一种减弱轴流泵叶顶泄漏流和泄漏涡的叶片结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103671254103671254A(43)申请公布日2014.03.26(21)申请号201310412030.9(22)申请日2013.09.06(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市学府路301号(72)发明人张德胜邵佩佩施卫东王海宇潘大志胡啟祥(51)Int.Cl.F04D29/38(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书2页说明书2页附图2页附图2页(54)发明名称一种减弱轴流泵叶顶泄漏流和泄漏涡的叶片结构(57)摘要本发明是一种用于减弱轴流泵叶顶泄漏流和泄漏涡的叶片结构。其特征在于轴流泵叶片叶顶加工成迷宫式的结构。该迷宫式的结构为锯齿形的，具有一定的间隙、高度、宽度、齿数及齿顶角度等。本发明的有益效果是：选择合适的锯齿形尺寸，轴流泵通过叶尖迷宫式结构，使得流体经过叶顶间隙时的能量损失增加，减少了泄漏量，从而减弱了叶顶泄漏流和泄漏涡，提高了轴流泵的水力效率和运行稳定性。CN103671254ACN10367254ACN103671254A权利要求书1/1页1.一种减弱叶顶泄漏流和泄漏涡的叶片结构，应用于轴流泵叶轮，该叶片结构的叶顶端面为迷宫式的复杂结构，叶轮叶顶截面为锯齿形，具有合适的节流间隙、高度、宽度、齿数及齿顶角，与泵壳内壁保持一定距离，其能够降低形成涡的动力和能量，减小叶顶泄漏流动，有效地抑制叶顶泄漏涡的形成，提高轴流泵叶轮运行稳定性和水力效率。2.根据权利要求1所述一种减弱叶顶泄漏涡的叶片结构，锯齿高度H取叶片轮缘外径的千分之三至千分之五(即3D2≤H≤5D2/1000)。3.根据权利要求1所述一种减弱叶顶泄漏涡的叶片结构，锯齿高度H与宽度S之比为(H/S)opt≈0.5，齿顶角α取值范围为30°～35°。2CN103671254A说明书1/2页一种减弱轴流泵叶顶泄漏流和泄漏涡的叶片结构所属技术领域[0001]本发明涉及到一种用于减弱轴流泵叶顶泄漏流和泄漏涡的叶片结构，叶顶设计为锯齿形的迷宫式结构，属于流体机械产品技术领域。背景技术[0002]轴流泵因其流量大、扬程低、结构简单、使用方便等特点，在农田排灌、防洪排涝、城市给排水、跨流域调水工程等方面得到了广泛应用，因此提高轴流泵的效率和运行稳定性具有重要的现实意义。在轴流泵叶轮中，由于轴流式叶轮的结构特征，叶轮叶片叶顶与转轮室之间不可避免存在间隙，虽然叶片顶部间隙的几何尺寸同整个流道相比很小，但却对叶片流道将近20％区域的流动产生影响。在轴流泵叶片工作面与吸力面之间的压力作用下，一部分流体介质越过叶顶间隙，形成泄漏流动。泄漏流与主流发生卷吸而形成叶顶泄漏涡，泄漏涡在向下游发展的过程中漩涡强度和尺度逐渐增大，堵塞主流，尤其在小流量工况，易诱导轴流泵进入旋转失速不稳定工况，因此，轴流泵叶顶泄漏涡对流场结构、能量传输、负荷能力及损失有着重要影响。泄漏流造成的损失与泄漏流量有关，泄漏流量越多，泄漏流造成的损失越大。因此通过某种方法将叶顶泄漏流阻碍在叶顶压力面侧，减小其向吸力面的泄漏量，使得更多的流体通过叶轮做功，可有效地降低叶顶泄漏流和泄漏涡对叶轮性能造成的不利影响，可提高泵的扬程和水力效率，并改善轴流泵的水力稳定性。[0003]经检索，已公开的专利“一种轴流泵叶轮叶片(申请号：02133456.0)”，其设计出叶端及叶根部分采用了加长前倾的扭曲形状的叶片。但这种叶片形状较复杂，不易加工，增加了工作量，且还有可能不能满足叶轮原始设计；已授权专利“一种高效轴流泵叶轮(专利号：ZL200920043160.9)”，其通过调整叶片的不同圆周截面的翼型形状来获得较优的水力性能，但在叶轮叶片的叶顶区域仍采用的传统的结构。由此可见，目前轴流泵叶片的改善大都是对叶片形状的整体改变，尚未提出一种改善叶片叶顶形状以减弱叶顶泄漏流和泄漏涡的叶片结构。本专利通过发明轴流泵叶轮叶顶端面结构，依靠间隙中的节流过程和空腔内的动能耗散来实现流体密封，结构简单，可有效减弱轴流泵叶片叶顶泄漏流和泄漏涡，最终提高轴流泵的水力性能和水力稳定性。发明内容[0004]为了解决上述轴流泵叶顶泄漏流和泄漏涡发生的问题，本发明目的在于提供一种轴流泵的叶片结构，用以减弱轴流泵叶顶泄漏流和泄漏涡，提高叶轮水力效率，改善轴流泵的运行稳定性。[0005]本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：将轴流泵叶片的叶顶设计成迷宫式的端面结构，该迷宫式的端面结构型式为锯齿形，具有一定的节流间隙、高度、宽度、齿数及齿根角等参数特征。轴流泵叶轮叶片流道间的液体由于叶片压力面和吸力面之间的压差作用，通过叶顶间隙，从叶片压力面泄漏到吸力面，经过叶顶的锯齿形迷宫结构，能够增大流体流动阻力，使流经叶顶间隙的流体部分动