[发明专利]一种具有低压力脉动特性的离心泵叶轮

说明书

本发明涉及离心泵叶轮，属于流体机械领域，特指一种具有低压力脉动特性的离心泵叶轮。本发明从控制叶片背面涡结构出发，通过在叶片上设置引射缝，强行破坏了叶片背面原有的高强度涡结构分布特性和尾迹脱落涡，减弱了叶片出口尾迹涡的强度，使泵内流道的流场结构更加均匀，进一步改善离心泵的压力脉动性能。同时本发明还具有结构简单、合理、加工方便等优点。

技术领域

本发明涉及离心泵叶轮，属于流体机械领域，特指一种具有低压力脉动特性的离心泵叶轮。

背景技术

离心泵作为典型、通用的流体机械，在国防、核能等领域中属关键重要设备，随着用途特殊化、运行条件极端化、运行工况多样化，泵的持续、稳定、安全运行要求也日益严苛。《工程热物理与能源利用学科发展战略研究报告(2011-2020)》认为：随着泵朝向大型化、高速化、高功率密度方向发展，泵的振动噪声成为目前研究的热点问题，也是设计过程中面临的难点和新挑战。尤其是具有极高隐蔽性要求的水下军事装备，低振动噪声特性是泵首要设计要求，其振动噪声能量级瓶颈的突破是目前泵领域亟待解决的工程问题。

目前研究认为离心泵内动静干涉诱发的压力脉动是造成泵产生低频振动的主要诱因。当叶轮扫掠隔舌时，叶片出口将产生周期性的尾迹涡脱落，该脱落的尾迹涡将和蜗壳隔舌产生强烈的撞击作用，因此可以认为叶片出口的高强度尾迹涡对泵的压力脉动性能影响显著，进而直接决定整泵的振动性能。目前相关研究成果证实叶片工作面和背面的涡结构强度也和压力脉动存在直接关联，因此，减弱其强度、改变其发生位置、抑制脱落强度可以有效地降低泵内的压力脉动水平，进而达到低压力脉动设计目标。

目前针对离心泵压力脉动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，探索不同参数配比对泵性能的影响，然而相关研究效果并不显著。离心泵叶片表面的涡结构对泵压力脉动的影响十分明显，如何有效地改变叶片表面涡结构分布特性是低压力脉动离心泵设计的关键工程问题。通过在叶片表面开设引射缝，可以通过工作面导入的流体破坏叶片背面涡结构的分布特性，抑制脱落涡强度，达到降低压力脉动能量的目的。因此通过引射缝技术对低压力脉动离心泵的设计具有实际工程意义。

发明内容

为了进一步降低离心泵的压力脉动水平，本发明从抑制叶片表面尾迹涡强度出发，提出一种带引射缝的离心泵叶轮，该叶轮结构简单、合理，可以有效地破坏叶片背面的涡结构分布特性，降低周期尾迹涡的脱落强度，均匀重构了泵内部的流场分布，进一步改善了离心泵的压力脉动性能。

一种具有低压力脉动特性的离心泵叶轮。通过在叶片上设置引射缝可以有效地抑制叶片出口周期性的尾迹涡脱落强度，进而达到低压力脉动特性。该叶轮的显著特点是在叶片上开设引射缝，该引射缝位于叶片进口和出口之间，其贯穿叶片工作面和背面。该引射缝的位置靠近叶片出口，其开设位置对叶轮压力脉动性能影响显著，其位置半径r₀的取值范围为叶轮出口半径的0.7～0.9倍，即r₀＝(0.7～0.9)r₂。该引射缝的宽度δ取值范围和叶片厚度有关，通常取0.5-1.5倍叶片平均厚度，即3-10mm。引射缝与圆周方向的夹角决定流体从叶片工作面进入背面的流动方向，其取值范围为15-65°，引射缝的个数和叶轮叶片数一致。

本发明的优点是：从控制叶片背面涡结构出发，通过在叶片上设置引射缝，强行破坏了叶片背面原有的高强度涡结构分布特性和尾迹脱落涡，减弱了叶片出口尾迹涡的强度，使泵内流道的流场结构更加均匀，进一步改善离心泵的压力脉动性能。同时本发明还具有结构简单、合理、加工方便等优点。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明的低压力脉动特性离心泵叶轮轴面投影图。

图2为本发明的低压力脉动特性离心泵叶轮平面投影图。

图3给出了引射缝叶轮压力脉动和常规叶轮压力脉动对比图。