[发明专利]一种用于控制离心泵间隙泄漏的半开式叶轮

说明书

本发明公开了一种用于控制离心泵间隙泄漏的半开式叶轮，半开式叶轮位于泵壳和泵盖之间，其包括后盖板(1)、叶片(2)、表面织构(4)、凹槽部(5)、进口管(9)、压力面(21)、吸力面(22)，其特征在于：叶片的叶顶包括凹槽部(5)、第一叶顶(23)、第二叶顶(24)，第一叶顶、第二叶顶分别位于凹槽部的两侧，第一叶顶和/或第二叶顶具有表面织构(4)，表面织构为仿生微结构，仿生微结构包括月牙型微凸起织构，多个月牙型微凸起织构按矩形阵列规则的布置于叶片叶顶表面。该叶轮结构具有增大泄漏流与叶轮顶部的摩擦以减少间隙泄露，改善甚至消除逆流的特点。

技术领域

本发明涉及离心泵技术领域，尤其涉及一种用于控制离心泵间隙泄漏的半开式叶轮，具体涉及一种用表面织构、凹槽部控制离心泵叶顶间隙泄漏的半开式叶轮。

背景技术

半开式叶轮离心泵由于具有维护方便、运行时间长、效率高等优点，在国防、航空航天、民用等领域得到了广泛的应用。叶轮的叶片直接决定了离心泵的性能，在离心泵的能量转换过程中起至关重要的作用，所以对于离心泵叶片的设计尤为重要。

半开式叶轮离心泵由于叶尖间隙(叶顶间隙)的存在，在叶片压力面和吸力面的压力梯度作用下，在叶尖间隙附近形成了叶尖泄漏流和泄漏涡空化等复杂流动，会显著改变离心泵叶轮内部的流态。叶尖区附近的尖端泄露流加速了逆流的形成，进而发展到叶轮上游，在进口管内回流涡中心附近出现大量的空化气泡，产生低频压力脉动，影响泵的性能、使用寿命和运行稳定性。

为此，研究者们开展了大量的研究以期控制叶顶间隙泄露流与泄露回流的现象，并且初步提出了一些具备一定积极效果的思路和方法。对于离心泵泄漏流及损失，在设计条件下，效率的降低几乎与叶尖间隙的变化成线性关系，因此一般通过调整叶片顶部和泵体的间隙来控制，但是叶尖间隙无法无限小，适当的小空隙比无空隙的效率更高。对于减小逆流对叶轮运行稳定性的影响，人们提出的沟槽技术得到了广泛的应用，如J型槽、U型槽，但是其适用在混流泵、轴流泵中，不适用于离心泵结构。

表面织构目前被广泛研究并主要用于提高表面摩擦学性能，其通过在摩擦副表面加工出一些具有一定形貌的微凹槽或微凸体等规则形状，而且已被证明是提高摩擦学性能的有效手段，其应用于离心泵叶轮增大与流体摩擦具有发展前景。因此，针对上述问题提出一种用表面结构、凹槽部控制离心泵叶顶间隙泄漏的半开式叶轮。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供了一种用表面织构、凹槽部控制离心泵叶顶间隙泄漏的半开式叶轮，该半开式叶轮结构具有增大泄漏流与叶轮顶部的摩擦以减少间隙泄露，改善甚至消除逆流的特点；本发明中的叶顶表面凹槽部结构(第一弧形部(圆弧部)、第二弧形部(圆弧部)、引流通道、弧形凹槽)能够改变局部流动结构和泄漏流方向，不让液流直接冲向下一个流道，从而减小了流体流动对叶片的冲击；在叶轮进口管处外侧设置的周向槽结构，为泄漏流提供了沿轴向快速移动的通道，接近后盖板的绝对流角减小，逆流向上游的趋势受到抑制，可以改善离心泵入口处的流态。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于控制离心泵间隙泄漏的半开式叶轮，半开式叶轮位于泵壳(6)和泵盖(7)之间，其包括后盖板(1)、叶片(2)、表面织构(4)、凹槽部(5)、进口管(9)、压力面(21)、吸力面(22)，后盖板呈圆盘状，多个叶片沿周向均匀分布于后盖板上，叶片沿径向延伸布置且叶片为直叶片，进口管位于多个叶片的径向内侧且叶片径向内端延伸到进口管外周附近，叶片外端延伸到后盖板外边缘，叶片的叶顶与泵壳之间具有叶顶间隙(8)，叶片包括相对的压力面、吸力面，其特征在于：叶片的叶顶包括凹槽部(5)、第一叶顶(23)、第二叶顶(24)，第一叶顶、第二叶顶分别位于凹槽部的两侧，第一叶顶和/或第二叶顶具有表面织构(4)，表面织构为仿生微结构，仿生微结构包括月牙型微凸起织构，多个月牙型微凸起织构按矩形阵列规则的布置于叶片叶顶表面。

进一步地，所述表面织构(4)的月牙型牙尖凸起对着吸力面。