一种错列分层式非均匀对称的导叶结构

本发明涉及一种错列分层式非均匀对称的导叶结构，其可以被应用在正反导叶、径向导叶、空间导叶的设计中，该分层设计方法也可以应用在叶片式流体机械叶轮的设计中，包括叶片泵、风机、风扇等领域。

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，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。

目前针对导叶结构的研究主要集中于叶片型线、几何参数、叶片数等因素的优化方面，均以叶片沿圆周均匀布置的导叶体为研究对象，尚未从叶片的布置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，对提高泵的运行稳定性具有重要的工程意义。

技术实现要素：

为了进一步提高泵的能量性能，并抑制其非定常内流诱发的激励能量，本发明提出了一种错列分层式非均匀对称的导叶结构，该导叶结构简单、合理、可操作性强，可以有效地降低叶轮-导叶的动静干涉作用，进一步提升泵运行的平稳性。

本发明提出一种错列分层式非均匀对称的导叶结构，该导叶结构设有中间肋板，其位于导叶前、后盖板中间，将叶片分成两个独立部分叶片a和叶片b，位于中间肋板两侧，通过旋转将叶片a和叶片b错开成特定角度β，该角度与导叶叶片数z有关，其取值范围为90°/z～180°/z；错列分层的两部分叶片均沿圆周方向非均匀对称布置，以第一片叶片为起点，沿叶轮旋转方向，第一片叶片的出口边所在半径和垂直中心线之间夹角为α，α最佳安放角度为0～15°，导叶叶片数为4～20。其余叶片出口边所在半径与上级叶片出口边所在半径的夹角θi符合周期性三角函数变化关系，即θi＝θ+a×sin(iθ)，i为奇数；θi＝θ+a×cos(iθ)，i为偶数；且所有叶片夹角之和为360°；通过中间肋板及叶片旋转错列后，最终形成独特的错列分层式非均匀对称的导叶结构。

导叶叶片a固定在导叶后盖板上，导叶叶片b固定在导叶前盖板上。

所述中间肋板位于导叶流道的中心，其起始于叶片进口边，终止于叶片出口边。

所述中间肋板的厚度与叶片平均厚度有关，其取值范围为叶片平均厚度的0.5～1.0倍。

所述夹角θi变化符合正弦、余弦函数，计算公式如下：

θi＝θ+a×sin(iθ)(i为奇数)；θi＝θ+a×cos(iθ)(i为偶数)；∑θi＝360°。

其中：θ为给定叶片数条件下，导叶叶片沿圆周均匀对称布置角度；θi为叶片非线性对称布置角度；a为均匀对称布置与非线性对称布置角度变化最大值，其取值范围为5～15°；i为叶片次序。

所述导叶叶片的进出口包括安放角、包角在内的结构参数均相同。

所述的错列分层式非均匀对称的导叶结构适用于圆柱型径向导叶和扭曲型空间导叶。

本发明提供了一种错列分层式非均匀对称的导叶结构，其具有以下技术优势：可以有效地降低叶轮-导叶的动静干涉作用，并一定程度上减弱泵运行时由叶轮导叶动静干涉所产生的振动噪声，同时可以有效地提升导叶出口的流动均匀性，降低水力损失，最终提高泵的运行效率及稳定性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明的导叶结构轴面投影图。

图2为本发明的非均匀对称布置导叶轴截面示意图。

图3为传统叶片布置的导叶轴截面示意图。

图4为本发明的导叶出口流道过流断面的平面展开图。

1.前盖板；2.后盖板；3.叶片进口边；4.叶片出口边；5.中间肋板；6.叶片a；7.叶片b。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，本发明的目的和效果将更加明显，所描述的实施例为本发明的部分实施例，不代表全部实施例，对此发明内容作的非本质的改进均属于本发明保护的范围。

为使本发明目的、特征、优点能更直观的展现出来，下面将结合附图和具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，本发明导叶结构具有中间肋板5结构，位于前盖板1和后盖板2之间，位置处于导叶流道的中心处，该中间肋板5起始于叶片进口边3，终止于叶片出口边4。

如图2所示，中间肋板5将叶片分成两个独立部分叶片a6和叶片b7，导叶的分层数为2层，当然根据实际应用情况，导叶的分层数可以为2～4层，3层和4层，中间肋板5就分别需要两个、三个。通过旋转将叶片a6和叶片b7错开成特定角度，本实施例导叶叶片数为10，该角度为18°。错列分层的叶片a6和叶片b7均沿圆周方向非均匀对称布置，以叶片a6为例，以第一片叶片为起点，沿叶轮旋转方向，叶片出口边所在半径与垂直中心线的夹角α为8°，相邻叶片出口边所在半径夹角θi按正弦函数关系变化，且所有夹角之和为360°，本实施例中取最大角度变化δθ为10°。所有叶片的进出口安放角、包角等结构参数相同。相邻叶片出口边所在半径夹角按正弦函数关系变化，该函数如下式：

θi＝36+10×sin(36*i)(i＝1～10，i为奇数)；

θi＝36+10×cos(36*i)(i＝1～10，i为偶数)；

本实施例导叶叶片不同角度具体如下：

如图3所示，传统的叶片布局，导叶叶片沿圆周均匀布置，相邻叶片的夹角均为36°。

如图4所示，本方案中，叶片的平均厚度δ为5mm，中间肋板5的厚度b为3mm，即为叶片平均厚度的0.6倍。

综上所述，通过改变导叶叶片之间的角度并错列分层布置，可以使从叶轮流出的流体被分成两层或多层具有不同相位的流体，良好的导叶叶片角度与错列分层布置，可以达到相消干涉的作用，从而有效地降低叶轮-导叶的动静干涉作用和导叶-蜗壳(或出口管)的干涉作用，一定程度上可以减弱泵运行时由叶轮导叶动静干涉所产生的振动噪声，同时也可以有效地提升导叶出口的流动均匀性，降低水力损失，最终提高泵的运行效率及稳定性。

在本发明中，所提到的实施例仅为针对此优化方案的一种方案，并非对本发明的范围进行限定，并不指示所述元件等必须有特定的位置及构造，不能理解为对本发明的限制，对于本发明的修改亦或是替换，不脱离本发明的宗旨及范畴，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。