一种抑制叶片背面云状空化的轴流泵制造技术

本实用新型专利技术涉及一种抑制叶片背面云状空化的轴流泵，通过CFD软件对轴流泵叶片设计时所依据翼型的空化流场进行数值分析，可以得到造成轴流泵叶片背面发生云状空化的回射流的作用位置和厚度，根据计算结果分析，在轴流泵叶片背面距进水边75%C处焊接一个宽为3%C，高为2%C的挡条，以达到阻碍回射流的效果，这样就能够抑制轴流泵叶片背面上较为稳定的片状空化向云状空化转变，采用此种结构后，轴流泵叶轮在空化工况下能够稳定运行，且本实用新型专利技术简单易行，不需要改变原有叶轮结构。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及轴流泵空化
，特别涉及一种能够减轻叶片背面云状空化破坏作用的轴流泵叶片结构。
技术介绍
轴流泵适用于大流量低扬程工况，具有结构简单、体积小、占地面积小等优点，被广泛应用于南水北调工程、大中型泵站、船舶喷水推进和潜艇水下导弹发射装置等国家重大战略工程上。当流体压力低于工作温度下的气化压力时，泵内就会产生空化现象。空化不仅会导致轴流泵水力性能明显下降，还会产生振动、噪声和气蚀等一系列不利影响轴流泵中的空化现象按空化和发生的部位来定义的，通常可分为以下四种基本类型:(1)叶片背面的翼型空化；(2)狭小间隙引起的局部空化；(3)由于铸造和加工缺陷形成表面不平整、砂眼、气孔等所引起的局部流态突然变化而造成的空化；(4)轮缘处的旋涡空化。轴流泵正常运行时的空化形式主要为叶片背面的翼型空化，当液体绕流翼型时，翼型背面的压力往往为负压，当背面低压区的压力降低到环境气化压力以下时，将会导致空化区的出现。因此，在运行工况较优的情况下，轴流泵叶片背面会出现具有光滑透明边界的稳定空穴薄层，这种形式称为片状空化。片状空化导致的脉动既轻又弱，引起气蚀，振动等危害的可能性很小，而当运行工况恶化时，片状空泡的尾部会出现贴近壁面的回射流，主流与回射流相互作用形成的旋涡会导致具有很强不稳定特性的云状空化的形成，在云状空化阶段，空泡从叶片表面不断脱落，并随主流向高压区移动溃灭，这种空化形式会导致强烈的振动噪音，且会诱发不正常的力学状态产生严重的侵蚀。为了轴流泵在发生空化的工况下能安全稳定运行，就必须要阻止具有很强不稳定特性的云状空化的发生。现有的抑制轴流泵空化破坏的方法通常为减小轴流泵的安装高度以增加泵的进口压力和调小流量或降速运行，以上方法只是通过调节外部环境而达到提高叶片入口压力的目的，目前还没有一种方法能够针对不改变轴流泵运行工况的情况下达到减轻叶片背面云状空化危害的效果。
技术实现思路
本技术的目的是要抑制轴流泵叶片背面发生的具有很强侵蚀力的云状空化，提高轴流泵在发生空化工况下运行的稳定性。为解决上述技术问题，本技术采取的技术方案是:一种抑制叶片背面云状空化的轴流泵包括叶轮叶片1、轴向导叶4、支撑板5与轴流泵主轴6，所述轴流泵主轴6安装在外筒内，在轴流泵主轴6上从左往右依次安装有叶轮叶片1、轴向导叶4和支撑板5，所述叶轮叶片I包含叶片进水边2和叶片出水边3 ;在轴所述流泵叶轮叶片I的背面，并且距叶片进水边2的距离L=75%C的地方，其中C为叶片翼型弦长，焊接一个宽d=3%C，高h=2%C的方形凸起挡条7，用于阻碍近叶片壁面回射流的传播，抑制片状空化向云状空化的转变，所述方形凸起挡条7的边角为圆角，所述圆角用于减轻水力冲击损失。本技术的有益效果是:该轴流泵的叶轮叶片的凸起档条大大减轻了云状空化带来的振动、噪声和气蚀等一系列不利影响，增加了轴流泵叶轮的使用寿命，而叶轮其他结构没有相应的变化，因此该轴流泵叶轮结构没有增加制造成本。【附图说明】下面结合附图和对本技术进一步说明。图1为轴流泵装置的示意图。图2为轴流泵叶轮一圆柱流面展开示意图。图3为轴流泵叶片背面凸起的位置尺寸示意图。图4为本技术的轴流泵叶轮叶片的水力模型图。图中，1.叶轮叶片，2.叶片进水边，3.叶片出水边，4.轴向导叶，5.支撑板，6.轴流泵主轴，7.焊接的挡条。【具体实施方式】以下将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。一种抑制叶片背面云状空化的轴流泵包括叶轮叶片1、轴向导叶4、支撑板5与轴流泵主轴6，所述轴流泵主轴6安装在外筒内，在轴流泵主轴6上从左往右依次安装有叶轮叶片1、轴向导叶4和支撑板5，所述叶轮叶片I包含叶片进水边2和叶片出水边3 ;在轴所述流泵叶轮叶片I的背面，并且距叶片进水边2的距离L=75%C的地方，其中C为叶片翼型弦长，焊接一个宽d=3%C，高h=2%C的方形凸起挡条7，用于阻碍近叶片壁面回射流的传播，抑制片状空化向云状空化的转变，所述方形凸起挡条7的边角为圆角，所述圆角用于减轻水力冲击损失。在轴流泵运行过程中，水流从图1所示的叶片进水边进入轴流泵叶轮区域，流经轴流泵叶片区，叶片对其做功，最后从叶片出水边流出。由于叶片对水流做功，叶片的工作面和背面之间必然存在一个压力差，而叶片背面则为低压区，当流体压力低于工作温度下的气化压力时，叶片背面就会产生空化。选取一典型圆柱流面，将轴流泵的运行工况换算为绕翼型流动的运动参数，如图2所示，相对入流速度#为绝对速度和牵连速度的合速度，α为翼型攻角，既相对入流速度与翼弦之间的夹角。采用网格划分软件对翼型绕流流场进行C型结构化网格划分，将完成的网格导入CFD软件中，设置计算域的计算方程、边界条件等各种计算参数，使用CFD软件的求解器对计算域进行求解，直到残差收敛至0.00005，计算结束。计算结果导入CFD后处理软件，分析空化流场的速度矢量分布，测量导致云状空化的回射流的产生和作用位置以及厚度，根据分析数据，如图3所示，在翼型背面距前缘L=75%C(C为翼型弦长)处设置一个宽d=3%C，高h=2%C的方形凸起来阻碍近壁面回射流的传播，抑制片状空化向云状空化的转变，并进行适当圆角以减轻水力冲击损失。根据圆柱层无关性假设，可以推断其他圆柱面上应有相似的情况，可在每个翼型背面设置凸起来抑制云状空化的形成。图4表示了本技术所提出的能够抑制云状空化形成的轴流泵叶片的水力模型图。在轴流泵叶轮上，考虑到加工叶片背面小凸起的成型困难，可按传统方法先加工出平滑的叶轮叶片，再将一个宽为3%C，高为2%C的挡条焊接在已加工出的距进水边75%C处的叶片背面上，以达到阻碍回射流的效果。通过上述的方法，加工得到带有挡条结构的轴流泵叶轮，由于叶轮只是在叶片背面焊接了一个挡条，而叶轮其他结构没有相应的变化，因此在制造和安装时还是按照和传统叶轮相同的方法。这种新型的轴流泵叶轮，没有增加过多的加工成本，却能够在空化较严重的工况下稳定运行，大大减轻了云状空化带来的振动、噪声和气蚀等一系列不利影响，增加了轴流泵叶轮的使用寿命。【主权项】1.一种抑制叶片背面云状空化的轴流泵，包括叶轮叶片(1)、轴向导叶(4)、支撑板(5)与轴流泵主轴(6)，其特征在于，所述轴流泵主轴(6)安装在外筒内，在轴流泵主轴(6)上从左往右依次安装有叶轮叶片(I)、轴向导叶(4)和支撑板(5)，所述叶轮叶片(I)包含叶片进水边(2)和叶片出水边(3);在轴所述流泵叶轮叶片(I)的背面，并且距叶片进水边(2)的距离L=75%C的地方，其中C为叶片翼型弦长，焊接一个宽d=3%C，高h=2%C的方形凸起挡条(7)，用于阻碍近叶片壁面回射流的传播，抑制片状空化向云状空化的转变，所述方形凸起挡条(7)的边角为圆角，所述圆角用于减轻水力冲击损失。【专利摘要】本技术涉及一种抑制叶片背面云状空化的轴流泵，通过CFD软件对轴流泵叶片设计时所依据翼型的空化流场进行数值分析，可以得到造成轴流泵叶片背面发生云状空化的回射流的作用位置和厚度，根据计算结果分析，在轴流泵叶片背面距进水边75%C处焊接一个宽为3%C，高为2%C的挡条，以达到阻碍回射流的效果，这样就能够抑制轴流泵叶片背面上较为稳定的片状空化向云状空化转变，采用此种结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制叶片背面云状空化的轴流泵，包括叶轮叶片（1）、轴向导叶（4）、支撑板（5）与轴流泵主轴（6），其特征在于，所述轴流泵主轴（6）安装在外筒内，在轴流泵主轴（6）上从左往右依次安装有叶轮叶片（1）、轴向导叶（4）和支撑板（5），所述叶轮叶片（1）包含叶片进水边（2）和叶片出水边（3）；在轴所述流泵叶轮叶片（1）的背面，并且距叶片进水边（2）的距离L=75%C的地方，其中C为叶片翼型弦长，焊接一个宽d=3%C，高h=2%C的方形凸起挡条（7），用于阻碍近叶片壁面回射流的传播，抑制片状空化向云状空化的转变，所述方形凸起挡条（7）的边角为圆角，所述圆角用于减轻水力冲击损失。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张光建，施卫东，张德胜，耿琳琳，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32