[发明专利]缝隙引流式轴流泵叶轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种缝隙引流式轴流泵叶轮，属于流体机械领域范畴。

背景技术

轴流式水泵具有流量大、扬程低的特点，特别在流域调水、农田灌溉、防洪排涝、市政供水、电厂水循环等领域应用广泛，而我国正在实施的南水北调工程中的新建泵站，大都需要采用轴流式水泵。轴流式水泵在设计工况点时效率较高，但高效范围窄、有不稳定运行区域。轴流式水泵在实际运行过程中，往往偏离设计工况点，在叶轮的背面容易产生边界层流动分离而形成回流，如图1所示。边界层的流动分离、导致引起很大的尾涡阻力，而且尾涡阻力往往是边界层未产生流动分离所受摩擦阻力的几十倍，造成过多能量的损失，直接影响水泵的效率。由此可见，在一定来流攻角下，控制叶片背面的边界层的流动分离，可以有效提高叶轮的工作性能，从而有助于提高轴流式水泵全工况性能。因此，设计一种有效消除流动分离而引起的尾涡阻力的轴流式叶轮，尤其重要。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种缝隙引流式轴流泵叶轮，提高轴流式水泵全工况性能，消除由于边界层分离而引起的回流等流动结构，避免不必要的能量损失，从而提高叶轮的工作效率。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种缝隙引流式轴流泵叶轮，包括轮毂以及固定在轮毂上的叶片，每个叶片开有一道缝隙，将叶片分割为前叶片和后叶片。

所述叶片的缝隙位置位于靠近叶片前缘5~40%弦长范围内。

所述缝隙的流动方向即缝隙过流面的平均法线方向与轮毂的轴线成10~60°的夹角。

所述缝隙的流动方向即缝隙过流面的平均法线方向与所在翼型的弦线成10~60°的夹角。

所述叶片的缝隙的流道方向应顺应流体在叶轮中的流动方向。

所所述叶片的缝隙中线面为近似于垂直轮毂的空间曲面，由前叶片后缘及后叶片前缘的

形状决定。

所述叶片的缝隙宽度尺寸为0.5~3倍的叶片最大厚度尺寸。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：在叶片背面的边界层发生流动分离之前，利用通过缝隙的流体使叶片背面原先的边界层被带到主流中去，从而形成新的边界层，它能承受流体的逆压力梯度避免产生流动的分离。本发明的缝隙引流式结构可以有效消除由于流动分离产生的尾涡阻力，从而提高了叶轮的工作效率，特别是轴流式水泵在非设计工况点的效率，最终保证了轴流式水泵的全工况性能。

附图说明

图1传统轴流式水泵叶轮叶片边界层流动分离产生尾涡区的流场示意图；

图2缝隙引流式轴流泵叶轮结构示意图；

图3缝隙引流式轴流泵叶轮叶片结构示意图；

图4采用缝隙引流式叶轮叶片后的流场示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段及其功效易于理解认识，下面优选实施例结合附图进一步阐述本发明。

实施例一：    参见图2和图3，本缝隙引流式轴流泵叶轮，包括轮毂1以及固定其上的叶片2，所述叶片中间开有缝隙6，从而将叶片2分割为前叶片3和后叶片4。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：参照附图2和附图3，轴流式水泵的叶轮由轮毂1和固定在其上面的叶片2构成，其中叶片2均布在轮毂1上，叶片2的数量可以为三、四片或其他数量，主要根据泵的设计要求来选定叶片数量。

本实施例的叶轮可以为油脂砂、树脂砂或糊金砂铸造叶轮，或者精密铸造的叶轮，也可以为金属加工叶轮或者焊接叶轮。此外，本实施例的思想除使用在轴流式水泵的叶轮上，也可用于离心式或者混流式叶轮叶片。无论是哪种叶轮叶片，缝隙6的开口方向应顺应流体的流动方向，同时位置于距离叶片前缘5~40%弦长范围内。

本实施例的叶轮，通过对叶片2进行开缝处理，将叶片2分割为前叶片3和后叶片4。缝隙6的流道方向要顺应流体的流动方向，缝隙6开口位置位于叶片2的前缘5距离为5~40%弦长处，缝隙6沿流动方向缝隙过流面的平均法线方向与所在翼型平面内的弦线夹角为10~60°，缝隙6沿流动方向缝隙过流面的平均法线方向与与轮毂1的轴线成10~60°的夹角，缝隙6中线面为近似于垂直轮毂1的空间曲面，由前叶片3后缘及后叶片4前缘的形状决定，缝隙6的宽度尺寸取值范围在0.5~3倍的叶片最大厚度尺寸。

轴流式水泵在最优工况点处的效率最佳，但一般使用过程中，轴流式水泵往往在非设计工况点处运作。传统的轴流式叶轮在转动过程中，流体经常在通过叶片前缘5之后不久便产生边界层的流动分离从而影响叶片的工作效率，如图1。而通过采用开缝处理，部分流体通过缝隙6进入到叶轮的流道中，从而形成新的边界层，它能够承受流体的逆压力梯度，消除了边界层的流动分离，如图4所示。由于分离区的消失，流动阻力大大降低，从而可以提升轴流式水泵的全工况性能。