一种具有低噪声特性的分层错列导叶

本发明涉及一种具有低噪声特性的分层错列导叶，该设计方法可以被用在空间导叶设计，径向导叶设计，泵叶轮的设计，风机叶轮、导叶的设计，风扇设计，及其它领域。

背景技术：

导叶体也叫导流壳，被用于各种井用泵(深井泵、潜水泵)和导叶式混流泵，其内部流动复杂，是泵能量转换的重要环节。导叶起到把叶轮出口液体收集起来并送到下级叶轮进口或出口管路、转换速度能为压力能、消除速度环量的作用。非设计工况下，导叶叶片进口存在大量的回流和旋涡，内部流动复杂，尤其在空间导叶吸力面存在大量的二次流，产生较大的水力损失，影响泵的效率，资料表明导叶体中的水力损失占泵内水力损失的40％～50％，其是泵重要的流动损失源。与此同时，受叶轮和导叶动静干涉作用的影响，这些二次流、旋涡等现象更会加剧流体诱发的泵体振动，降低泵的运行稳定性。

目前针对导叶体的研究主要集中于叶片型线、几何参数、叶片数等参数的优化方面。例如黄辉等研究了导叶体的出口直径、叶片出口安放角对叶轮匹配特性及泵性能的影响。张德胜等研究了斜流泵导叶叶片数对泵性能及压力脉动的影响。周岭等对深井泵进行研究，分析了具有圆柱型和扭曲型两种不同叶片形式导叶体对泵性能的影响。目前的研究均以叶片沿圆周均匀布置的导叶体为研究对象，尚未从叶片的结构出发研究导叶性能，以进一步提高导叶体的效率及其与叶轮、压水室的匹配性能。因此打破传统设计对导叶体进行结构重构，对提高水力性能，降低叶轮-导叶的动静干涉作用，优化泵的振动噪声水平具有重要的工程意义。

技术实现要素：

本发明提出了一种具有低噪声特性的分层错列导叶，减弱了由动静干涉引起的振动噪声能量，达到低噪声泵设计的目的。

本发明与常规的均匀对称式导叶布置不同，将导叶叶片分为多层并错列一定角度，形成多层错列导叶。使叶轮扫略错列导叶时存在时差与相位差，抑制叶轮扫略导叶后产生的压力脉动能量，从而达到减弱动静干涉引起的振动噪声能量的目的，并提高泵的综合运行效率及稳定性。

本发明采用的技术方案如下：一种具有低噪声特性的分层错列导叶，由n1层叶片，n1-1个连接隔板(4)及盖板(2)组成导叶体，导叶体安装于叶轮(3)和蜗壳(5)之间。

在本发明中，通过n1-1个连接隔板将导叶叶片隔为n1个独立的部分，并以首层导叶为基准，逐层将导叶沿叶轮旋向旋转一定角度即错列角度θ，形成多层错列导叶。其相邻层间错列角度取决于分层数n1及导叶叶片数n2,其大小为θ＝360/n1n2。

分层数n1由叶轮出口宽度b2与比转速ns决定，可取2≤n1≤4。全部的导叶叶片数n2为3～20。其中连接隔板厚度b与叶片平均厚度δ有关，其取值范围为0.5δ～1.0δ。

当离心泵比转速10＜ns＜80时，导叶分层数取2。

当离心泵比转速80≤ns＜150时，导叶分层数取2＜n1≤3。

当离心泵比转速150＜ns＜300时，导叶分层数取2≤n1≤4。

在本发明中所当混流泵比转速300＜ns＜500时，导叶分层数取3≤n1≤4。

有叶片的进出口安放角、包角等结构参数相同。

本发明提供了一种具有低噪声特性的分层错列导叶，其具有以下技术优势：

本发明从改善流体流动规律出发，通过改变导叶与叶轮的匹配结构，重构导叶内复杂流动结构，使叶轮扫略导叶时产生相位差以及时间差，降低动静干涉产生的总体压力脉动能量，抑制动静干涉引起的振动噪声能量，达到低噪声设计的目的。

附图说明

图1是本发明的双层错列导叶示意图。

图2是本发明的双层错列导叶轴截面示意图。

图3是本发明的双层错列导叶出口流道展开示意图。

图4是本发明的双层错列导叶叶轮匹配三维模型示意图。

1错列导叶叶片，2盖板，3叶轮，4连接隔板，5蜗壳，6首层导叶叶片，7第二层导叶叶片。

具体实施方式

本发明提出了一种具有低噪声特性的分层错列导叶。该导叶由多层错列导叶叶片1与叶轮3形成新型匹配方式，从而一定程度上减弱了泵运行时由叶轮-导叶动静干涉所产生的振动噪声能量。下面参照附图对本发明的具体实施方式进一步详细说明。

如图1所示，本发明结构由2层错列导叶叶片1，1个连接隔板4及盖板2组成导叶体，导叶体安装于叶轮3和蜗壳5之间。该模型泵比转速为69属于低比转速，取分层数n1为2。如图1所示，本次具体实施中原导叶叶片数n2为10片，所以首层导叶叶片6与第二层导叶叶片7错列角度θ＝360/n1n2＝18°。图2所示为具体实施中双层导叶与叶轮匹配示意图，其中连接隔板处于导叶流道中心线处。如图3所示，隔板厚度b取1.0δ为3.5mm，将导叶流道均分，同时将导叶叶片分为首层导叶叶片6及第二层导叶叶片7，两层导叶错列角度为18°。在该具体实施中，所有导叶叶片的进出口安放角、包角等结构参数相同，其三维模型示意图如图4所示。

本发明从改善流体流动规律出发，对导叶结构进行了重新设计，改变导叶体与叶轮的匹配结构。重构导叶复杂流动结构，使叶轮扫略多层错列导叶时，产生一定的相位差，降低叶轮-导叶动静干涉产生的总体压力脉动能量，从而抑制动静干涉引起的振动噪声能量，达到低噪声设计的目的。

技术特征：

1.一种具有低噪声特性的分层错列导叶，包括导叶体，导叶体安装于叶轮和蜗壳之间，其特征在于，导叶体由n1层叶片，n1-1个连接隔板及盖板组成，通过n1-1个连接隔板将导叶叶片分隔为n1个独立的部分，并以首层导叶为基准，逐层将导叶沿叶轮旋向旋转一定角度即错列角度θ，形成多层错列导叶。

2.如权利要求1所述的一种具有低噪声特性的分层错列导叶，其特征在于，相邻层间错列角度θ取决于分层数n1及导叶叶片数n2,其大小为θ＝360/n1n2。

3.根据权利要求2所述的一种具有低噪声特性的分层错列导叶，其特征在于：分层数n1由叶轮出口宽度b2与比转速ns决定，取2≤n1≤4；全部的导叶叶片数n2为3～20。

4.根据权利要求3所述的一种具有低噪声特性的分层错列导叶，其特征在于：当离心泵比转速10＜ns＜80时，导叶分层数取2。

5.根据权利要求3所述的一种具有低噪声特性的分层错列导叶，其特征在于：当离心泵比转速80≤ns＜150时，导叶分层数取2＜n1≤3。

6.根据权利要求3所述的一种具有低噪声特性的分层错列导叶，其特征在于：

当离心泵比转速150＜ns＜300时，导叶分层数取2≤n1≤4。

7.根据权利要求3所述的一种具有低噪声特性的分层错列导叶，其特征在于：

当混流泵比转速300＜ns＜500时，导叶分层数取3≤n1≤4。

8.根据权利要求1所述的一种具有低噪声特性的分层错列导叶，其特征是：所有导叶叶片包括安放角和包角在内的结构参数相同。

9.根据权利要求1所述的一种具有低噪声特性的分层错列导叶，其特征是：该分层错列导叶结构适用于圆柱型径向导叶和扭曲型空间导叶的设计。

技术总结
本发明涉及一种具有低噪声特性的分层错列导叶。本发明与常规的均匀对称式导叶布置不同，将导叶叶片分为多层并错列一定角度，形成多层错列导叶。使叶轮扫略错列导叶时存在时差与相位差，抑制叶轮扫略导叶后产生的压力脉动能量，从而达到减弱动静干涉引起的振动噪声能量的目的，并提高泵的综合运行效率及稳定性。

技术研发人员：高波;王非凡;张宁;倪丹
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2021.05.17
技术公布日：2021.07.30