一种高流通性能的低噪离心泵叶轮叶片的制作方法

本发明属于离心泵叶轮技术领域，涉及一种高流通性能的低噪离心泵叶轮叶片。

背景技术：

泵被称为现代工业的心脏，被广泛应用于农业、化工、矿业和冶金、电力、国防军工、城市市政等行业，是国名经济中应用最广泛的通用机械。其工作原理是叶轮旋转使泵内的流体做离心运动获得离心力并做功，产生能量进而进行工作的。优点有结构简单、体积小、流量稳定、易于制造和维护，因此广泛的应用于工业、农业、化工等行业中，其耗能约为全国发电量的3/20。

在如今的技术背景下，在小流量工况运行时，离心泵叶轮叶片吸力面流道内容易出现涡流、回流等不良流态，当涡流产生后，会与水流发生撞击并诱发涡流、回流等不利流动，从而使离心泵的工作效率降低，同时撞击还会带来噪声和振动等问题，长期使用还会有叶轮断裂的可能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高流通性能的低噪离心泵叶轮叶片，解决了现有技术中离心泵在小流量工况下叶轮叶片吸力面存在的脱流、回流等不良流态的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种高流通性能的低噪离心泵叶轮叶片，包括叶片本体，叶片本体头部设置为整流段，整流段的吸力面流线呈两端设置有过渡曲线的切割圆弧，过渡曲线为较靠近叶片本体头端的过渡曲线a和较靠近叶片本体尾端的过渡曲线b，过渡曲线a和过渡曲线b均为二阶贝塞尔曲线，叶片本体尾部边缘设置有波形为正弦波的尾缘凹槽，尾缘凹槽正弦波所在平面为叶片边缘所在平面的法平面。

本发明的特点还在于，

切割圆弧为劣弧，切割圆弧圆心与叶片本体包角的顶点重合。

切割圆弧的半径R与离心泵叶轮进口的直径D的关系为0.15D≤R≤0.2D。

过渡曲线的长度Li与叶片本体骨线长度L的关系为：0.05L≤Li≤0.15L，其中i＝1，2，i＝1表示过渡曲线a，i＝2表示过渡曲线b。

尾缘凹槽正弦波的周期为2～4个。

尾缘凹槽正弦波振幅为1/2h，相邻波峰与波谷间的距离为l，间距l的长度与叶片本体高度H的关系为：0.02H≤l≤0.04H，幅值h长度取值为：2/3l≤h≤l。

本发明的有益效果是：

本发明一种高流通性能的低噪离心泵叶轮叶片，通过在叶片吸力面进行切割形成整流段，改善了小流量工况下叶片吸力面存在的脱流、回流等不良流态；离心泵叶轮进口来流通过叶片整流段时，切割引起的凹面弧线内形成小漩涡，依照原吸力面流线流动所形成的的较大涡流被打散，改变了叶轮进口处原有流态，扩大了离心泵叶轮流道的过流面积，提高了流通能力，使流体在叶轮内的流动更加稳定，离心泵可以更高效的运行；流体经过叶片尾部边缘时，会产生脱落、回流现象，正弦波形的尾缘凹槽能够将脱落涡分解打散，使得在小流量工况下叶轮流道内的脱落涡明显减少，在加强流通能力的同时很大程度上解决了涡流带来的效率降低、噪音以及叶片磨损问题，进一步提高了离心泵的内外特性。

附图说明

图1是本发明一种高流通性能的低噪离心泵叶轮叶片的结构示意图；

图2是本发明一种高流通性能的低噪离心泵叶轮叶片整流段的局部结构示意图；

图3是本发明一种高流通性能的低噪离心泵叶轮叶片的尾缘凹槽的正视图；

图4是现有技术的离心泵叶轮叶片结构示意图；

图5是现有技术的离心泵叶轮流道内部流线分布图；

图6是应用本发明的离心泵叶轮流道内部流线分布图。

图中，1.叶轮本体，2.整流段，2-1.切割圆弧，2-2.过渡曲线a，2-3.过渡曲线b，3.尾缘凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种高流通性能的低噪离心泵叶轮叶片，如图1所示，包括叶片本体1，叶片本体1头部设置为整流段2，整流段2的吸力面流线呈两端设置有过渡曲线的切割圆弧2-1，叶片本体1尾部边缘设置有波形为正弦波的尾缘凹槽3。

如图2所示，切割圆弧2-1为劣弧，切割圆弧2-1圆心与叶片本体1包角的顶点重合。切割圆弧2-1的半径R与离心泵叶轮进口的直径D的关系为：0.15D≤R≤0.2D，切割圆弧2-1的切割发生于整个叶片高度。

过渡曲线为较靠近叶片本体1头端的过渡曲线a2-2和较靠近叶片本体1尾端的过渡曲线b2-3，过渡曲线a2-2和过渡曲线b2-3均为二阶贝塞尔曲线。过渡曲线的长度Li与叶片本体1骨线长度L的关系为：0.05L≤Li≤0.15L，其中i＝1，2，i＝1表示过渡曲线a2-2，i＝2表示过渡曲线b2-3。

尾缘凹槽3正弦波所在平面为叶片边缘所在平面的法平面，尾缘凹槽3正弦波的周期为2～4个。如图3所示，尾缘凹槽3正弦波振幅为1/2h，相邻波峰与波谷间的距离为l，间距l的长度与叶片本体高度H的关系为：0.02H≤l≤0.04H，幅值h长度取值为：2/3l≤h≤l。

本发明一种高流通性能的低噪离心泵叶轮叶片的工作原理和过程具体如下：

工作时，离心泵逆时针旋转，流体跟随叶片本体1一起旋转进入后盖板，流体产生离心运动，在小流量工况运行下运行时，相邻叶片本体1之间会由于失速现象在叶片本体1进口处(头端处)会出现回流区域，尾部出现脱落涡，水流在叶片本体1整流段2-1时，切割圆弧2-1内形成小漩涡，原流道内较大涡流被打散，改变了叶轮进口处原有流态，扩大了离心泵叶轮流道的过流面积，提高了流通能力，有效阻止进口处不稳定流动的现象。当水流流经至叶片本体1出口处(尾端处)时，会产生脱落涡，尾缘凹槽3的正弦波形边缘能够延缓叶片1上一流道的尾迹进入下一流道，并随水流带入到下一流道出口形成高压区，提高了叶片本体1吸力面压力，同时起到将脱落涡分解打散的作用，使得在小流量工况下叶轮流道内的脱落涡明显减少。

为验证本发明一种高流通性能的低噪离心泵叶轮叶片的流通性能，将其与现有离心泵叶轮叶片进行比较，现有离心泵叶轮叶片如图4所示。设置相同参数如下：选用流量Q＝15m³/h，转速n＝3000r/min，扬程H＝17m的低比转速离心泵；叶轮进口直径D1＝50mm，叶轮出口直径D2＝115mm，叶片出口宽度b2＝9.2mm，叶片包角Φ＝95°。在保证其他几何结构不变的情况下，本发明设置整流段2和尾缘凹槽3，其几何参数设置如下：R＝0.2D；Li＝0.1L；l＝0.4H；h＝0.7l。

在相同的运行工况下，现有离心泵叶轮叶片和本发明的离心泵叶轮叶片内部流道流线分布分别图5和图6所示，图5中，在叶片头部进口处存在大量涡流，在叶片尾部原始的流线分布下出口附近形成回流区域，特别是在小流量工况运行时，涡流、回流现象较为明显。图6相比于图5，大部分的回流漩涡被打散，进口处的涡流因整流段有较明显的改善，由此可以得出，本申请的离心泵叶轮叶片极大增强了叶轮的流通能力，提高了离心泵的工作效率。