一种低比转速降噪圆柱叶片的制作方法

本结构设计应用领域为叶片式水力旋转机械的叶片表面降噪优化，具体针对于低比转速叶轮圆柱叶片。

背景技术：

低比转速叶轮的扬程高，流量小，效率较低，同时由于过流面积的扩散容易发生流动分离，形成较为强烈的涡流的形成及耗散，诱导压力脉动，从而造成较为强烈的水力噪声，同时也会带来能量的损耗，进而造成一定的水力损失，对叶轮的工作效率也有一定的降低，这些现象在小流量工况下尤为明显。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述现有的技术不足，提供一种低比转速圆柱叶片表面优化结构设计方法。本发明所提供的鹰翅膀仿生结构，可在生产成本增加的不多的情况下，很有效果地改善低比转速离心泵的水力性能和噪声优化。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种低比转速降噪圆柱叶片，包括基础低比转速圆柱叶片，在基础的圆柱叶片表面加以尺寸与鹰翅膀上的条纹结构参数匹配的若干个条纹状结构。

以上述的条纹状结构间隔性地对叶片进行与鹰翅膀沟槽凹凸结构相关参数匹配的深度的切削，从而在叶片表面形成有间隔性的沟槽凹凸结构。

本发明的原理是:通过在低比转速圆柱叶片表面增加条纹状凹凸结构来改善流体在叶片表面的流动情况，从而降低噪声，提高水力性能。相对于原叶片，仿生优化后的叶片表面具有非光滑形态，并且这些结构的走向和水在叶片表面的流动方向一致，这种条纹状结构可以改变叶片表面流体的流动状态，起到导流作用，促使叶片表面的流体从紊流状向层流状转变，进而减小了紊流气体产生的涡流噪声和脉动压力噪声。

附图说明

图1是本发明中在具体实施案例中所用的基础低比转速圆柱叶轮三维图；

图2是本发明在具体实施中的三维效果示意图；

图3本发明在具体实施之后的三维效果图的局部放大示意图；

图4是本发明在具体实施之后的其中一个叶片的立体示意图；

图5是本发明在具体实施之后的其中一个叶片的轴面横截面的二维图以及轴面投影示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施例进一步阐述本发明。

实施例1：例1的基础圆柱叶片如图1的三维图所示，根据计算测量可得该基础叶片的面积s＝15000mm²。

鹰翅膀上的条纹形状参数具体如表1所示

表1

根据几何相似的原理，得出以下几个公式:

式中：

s-叶片的表面面积(mm²)

h-叶片表面条纹切削的的高度(mm)

b-叶片表面条纹切削的宽度(mm)

c-叶片表面需要切削的条纹间距(mm)

具体的参数所代表的含义如图4所示。

结合实例1的几何参数与鹰翅膀上条纹形状的参数以及几何相似原理得出的公式可以算出，实例1的叶片仿生优化条纹状结构的参数，h＝1.3，b＝3.7mm，c＝7mm，即在叶片表面的条纹状结构为切削宽度为3.7mm,切削的沟槽间隔为7mm，切削的深度为1.3mm，并且加工后的叶片如图2和图3以及图4所示。

本发明借鉴了鹰翅膀的非光滑的条纹状凹凸结构，并结合了几何相似原理来设计出了计算叶片表面加工的条纹状结构的参数b和c，以及在叶片表面切削的深度h的相关公式，从而得出在低比转速圆柱叶片仿生优化的沟槽凹凸结构的具体几何参数，进而完成整个叶片的降噪优化。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明的保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：

技术总结
一种低比转速降噪圆柱叶片，主要应用于离心泵低比转速圆柱叶片。低比转速叶轮扬程高，流量小，效率较低，同时由于过流面积的扩散容易发生流动分离，形成较为强烈的涡流的形成及耗散，诱导压力脉动，水力噪声较大，在小流量工况条件下尤为明显。在本发明中，采用通过鹰翅膀的生物学特性对叶片表面进行优化，借鉴鹰翅膀上的条纹状的沟槽凹凸结构来改变圆柱叶片的表面光滑形状，以条纹沟槽凹凸结构起到导流作用，将通过叶片表面的无规律的湍流改变为规律的湍流，进而减少叶片表面的涡流脱离而激发的压力脉动和涡流噪声。

技术研发人员：王维军;刘敏
受保护的技术使用者：江苏大学镇江流体工程装备技术研究院;江苏大学
技术研发日：2018.08.28
技术公布日：2019.01.25