一种改善蜗壳式离心泵驼峰不稳定现象的导叶组合结构制造技术

本发明专利技术公开了一种改善蜗壳式离心泵驼峰不稳定现象的导叶组合结构，包括叶轮，蜗壳，叶轮的出口和蜗壳的进口之间设置有若干片翼型导叶，翼型导叶的数量为奇数个，翼型导叶分为第一翼型导叶和第二翼型导叶，蜗壳的断面面积最小处设置有一个第二翼型导叶，沿着蜗壳进口方向，以与蜗壳的断面面积最小处的翼型导叶相邻的翼型导叶为起算点，沿着蜗壳进口方向145°范围内的所有翼型导叶均为第一翼型导叶，每片第一翼型导叶的叶片横截面面积为第二翼型导叶的0.7倍，每片第一翼型导叶的弦长为第二翼型导叶的0.85倍，每片第一翼型导叶的翼型厚度为第二翼型导叶的0.85倍。本发明专利技术用于改善大型立式蜗壳式离心泵的驼峰现象。

【技术实现步骤摘要】
一种改善蜗壳式离心泵驼峰不稳定现象的导叶组合结构
本专利技术涉及一种改善蜗壳式离心泵驼峰不稳定现象的组合导叶结构，属于水泵设计

技术介绍
大型立式蜗壳式离心泵是一种大型、立式单级、带有固定导叶的蜗壳式离心泵机组，该泵在水行业、工业和能源领域应用广泛，主要包括供水工程、污水处理、排水系统、灌溉系统等,具有流量大、扬程高、功率大的特点。随着大型调水灌溉水利工程对大型立式蜗壳式离心泵运行稳定性的要求越来越高，使机组需要更宽的平稳运行工况区，更快的负荷变化响应能力。并且当大型立式蜗壳式离心泵在小流量工况下运行时，由于偏离设计工况，其内部流动的不稳定性加剧，扬程-流量曲线容易出现正斜率，即驼峰不稳定现象。这一现象的发生会导致机组内的压力脉动发生震荡、机组输入功率剧烈变化，从而致使整个系统发生震荡，对机组运行的安全和可靠性造成严重威胁。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种组合导叶结构，用于改善大型立式蜗壳式离心泵的驼峰现象，这对于提高大型蜗壳式离心泵极端运行工况下的效率及装置安全稳定运行有着很重要的意义。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种改善蜗壳式离心泵驼峰不稳定现象的导叶组合结构，包括叶轮，蜗壳和吸入肘管，所述蜗壳内设置有蜗壳上环和蜗壳下环，所述叶轮的出口和所述蜗壳的进口之间设置有若干片翼型导叶，所述导叶通过所述蜗壳上环和所述蜗壳下环固定，所述翼型导叶的数量为奇数个，所述翼型导叶分为第一翼型导叶和第二翼型导叶，所述蜗壳的断面面积最小处设置有一个第二翼型导叶，沿着蜗壳进口方向，以与所述蜗壳的断面面积最小处的翼型导叶相邻的翼型导叶为起算点，沿着蜗壳进口方向145°范围内的所有翼型导叶均为第一翼型导叶，每片所述第一翼型导叶的导叶进口位置和进口角度与所述第二翼型导叶相同，每片所述第一翼型导叶的叶片横截面面积为第二翼型导叶的0.7倍，每片所述第一翼型导叶的弦长为第二翼型导叶的0.85倍，每片所述第一翼型导叶的翼型厚度为第二翼型导叶的0.85倍。上述方案中，所述第二翼型导叶为常规翼型导叶，所述第二翼型导叶的导叶结构满足：导叶进口的基圆直径D3＝D2+(2～10)mm；(1)其中，D2：叶轮出口直径。导叶进口轴面速度其中，Q：实际流量；R3-导叶进口半径；b3-导叶流道进口宽度；排挤系数其中，δ3-导叶叶片入口厚度；z-导叶叶片数；D3-导叶进口基圆直径；α3：导叶进口角度。导叶进口圆周分速度其中，vu2-叶轮出口速度在圆周方向上的分量；R2-叶轮出口半径；导叶进口液流角α′3计算公式为：其中，vm3-导叶进口速度在轴面方向的分量；vu3-导叶进口速度在圆周方向的分量；导叶进口角度大于液流角，即：tanα3＝(1.1～1.3)tanα；(5)其中，α-叶轮叶片的出口角度；导叶喉部速度，即导叶流道最小面积处速度其中，k3-速度系数；g-重力加速度；H-实际扬程。导叶喉部高度导叶出口速度v4＝(0.4～0.5)v3(8)导叶出口直径D4＝(1.3～1.5)D3mm(9)。上述方案中，所述第一翼型导叶的数量为五片，所述第二翼型导叶的数量为六片，其中所述蜗壳的断面面积最小处的翼型导叶相当于蜗壳隔舌。本专利技术还提供了一种改善蜗壳式离心泵驼峰不稳定现象的导叶设计方法，包括如下步骤：S1：将奇数个导叶分为第一翼型导叶和第二翼型导叶两种不同的导叶分别进行设计；其中：沿着蜗壳进口方向，以与蜗壳的断面面积最小处的翼型导叶相邻的翼型导叶为起算点，沿着蜗壳进口方向145°范围内的所有翼型导叶均为第一翼型导叶，其余导叶均为第二翼型导叶；S2：设计第二翼型导叶的结构，其满足导叶进口的基圆直径D3＝D2+(2～10)mm；(1)其中，D2：叶轮出口直径。导叶进口轴面速度其中，Q：实际流量；R3-导叶进口半径；b3-导叶流道进口宽度；排挤系数其中，δ3-导叶叶片入口厚度；z-导叶叶片数；D3-导叶进口基圆直径；α3：导叶进口角度。导叶进口圆周分速度其中，vu2-叶轮出口速度在圆周方向上的分量；R2-叶轮出口半径；导叶进口液流角α′3计算公式为：其中，vm3-导叶进口速度在轴面方向的分量；vu3-导叶进口速度在圆周方向的分量；导叶进口角度大于液流角，即：tanα3＝(1.1～1.3)tanα；(5)其中，α-叶轮叶片的出口角度；导叶喉部速度，即导叶流道最小面积处速度其中，k3-速度系数；g-重力加速度；H-实际扬程。导叶喉部高度导叶出口速度v4＝(0.4～0.5)v3；(8)导叶出口直径D4＝(1.3～1.5)D3mm(9)；S3：设计第一翼型导叶的结构，其满足每片所述第一翼型导叶的导叶进口位置和进口角度与所述第二翼型导叶相同，每片所述第一翼型导叶的叶片横截面面积为第二翼型导叶的0.7倍，每片所述第一翼型导叶的弦长为第二翼型导叶的0.85倍，每片所述第一翼型导叶的翼型厚度为第二翼型导叶的0.85倍。上方案中，所述第一翼型导叶的数量为五片，所述第二翼型导叶的数量为六片，其中所述蜗壳的断面面积最小处的翼型导叶相当于蜗壳隔舌。本专利技术的有益效果：(1)将翼型导叶分为第一翼型导叶、第二翼型导叶两种形状不同的导叶组合，其中以与蜗壳的断面面积最小处的翼型导叶相邻的翼型导叶为起算点，沿着蜗壳进口方向145°范围内的所有翼型导叶为相对较小的导叶。由于小导叶叶片长度较短，可使流体较先流出该区域导叶进入蜗壳中，相当于增加了蜗壳在较小断面面积位置处的过流面积，改善了驼峰工况下因高速流体从叶轮汇入蜗壳过程中发生撞击而致使的蜗壳内压力增高的情况，进而改善机组的驼峰现象，提升了机组小流量工况下的效率，减小了大型立式蜗壳式离心泵内的能量损失；(2)由0.6Q/Qd工况下蜗壳内湍动能分布示意图可知，导叶和蜗壳中的湍动能都得到改善。由0.6Q/Qd工况下蜗壳内压力分布示意图可知，蜗壳内的压差减小，流动更加均匀；由0.6Q/Qd工况下导叶内的压力分布示意图可知，导叶流道内的逆压梯度减小，流动更加顺畅；由0.6Q/Qd工况下导叶内的流线分布示意图可知，导叶中的旋涡减少，流动稳定性增强。(3)由各工况下大型立式蜗壳式离心泵的效率-流量曲线可知，组合导叶结构使得大型蜗壳式离心泵在小流量工况下的效率得以提升，即本专利技术改善了小流量工况下大型立式蜗壳式离心泵内部流动状态。说明该组合导叶结构对泵内的流态有改进作用，从而提高了机组小流量工况的运行效率。(4)由各工况下大型立式蜗壳式离心泵的扬程-流量曲线可知，当流量从1.0Q/Qd逐渐减小到0.7Q/Qd时，扬程随着流量的减小而增大，但当流量从0.7Q/Qd下降到0.6Q/Qd时，扬程随着流量的下降反而减小，即发生驼峰不稳定现象。(5)本专利技术解决了大型立式蜗壳式离心泵易出现驼峰不稳定现象的问题，并通过数值模拟得到验证。本专利技术通过特殊的组合导叶结构对叶轮和蜗壳之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善蜗壳式离心泵驼峰不稳定现象的导叶组合结构，包括叶轮(2)，蜗壳(3)和吸入肘管(4)，所述蜗壳(3)内设置有蜗壳上环(5)和蜗壳下环(6)，所述叶轮(2)的出口和所述蜗壳(3)的进口之间设置有若干片翼型导叶(1)，所述导叶(1)通过所述蜗壳上环(5)和所述蜗壳下环(6)固定，其特征在于，所述翼型导叶(1)的数量为奇数个，所述翼型导叶(1)分为第一翼型导叶(1-1)和第二翼型导叶(1-2)，所述蜗壳(3)的断面面积最小处设置有一个第二翼型导叶(1-2)，沿着蜗壳进口方向，以与所述蜗壳(3)的断面面积最小处的翼型导叶相邻的翼型导叶为起算点，沿着蜗壳进口方向145°范围内的所有翼型导叶均为第一翼型导叶(1-1)，每片所述第一翼型导叶(1-1)的导叶进口位置和进口角度与所述第二翼型导叶(1-2)相同，每片所述第一翼型导叶(1-1)的叶片横截面面积为第二翼型导叶(1-2)的0.7倍，每片所述第一翼型导叶(1-1)的弦长为第二翼型导叶(1-2)的0.85倍，每片所述第一翼型导叶(1-1)的翼型厚度为第二翼型导叶(1-2)的0.85倍。/n

【技术特征摘要】
1.一种改善蜗壳式离心泵驼峰不稳定现象的导叶组合结构，包括叶轮(2)，蜗壳(3)和吸入肘管(4)，所述蜗壳(3)内设置有蜗壳上环(5)和蜗壳下环(6)，所述叶轮(2)的出口和所述蜗壳(3)的进口之间设置有若干片翼型导叶(1)，所述导叶(1)通过所述蜗壳上环(5)和所述蜗壳下环(6)固定，其特征在于，所述翼型导叶(1)的数量为奇数个，所述翼型导叶(1)分为第一翼型导叶(1-1)和第二翼型导叶(1-2)，所述蜗壳(3)的断面面积最小处设置有一个第二翼型导叶(1-2)，沿着蜗壳进口方向，以与所述蜗壳(3)的断面面积最小处的翼型导叶相邻的翼型导叶为起算点，沿着蜗壳进口方向145°范围内的所有翼型导叶均为第一翼型导叶(1-1)，每片所述第一翼型导叶(1-1)的导叶进口位置和进口角度与所述第二翼型导叶(1-2)相同，每片所述第一翼型导叶(1-1)的叶片横截面面积为第二翼型导叶(1-2)的0.7倍，每片所述第一翼型导叶(1-1)的弦长为第二翼型导叶(1-2)的0.85倍，每片所述第一翼型导叶(1-1)的翼型厚度为第二翼型导叶(1-2)的0.85倍。


2.根据权利要求1所述的一种改善蜗壳式离心泵驼峰不稳定现象的导叶组合结构，其特征在于，所述第二翼型导叶(1-2)为常规翼型导叶，所述第二翼型导叶(1-2)的导叶结构满足：
导叶进口的基圆直径D3＝D2+(2～10)mm；(1)
其中，D2：叶轮出口直径；
导叶进口轴面速度
其中，Q：实际流量；R3-导叶进口半径；b3-导叶流道进口宽度；排挤系数其中，δ3-导叶叶片入口厚度；z-导叶叶片数；D3-导叶进口基圆直径；α3：导叶进口角度；导叶进口圆周分速度
其中，vu2-叶轮出口速度在圆周方向上的分量；R2-叶轮出口半径；
导叶进口液流角α′3计算公式为：



其中，vm3-导叶进口速度在轴面方向的分量；vu3-导叶进口速度在圆周方向的分量；导叶进口角度大于液流角，即：
tanα3＝(1.1～1.3)tanα；(5)
其中，α-叶轮叶片的出口角度；
导叶喉部速度，即导叶流道最小面积处速度
其中，k3-速度系数；g-重力加速度；H-实际扬程；
导叶喉部高度
导叶出口速度v4＝(0.4～0.5)v3(8)
导叶出口直径D4＝(1.3～1.5)D3mm(9)。


3.根据权利要求1或2所述的一种改善蜗壳式离心泵驼峰不稳定现象的导叶组合结...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雪琪，张德胜，杨港，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32