[发明专利]一种高速燃油轴流泵弯掠叶片

说明书

技术领域

本发明涉及轴流泵叶片技术领域，特别涉及一种高速燃油轴流泵的叶轮叶片。

背景技术

轴流泵流量大、扬程低，广泛用于跨流域调水和灌溉排涝。随着科学技术发展，轴流泵在其他领域，如喷水推进系统、航空发动机、微型心脏辅助装置等也得以应用，因此对轴流泵的水力特性也就提出了更高的要求。由于轴流泵运行特性曲线中“马鞍形”区域的存在严重影响了轴流泵机组的运行稳定性，因此改善轴流泵的“马鞍形”运行特性具有实际的工程意义。

目前，弯掠叶片已广泛应用于涡轮机、压缩机和风机中，但在泵的研究和应用还较少。大量的实验研究和数值计算表明，合理运用叶片的弯掠能够改变叶轮机械内流场的静压梯度分布，抑制叶轮通道内横向流动二次流的发展以及流道内端壁低能流体的聚集，达到提高叶轮机械气动性能的目的。因此尝试在高速燃油轴流泵中采用叶片弯掠，旨在避免“马鞍形”区域的形成，提高。到目前为止，尚无将弯掠叶片应用到高速燃油轴流泵中，并进行相关研究和分析。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种弯掠叶片，以提高高速燃油轴流泵的水力效率与运行稳定性，为实际工程应用提供理论依据。

本发明的技术方案为：

该弯掠叶片包括轮毂和叶片，叶片环绕轮毂设置，所述叶片为前掠叶片，即将普通轴流泵叶片的每一截面在Z方向进行前掠，以各截面的中心位置为参考位置，前掠角度从叶根到叶尖先增加后减小，且叶根截面的前掠角度λ₁为72°～75°，叶尖截面的前掠角度λ₂为108°～110°，其余各截面的前掠角度按光滑曲线过渡；其中，前掠角度为在柱坐标系(R，θ，Z)下，在R-Z平面中，叶片各截面的中心连线的切向方向与轴向来流方向Z所成的夹角，轮毂的圆心O为中心，R为轮毂的半径方向，θ为在轮毂的圆周平面内与的夹角，Z为轮毂的轴向方向。

所述叶根截面的前掠角度优选为λ₁＝73.2°，叶尖截面的前掠角度优选为λ₂＝109.4°。

所述叶片与轮毂采用整体铸造结构，叶片共有4个。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)本发明将常规叶片进行合理的径向方向和圆周方向的弯掠，使得弯掠叶片可以改变叶轮内流场的静压梯度分布，抑制叶轮通道内横向流动二次流的发展集，提高叶轮机械的做功能力。

(2)本发明将弯掠叶片应用于高速燃油轴流泵，使得高速燃油轴流泵弯掠叶片在扬程变化趋势较常规叶片高速燃油轴流泵在“马鞍形”区域过渡平滑，没有出现明显的扬程下降；同时小流量况时，高速燃油轴流泵弯掠叶片的水力效率高于常规叶片高速燃油轴流泵3～5％。

(3)本发明将弯掠叶片应用于高速燃油轴流泵，使得高速燃油轴流泵弯掠叶片在小流量工况时，在弯掠叶片进口处没有形成明显的叶顶分离失速涡，靠近轮缘处的流线平滑有序，改善了常规叶片高速燃油轴流泵在小流量工况时，在叶片进口附近由于低能流体堆积而明显产生的流动分离失速涡。

(4)流量系数φ＝0.72工况时高速燃油轴流泵空化性能的预测表明，叶片弯掠对高速燃油轴流泵没有太大影响。

(5)本发明方法操作方便，能够为实际工程应用提供理论依据，本发明能够改善高速燃油轴流泵在“马鞍区”的工作性能，提高高速燃油轴流泵在马鞍区的水力效率和运行稳定性，可以广泛用于高速燃油轴流泵中。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的弯掠叶片示意图；

图3是本发明实施例的弯掠叶片中心连线与常规叶片中心连线的对比图；

图4是本发明实施例的弯掠叶片和常规叶片高速燃油轴流泵外特性曲线图；

图5是本发明实施例的流量系数φ＝0.72时叶轮流线分布图；

图6是本发明实施例的空化系数-效率曲线图。

图中标号：

1-轮毂，2-叶片。

具体实施方式

本发明提供了一种高速燃油轴流泵的叶轮叶片，下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明方法基于以下思想：根据弯掠叶片的设计方法，设计一应用在高速燃油轴流泵上的叶轮，该叶轮的叶片采用弯掠叶片，以改善轴流泵的“马鞍区”，回收叶顶部二次流的能量损失，提高轴流泵在马鞍区的水力效率和运行稳定性。对采用常规叶片的高速燃油轴流泵和采用弯掠叶片的高速燃油轴流泵进行CFD的数值模拟计算，得到二者的外特性曲线图并分析比较内流特性。