一种匹配空间导叶式离心泵的流线型分流环

摘要

本发明涉及一种匹配空间导叶式离心泵的流线型分流环，属于流体机械领域。对于单级离心泵，该分流环位于进口吸入室至叶轮叶片进口处，以及叶轮叶片出口处至空间导叶进口处。对于多级离心泵，该分流环除上述两处外，还存在于空间导叶出口处至叶轮叶片进口处。分流环型线为流体的中间流线，外形似“喇叭状”。所有分流环均连接固定在定子上，即空间导叶和进口吸入室上。本发明通过在空间导叶式离心泵流道内增加分流环的方式，减少叶轮进出口的漩涡和二次流，改善流道中流体的流动状态，使离心泵在小流量工况下更稳定的运行，提高效率，降低关死点扬程以匹配设计的系统压力，避免系统损害，提高经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种匹配空间导叶式离心泵的流线型分流环，属于流体机械领域。

背景技术

空间导叶式离心泵作为一种流体机械，在国民经济的各个领域都有着非常广泛的应用。近年来，随着对离心泵性能要求的不断提高，有关离心泵关死点扬程的问题得到了更多关注。根据离心泵水力特性曲线可知，当流量减小时，扬程增大，当流量为0时，扬程达到最高即为关死点扬程。关死点扬程的大小，影响到整个管路系统的压力等级设定，若扬程过高，则压力等级提升，导致管路、阀门等附件按更高的压力等级要求设计，从而导致工程造价大幅提高。对于已设计完成的离心泵，在运行时，由于小流量工况下的流动极不稳定，在进口处形成漩涡，导致叶片对流体重复做功。另外，在叶轮出口处，由于叶轮前后盖板流线长短不同，做功能力不同，后盖板流线长，做功多，将使出口处的流体形成从后盖板流向前盖板的二次流，导致叶片对流体重复做功。以上两种现象均会导致离心泵在关死点附近的扬程增大，超过设计值，导致系统压力上升，危害系统，若超过系统的设计压力，会导致系统损坏，造成严重的经济损失。因此,有必要寻求一种改善流动条件,控制关死点扬程的方法。

发明内容

为了改善空间导叶式离心泵在小流量下的流动，抑制漩涡和二次流的产生，降低关死点扬程以防止压力过高，本发明提出一种匹配空间导叶式离心泵的流线型分流环。其位于进口吸入室至叶轮叶片进口处、叶轮叶片出口至空间导叶叶片进口处，对于多级泵，还位于空间导叶出口至下级叶轮叶片进口处。其特征是：各处分流环型线均为流体的中间流线，分流环型线应与叶轮叶片的进出口边以及空间导叶叶片的进出口边垂直；分流环各处等厚，厚度应为空间导叶进口边长度的10％；分流环靠近叶轮叶片进出口的端部，应留有适当间隙，可取0.5～1.5mm；位于进口吸入室至叶轮叶片进口的分流环，由4个均匀布置的圆管固定在进口吸入室上，圆管的相对位置应在分流环靠进口吸入室进口端1/3处，圆管直径应为分流环厚度的1.1～1.3倍；位于叶轮叶片出口至空间导叶叶片进口处以及空间导叶出口至下级叶轮叶片进口处的分流环，固定在空间导叶叶片上，也可如前述方式用均布圆管固定在空间导叶内壁上，圆管的相对位置应在分流环靠近空间导叶出口端1/3处。

分流环的端部，除固连在空间导叶叶片上的端部外，均应用圆弧过渡，圆弧直径与分流环厚度相等。

本发明的优点是：

1.从控制离心泵内小流量工况下的不良流动出发，通过在流道内增设分流环的方法，阻断漩涡和二次流，防止了叶轮对流体的多次做功，改善了流动条件，降低了关死点扬程以匹配设计的系统压力。

2.本发明结构简单合理，加工方便，具有良好的经济性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为一台未增设分流环的多级空间导叶式离心泵示意图。

图2为增设分流环的多级空间导叶式离心泵示意图。

图3为增设分流环的多级空间导叶式离心泵右视图示意。主要表明分流环形状及固定方法。

图4为吸入室至叶片进口段分流环型线示意图。

图5为叶轮叶片出口至空间导叶进口段分流环型线示意图。

图6为空间导叶出口至叶轮叶片进口段分流环型线示意图。

图7为离心泵小流量下产生漩涡和二次流的示意图。

图8为预期的水泵外特性曲线图。

图9为贝塞尔曲线绘制过程。

具体实施方式

为达到改善离心泵小流量下流动条件，控制关死点扬程的目的，依据流体机械原理，对各处分流环，均按以下原则设计：

1.为保证分隔前后流体的流动条件不变，分流环型线应为流体在叶轮内流动的中间流线7的延伸。分流环型线应与叶轮2叶片的进出口边以及空间导叶3 叶片的进出口边垂直。

2.为保证分隔前后流体的流动条件不变，分流环应处处等厚。厚度按名义尺寸设计，可选择空间导叶3进口宽度为名义厚度。则分流环厚度为名义厚度的 10％。位于不同部位的分流环厚度统一。

3.分流环整体呈“喇叭状”，固连在空间导叶3或进口吸入室1等定子上。对于固定在进口吸入室1上的分流环，为保证流体流动角不变，考虑到圆柱绕流对流体流动影响较小，应采用圆管6固连分流环，圆管在分流环周向均匀分布。圆管直径应为分流环厚度的1.1～1.3倍。圆管6相对位置应为分流环靠进口吸入室 1进口端1/3处。

4.分流环的端部，除固连在空间导叶3叶片上的端部外，均应用圆弧过渡，圆弧直径与分流环厚度相等。分流环靠近叶轮2叶片进出口的一端应留有间隙，取0.5～1.5mm。

5.如前所述，分流环型线应与叶轮2叶片的进出口边以及空间导叶3叶片的进出口边垂直，同时，型线应为流道内流体的中间流线。但流道复杂，无法精确获得型线形状，因此提出利用贝塞尔曲线绘制型线。贝塞尔曲线优点在于曲线的控制线存在约束，曲线光滑且绘制简单，适合绘制分流环型线。具体方法为：

a)在型线的两个端点处画出控制线，控制曲线与叶轮2叶片的进出口边以及空间导叶(3)叶片的进出口边垂直。两条控制线相交于一点；

b)将两条控制线等分，份数越多越精确。考虑到实际绘制难度，取十等分。

分别两两连接等分点，得到新的十条控制线；

c)将新的控制线十等分，分别取与前述控制线等分点相同顺序的等分点，

用光滑曲线连接，即是贝塞尔曲线。

图9为贝塞尔曲线绘制过程。

如图4、图5、图6所示即为各部位按上述原则设计的分流环型线示意。在图6中，若离心泵设计流量较大，整体尺寸较大，可按原则3所述，利用均布圆管固连在空间导叶3内壁上。

离心泵在小流量工况下会产生如图7所示的漩涡和二次流，本发明在对应部位分别设置分流环，能有效改善流动条件，抑制漩涡和二次流的产生，如图8 所示，达到改善流动条件，提高效率，控制关死点扬程以匹配系统设计压力的目的。避免了系统损坏的风险，提高了经济效益。