一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵

本发明涉及低噪声离心泵，特指一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵，其可以被应用在离心泵、混流泵、轴流泵、离心风机、混流风机、轴流风扇等领域。

背景技术：

离心泵是靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵，启动时需要与电机连接带动叶轮和水高速运动，流体被甩向叶轮外缘，经泵壳流入水泵的压水管路。它是一种典型的旋转式水力机械，广泛应用于动力、水利、化工、军工、生物等诸多领域的液体输送过程中。离心泵流动诱导噪声是离心泵机组噪声测量和评估的关键。研究表明离心泵流动诱导噪声产生的重要因素是其内部非稳态流动诱发的流体激振力，主要来源是动静部件间的干涉作用。

针对泵内部流动诱导噪声的研究,国内外学者做了大量的数值计算及试验研究。simpson等通过对离心泵内部流动噪声机理的研究认为结构与流体的相互作用是泵内部流动噪声产生的主要原因。jiang等采用流体结构声学耦合的方法对五级离心泵蜗壳受迫振动和辐射噪声进行了预测。timushev提出基于声涡模式的三维数值算法求解泵内部声场,计算结果与试验吻合。吴仁荣通过对船用离心泵的噪声研究总结了离心泵振动噪声产生的因素。司乔瑞等通过数值模拟与试验,研究了不同工况下离心泵内部流动诱导噪声规律。谈明高、王勇等人研究了不同叶片形状对离心泵噪声的影响。

对于低噪声泵设计而言，相关研究的局限性较强，往往只能用于特定匹配特性的泵结构，无法形成普适的低噪声水力设计方法。因此合理的、具有普适性的离心泵叶轮水力设计对提高泵的能量性能和抑制非定常水力激励能量具有实际的工程应用价值。

技术实现要素：

为了进一步抑制其非定常内流诱发的激励能量，降低离心泵的振动，达到低噪声泵设计的目的。本发明提出一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵，泵的导叶和叶轮都被中间肋板分半隔开，并且前叶轮和后叶轮、前导叶体和后导叶体的叶片都错列一定角度。该设计的优点可以降低叶轮-导叶的动静干涉作用，降低流致压力脉动能量，达到低噪声设计的目的，此外，本发明的可操作性极强，具有良好的工程应用前景。

在本发明中，中间肋板处于叶轮及导叶的中心位置。叶轮中间肋板厚度取决于叶轮叶片厚度，该厚度为叶轮叶片厚度的0.5-1倍，通常直接用3-6mm。叶轮和导叶的中间肋板厚度一致，并且在一条轴线上。叶轮中间肋板的起始位置与叶轮中间流线长度l有关，从叶轮叶片进口流线起始，起始点可位于0-0.5l处，终止于叶轮出口，并且前叶轮叶片的中间流线长度与中间肋板长度一致。导叶中间肋板起始于叶片进口边，终止于叶片出口边。将叶轮叶片进行顺时针旋转，旋转角度θ取决于叶片数n，其取值范围为90/n-180/n。叶轮及导叶的叶片均固定在前后盖板上，导叶两列叶片错开一定角度α，α最佳角度范围与叶片数m有关，为90/m-180/m。该分半错列式离心泵结构，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，最终提高泵的运行效率及稳定性，达到提升泵性能及降低水力激励能量的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明的一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵轴面投影图。

图2为本发明的一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵平面投影图。

图3为本发明的一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵叶轮出口流道过流断面的平面展开图。

图4为本发明的一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵导叶出口流道过流断面的平面展开图。

图中各部件名称：1-前盖板；2-叶轮中间肋板；3-后盖板；4-前叶轮叶片；5-后叶轮叶片；6-叶轮叶片进口边；7-叶轮叶片出口边；8-前导叶叶片；9-后导叶叶片；10-导叶中间肋板；11-导叶进口；12-导叶出口。

具体实施方式

图1给出了一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵轴面投影图，由图可知：该离心泵叶轮及导叶具有中间肋板结构，即叶轮中间肋板2和导叶中间肋板10，叶轮中间肋板2和导叶中间肋板10均位于叶轮及导叶的前后盖板之间，处在叶轮及导叶流道的中心位置，叶轮中间肋板2和导叶中间肋板10分别将叶轮及导叶的叶片分成两个独立的部分前叶轮叶片4、后叶轮叶片5和前导叶叶片8、后导叶叶片9，叶轮中间肋板2起始于叶轮叶片中间流线的0.5l处，终止于叶片出口边7。由图2可知：叶轮独立的前叶轮叶片4和后叶轮叶片5旋转错列一定角度θ，本发明中叶轮叶片数为6，该夹角为30°，并且前叶轮叶片的中间流线长度与叶轮中间肋板2长度一致。导叶独立的两列叶片前导叶叶片8和后导叶叶片9旋转错列一定角度α，本发明中导叶叶片数为10，该夹角为15°。由图3可知：本发明中，叶轮叶片的平均厚度δ为5mm，叶轮中间肋板2的厚度b为3mm，即为叶轮叶片平均厚度的60％。由图4可知：本发明中，导叶叶片的平均厚度δ为5mm，导叶中间肋板10的厚度b为3mm，也为叶片平均厚度的60％。

综上所述，该离心泵的叶轮和导叶通过利用中间肋板分层的方式，达到两部分叶轮与两部分导叶错列布置的目的。叶轮与导叶的错列布置能够改善吸水室、叶轮和压水室这些过流部件的过流能力，使泵内部的流动更趋于均匀，提高泵运行效率。与此同时，这种错列布置结构也可以抑制叶轮与导叶、导叶与蜗壳之间的动静干涉作用，减少了由动静干涉作用产生的压力波叠加效应，降低压力脉动幅值，所以可以在一定程度上减弱泵运行时因为叶轮与导叶、导叶与蜗壳之间的动静干涉所产生的振动噪声，从而提高泵的运行稳定性。

技术特征：

1.一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵，包括叶轮及导叶，其特征在于，在叶轮及导叶的中心位置分别设有叶轮中间肋板和导叶中间肋板，位于叶轮及导叶的前后盖板之间；将叶轮分为前叶轮和后叶轮，将导叶分为前导叶和后导叶；前叶轮和后叶轮的叶片错列一定角度，前导叶和后导叶的叶片也错列一定角度。

2.如权利要求1所述的一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵，其特征在于，叶轮中间肋板厚度取决于叶轮叶片厚度，该厚度为叶轮叶片厚度的0.5-1倍，为3-6mm；叶轮和导叶的中间肋板厚度一致，并且在一条轴线上。

3.如权利要求1所述的一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵，其特征在于，叶轮中间肋板的起始位置与叶轮中间流线长度l有关，从叶轮叶片进口流线起始，起始点可位于0-0.5l处，终止于叶轮出口，并且前叶轮叶片的中间流线长度与中间肋板长度一致。

4.如权利要求1所述的一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵，其特征在于，导叶中间肋板起始于叶片进口边，终止于叶片出口边。

5.如权利要求1所述的一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵，其特征在于，前叶轮和后叶轮的叶片进行顺时针旋转形成错列角度，旋转错列角度θ取决于叶片数n，其取值范围为90/n-180/n。

6.如权利要求1所述的一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵，其特征在于，前导叶和后导叶的叶片的错列角度α与叶片数m有关，为90/m-180/m。

7.如权利要求1所述的一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵，其特征在于，叶轮及导叶的叶片均固定在前后盖板上。

技术总结
本发明涉及低噪声离心泵，特指一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵。本发明提出一种具有分层错列式叶轮及导叶组合结构的低噪声离心泵，泵的导叶和叶轮都被中间肋板分半隔开，并且前叶轮和后叶轮、前导叶体和后导叶体的叶片都错列一定角度。该设计的优点可以降低叶轮‑导叶的动静干涉作用，降低流致压力脉动能量，达到低噪声设计的目的，此外，本发明的可操作性极强，具有良好的工程应用前景。

技术研发人员：张宁;郑凡坤;高波;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