中是a通孔5；相邻两列通孔组中相互靠近的a通孔5和b通孔6组成一个耗散孔对7。每个耗散孔对7中a通孔5的中轴线与b通孔6的中轴线在尾迹涡耗散装置3的凸面相交形成夹角θ，且夹角θ为锐角。由于耗散孔对7的存在，流体经过耗散孔对7后发生交互，可以实现部分能量的消耗。虽然a通孔5和b通孔6的方向不同，但是a通孔5和b通孔6的直径相同。每个耗散孔对7中的a通孔5和b通孔6在凹面上的距离l不超过3倍的所述通孔a5(或通孔b6的直径)。相邻耗散孔对7之间的间隔不大于通孔a5(或通孔b6的直径)。所述耗散孔对7沿圆周方向也均匀分布，且要保证距导叶中心线最短距离的每个耗散孔对7，即尾迹涡耗散装置3最底部的耗散孔对7(如图2中虚线框所示位置的耗散孔对7)之间的间隔不大于所述通孔a5或通孔b6的直径，目的是为了保证最底部耗散孔对7中的a通孔5和b通孔6不能重合。作用部的周向投影的型线为直线或者曲线。

尾迹涡耗散装置3的固定部沿主流方向等厚分布，但固定部的厚度要大于作用部的厚度。尾迹涡耗散装置7的固定部沿着圆周方向上开设有螺纹孔4，在外壳体11与固定部对应的位置开设有通孔c9。同时，在外壳体11通孔的外侧加工有凸台10，以便将固定部和外壳体11通过螺栓固定。

关于尾迹涡耗散装置3的安装位置，要保证尾迹涡耗散装置3的进口边与导叶片2的进口边齐平，或者尾迹涡耗散装置3的进口边的轴面投影落在距离导叶片2的进口边至20％导叶片2弦长范围内。当每个导叶内都安装好所述尾迹涡耗散装置3后，需保证每个尾迹涡耗散装置3的轴面投影图互相重合。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。