[发明专利]一种高效风能离心泵叶轮

说明书

技术领域

本发明涉及风能提水系统中的离心泵关键部件，特指一种高效风能离心泵叶轮。

背景技术

风能离心泵系统是随着风力发电技术的日趋成熟，快速发展起来的一种绿色新能源利用技术。由于风能离心泵工作时，它的运行工况是不断变化的，而传统离心泵设计只有一个最佳工况点，当其与风电系统匹配较差时，风能离心泵长时间运行在非设计工况下，致使高速时易发生气蚀，小流量工况下易产生脱流、回流及二次流等不稳定流动，从而产生流体诱导振动和噪声，造成机组破坏和环境污染。因此，这就要求我们设计的风能离心泵能适应多工况下的运行条件，具有较高的扬程，尤其是在小流量工况下能运行稳定并且效率较高。

经检索，目前相关的申报专利有实用新型专利“低比转数离心泵叶轮短叶片的偏置”（ 申请号：90214371.9），提出了将短叶片偏置在长叶片中及偏置比例，但这个专利技术没有给出短叶片进出口合适的偏置角度及方向，没有改变叶片出口的设计，不能保证低比转数离心泵在小流量工况下能运行稳定且具有较高扬程。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足和风能离心泵匹配性能较差的问题，提供一种高效风能离心泵叶轮，改善低比转数离心泵在小流量工况下内部不稳定流动给机组造成的破坏和环境污染，提高小流量工况下的效率。

本发明的技术方案是：主要由叶片和轮毂组成，前面设有叶轮前盖板，后面设有叶轮后盖板，叶片呈径向辐射状，其特征在于叶片由长、短叶片组成，长叶片进口安放角β₁取16～22度，长叶片出口边设计为反向扭曲形状，叶片出口安放角β₂为90度；短叶片布置在长叶片之间，短叶片进口直径D₁＇为长叶片进口直径D₁、叶片出口直径D₂之和的0.4～0.6倍，短叶片进口安放角与长叶片进口安放角β₁相同，进口处的周向位置偏向长叶片背面，偏置比例为0.6～1范围内，短叶片出口边尽量放置于两个长叶片的中间位置，短叶片出口边设计为反向扭曲形状，与长叶片一样。

本发明改变传统叶片设计方法，将叶片出口设计为反向扭曲形状，增大叶片出口角β₂，并在长叶片中增加适当间隔和长度的短叶片。

（1）长叶片进口部分形状按照包角变换法设计，叶片进口安放角β₁取16～22度；叶片出口边反向扭曲设计，使叶片出口安放角β₂为90度。

长叶片进口部分，叶片安放角β随着包角φ的增加线性增加，满足以下关系：

β=β₁+（β₂＇-β₁）φ/θ＇

式中：β—叶片上距离进口边包角为φ时的叶片安放角，度；

β₁—叶片进口安放角，度；

θ＇—传统设计下的叶片包角，度；

β₂＇—传统设计下的叶片出口安放角，度。

叶片出口边反向扭曲设计：取与叶轮同心的反向扭曲基准圆，其直径D₃为叶片出口直径D₂的0.8～0.9倍，按照包角变换法设计的叶轮长叶片与基准圆相交于一点，该点与轴心连线后反向延长，与叶片出口圆相交，按圆弧法作与叶轮长叶片及轴心连线延长线相切的弧线，得到叶片出口反向扭曲部分，并使得叶片出口安放角β₂为90度。

设计合适的叶片进口安放角可防止进口处相邻叶片间的阻塞和降低水力损失，较大的出口安放角可以提高风能离心泵的扬程，本发明设计的叶片出口边反向扭曲比传统方法设计的复合叶轮扬程提高，比其他出口边为90度直叶片的叶轮设计更符合叶轮内部流态，减少了冲击损失及沿程损失。