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短叶片偏置设计

/short blade offset design/
最后更新 2022-12-23
浏览 89
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叶片泵的短叶片进口适当向长叶片背面偏移,以此来改善叶轮及泵体内的水力性能的设计。

英文名称
short blade offset design
所属学科
工程热物理及动力工程

由于受到叶轮内液体相对运动在轴向漩涡的影响,如果在某直径上与长叶片对称放置短叶片,则会导致短叶片相邻流道内流量不相等,流入泵体的液体速度也将不均匀,这将增加叶轮内及叶轮出口边外的水力损失。由于叶轮进口到短叶片进口前,叶片正面相对速度是不断减小的,这会引起叶片上液体的脱流。在短叶片的排挤作用下,能起到一定的抑制作用。

离心泵叶轮内液体的真实流动模型,历来是研究的重点之一,从20世纪20~30年代,出现了离心泵叶轮内“射流-尾流”模型的理论,到了70年代,射流-尾流模型的研究进入突破期。所谓射流-尾流模型,是指离心泵叶轮流道内的流动基本上是由相对速度较小的尾流区和近似于无黏性的射流区所组成,尾流区紧贴在叶轮的前盖板表面和叶片的负压面上。由于叶轮旋转时科里奥利力和流线曲率的效应,使射流-尾流不被混掺,而叶轮中的损失与熵增则集中在尾流区。在尾流与射流区之间,存在着速度梯度的区域,过大的速度梯度,可形成一个射流-尾流剪切层。

为了减小叶轮外径,选择较大出口流动角,此时叶轮流道扩散剧烈,其内部的逆向压力梯度将促进壁面边界层的发展和分离,强化了射流-尾流结构,增加了尾流区,导致水力性能下降。而在增大出口流动角的同时,在长叶片中间偏置设计短叶片,就能改变这种状况。

短叶片偏置设计的主要特点有:①有效防止尾流的产生和发展。在扩散型的离心叶轮内,由于逆向压力梯度的作用,使壁面边界层从进口到出口不断增厚,在离心力和科里奥利力的作用下产生二次流,使叶片压力面边界层内的低能流体经叶轮盖板边界层流入叶片负压面边界层,聚集在负压面形成尾流。短叶片向长叶片负压面偏置则有效地阻止这种二次流的产生和发展,同时由于长短叶片组成的流道很短,扩散很小,不易产生二次流和形成尾流区。起到冲刷尾流的作用。在尾流区附近组成新的长短叶片流道,起到分流的作用,使小流道内流速增加,在一定程度上冲刷尾流。有效防止长叶片负压面上流体的分离和脱流,更好地控制流体运动。增加短叶片后,增大了有限叶片数修正系数,增加扬程或减小外径。同时也减小了叶轮内流体因惯性产生的轴向漩涡运动,以及减小了叶轮进口的堵塞和冲击损失。改善叶轮内的速度分布,减小叶轮内的水力损失以及从叶轮出口到泵体进口之间的混合损失,提高泵的性能。

  • 袁寿其.低比速离心泵理论与设计.北京:机械工业出版社,1997.

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