本發(fā)明涉及低脈動離心葉輪技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復合式的低脈動離心葉輪。

背景技術(shù)：

離心葉輪通過葉輪旋轉(zhuǎn)使流體形成離心運動甩向葉輪外緣獲得動能。由于葉輪葉片為有限個數(shù)，旋轉(zhuǎn)葉輪中的流體由于慣性存在會形成與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的軸向旋渦，這種軸向旋渦在葉片間的區(qū)域內(nèi)存在。葉輪中流體的實際流動情況可以近似看作這種軸向旋渦和流經(jīng)靜止葉輪的貫流的疊加。上述疊加的效果導致了葉片背面相對速度較大、葉片工作面相對速度較小，從而產(chǎn)生葉輪出口速度滑移，即在葉片間的空間靠近葉輪出口處的絕對速度的大小和方向都發(fā)生了一定的變化。上述出口速度的滑移帶來了兩個不利影響，一是造成葉輪揚程系數(shù)降低，達到同樣揚程需要更大的葉輪外徑，從而帶來更多的摩擦損失；二是造成葉輪出口處圓周方向上的流體速度分布不均勻。葉頻及其倍頻成分是離心泵壓力脈動的主要頻率成分，其主要是由葉片與蝸殼/導葉的動靜干涉產(chǎn)生。葉輪出口軸向流速的不均勻性又會加劇動靜干涉效應，從而加劇離心泵的振動和噪聲。

為了解決上述問題，有研究者提出了一些改善方案，例如授權(quán)公告號為cn205089683u的專利文獻公開了一種葉輪，包括上蓋板、葉片以及下蓋板，葉片設置于上蓋板和下蓋板之間，上蓋板包括上表面和下表面，葉片與上蓋板一體注塑成形，葉片位于上蓋板的下表面，葉片包括長葉片和短葉片，長葉片和短葉片均包括一段圓弧或者多段圓弧的組合或者多段圓弧與直線的組合，長葉片的圓弧長度大于短葉片的圓弧長度，長葉片沿上蓋板圓周均勻分布，短葉片沿上蓋板圓周均勻分布，長葉片和短葉片的數(shù)量相同，長葉片和短葉片沿上蓋板的圓周方向間隔排布，該結(jié)構(gòu)提高低比轉(zhuǎn)速離心泵的效率，但該設計無法有效緩解葉輪出口速度滑移帶來的不利影響，而且該短葉片布置方法會帶來額外的摩擦損失。

因此又有研究者提出了新的技術(shù)方案，例如授權(quán)公告號為cn205117796u的專利文獻公開了一種低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪，在保持葉片工作面型線不變的情況下在葉片背面設置一增厚墊塊，使葉片厚度從入口到出口方向逐漸變厚。該實用新型通過增加葉片厚度來堵塞流道，并按葉輪流道內(nèi)空間體積相等來擴大葉輪流道的寬度，確保了葉輪需要的體積和流量，即使出口處葉片間距減小，而增加寬度，確保橫截面積不變即可，從而滿足葉輪小流量高揚程的性能。該葉輪存在的問題是為了達到足夠揚程需要更大的葉輪外徑，從而帶來更多的摩擦損失，而且該葉輪布置形式將導致流體在葉輪出口的速度分布不均勻，從而加劇泵的振動、噪聲問題。

又例如申請公布號為cn105889123a公開了一種新結(jié)構(gòu)低比轉(zhuǎn)速離心泵的葉輪，其葉片是由前排葉片和后排葉片組成的串列葉柵結(jié)構(gòu)，有利于提高泵的運行效率。

該葉輪雖然與本發(fā)明中所介紹的葉輪在葉片分布型式上都設置了內(nèi)外圈葉片，但是該葉輪在設計思想及意圖上與本發(fā)明存在關(guān)鍵差異，該葉輪旨在引入串列葉柵結(jié)構(gòu)來改變?nèi)~輪內(nèi)的流場以提高泵的運行效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種復合式的低脈動離心葉輪，在提高揚程系數(shù)的同時避免了入口處排擠系數(shù)過高帶來的不利影響。

一種復合式的低脈動離心葉輪，包括葉輪前蓋板、葉輪后蓋板、內(nèi)圈葉片以及外圈葉片，所述外圈葉片的數(shù)量大于所述內(nèi)圈葉片的數(shù)量。

本發(fā)明在徑向上設置了內(nèi)外兩圈葉片，內(nèi)圈采用較少的葉片數(shù)，外圈采用較多的葉片數(shù)，較多的外圈葉片數(shù)有利于提高揚程系數(shù)，較少的內(nèi)圈葉片則避免了入口處排擠系數(shù)過高帶來的不利影響。內(nèi)圈葉片和外圈葉片采用后掠形式。

優(yōu)選的，所述內(nèi)圈葉片的長度大于外圈葉片。所述外圈葉片數(shù)量較多，選取較短的外圈葉片長度能夠做到在充分利用所述外圈葉片數(shù)量較多能夠提高揚程系數(shù)、抑制二次流生成、提高振動性能的優(yōu)勢的同時，避免了葉片排擠系數(shù)過高的缺點。

優(yōu)選的，所述內(nèi)圈葉片的數(shù)量為3～7片。既能實現(xiàn)給工作介質(zhì)做功的目的，也能有效避免葉片排擠系數(shù)過高，提高汽蝕性能。進一步優(yōu)選的，所述內(nèi)圈葉片的數(shù)量為3～5片。進一步優(yōu)選的，所述內(nèi)圈葉片的數(shù)量為5～7片。較少的所述內(nèi)圈葉片數(shù)量可以進一步控制葉片排擠系數(shù)，提高汽蝕性能；適當較多的所述內(nèi)圈葉片數(shù)量可以提高所述內(nèi)圈葉片揚程系數(shù)，從而減小葉輪外徑。

優(yōu)選的，所述外圈葉片的數(shù)量與所述內(nèi)圈葉片的數(shù)量的比值為a，1＜a＜5。較多的外圈葉片數(shù)量可以有效提高揚程系數(shù)、抑制二次流生成、提高振動性能；較少的內(nèi)圈葉片數(shù)量可以有效控制排擠系數(shù)，降低入口流速，提高汽蝕性能。

優(yōu)選的，所述內(nèi)圈葉片的內(nèi)徑為d1，所述內(nèi)圈葉片的外徑為d2，所述外圈葉片的內(nèi)徑為d3，所述外圈葉片的外徑為d4，d3：d2＝0.9～1.3，d4：d2＝1.2～1.8。

所述葉片包括相對靠近葉輪中心的葉片前緣和相對遠離葉輪中心的葉片尾緣，葉片前緣到葉輪中心的距離稱為葉片的內(nèi)徑，葉片的尾緣到葉輪中心的距離稱為葉片的外徑。

為了優(yōu)化離心泵的水力性能，改善離心泵的振動噪聲性能，提高運行效率，優(yōu)選的，所述內(nèi)圈葉片的工作面出口角為β1，背面出口角為β2；所述外圈葉片的工作面入口角為β3，背面入口角為β4；所述外圈葉片的工作面出口角為β5，背面出口角為β6；

β1＝15°～45°，β6＝15°～45°，|β2-β1|＜10°，|β3-β1|＜10°，|β4-β3|＜10°。進一步優(yōu)選的，β1＝15°～30°，β6＝15°～30°，|β2-β1|＜5°，|β3-β1|＜5°，|β4-β3|＜5°。進一步優(yōu)選的，β1＝30°～45°，β6＝30°～45°，|β2-β1|＜5°，|β3-β1|＜5°，|β4-β3|＜5°。

葉片工作面的葉片安放角是葉片凸面表面切線與圓周方向的夾角，葉片背面的葉片安放角是葉片凹面表面切線與圓周方向的夾角，葉片內(nèi)徑處的葉片安放角是葉片入口角，葉片外徑處的葉片安放角是葉片出口角。

為了進一步降低振動，提高效率，優(yōu)選的，優(yōu)選的，所述內(nèi)圈葉片厚度沿其型線變化，中部厚度最大,中部厚度為兩端厚度的2～6倍，且β1＜β2。同時外圈葉片選用變厚度葉片，使葉片工作面出口角小于背面出口角，以增大葉片工作面相對速度，減小葉片背面相對速度，從而讓葉輪出口速度分布更加均勻有效降低離心泵整體振動，提高離心泵的效率。

優(yōu)選的，其特征在于，所述外圈葉片的數(shù)量與所述內(nèi)圈葉片數(shù)量的n倍，n為整數(shù)。n為整數(shù)倍可以體現(xiàn)出葉輪中葉片分布的周期性，從而簡化葉片布置，為進一步差異化設置所述外圈葉片的圓周方向分布和所述外圈葉片的葉片安放角提供可行性及便利性。

為了優(yōu)化離心泵的水力性能，改善離心泵的振動噪聲性能，提高運行效率，優(yōu)選的，優(yōu)選的，所述的外圈葉片按順序分為n組，每組中，從位于所述長葉片后掠方向上第一片所述外圈葉片起始到該組最后一片所述外圈葉片結(jié)束，各外圈葉片的β3依次減小。

所述內(nèi)圈葉片的后掠方向上的第一片所述外圈葉片起始到該組最后一片葉片共n片所述外圈葉片為一組，對應該所述內(nèi)圈葉片，上述n為所述外圈葉片數(shù)量對于所述內(nèi)圈葉片數(shù)量的倍數(shù)。

為了優(yōu)化離心泵的水力性能，改善離心泵的振動噪聲性能，提高運行效率，優(yōu)選的，任一外圈葉片的工作面前緣與軸心的連線和該外圈葉片后方的外圈葉片的工作面前緣與軸心的連線構(gòu)成的夾角為α；

所述的外圈葉片按順序分為n組，每組中，從位于所述長葉片后掠方向上第一片所述外圈葉片起始到該組最后一片所述外圈葉片結(jié)束，各外圈葉片之間的α依次減小。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的復合式的低脈動離心葉輪通過在徑向設置不同數(shù)量的葉片，尤其是在外圈設置的葉片數(shù)大于內(nèi)圈的葉片數(shù)，滿足了更高效率、更優(yōu)振動和噪聲性能的需求。

附圖說明

圖1是實施例1的復合式的低脈動離心葉輪在前蓋板和所述后蓋板隱去后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是實施例1的復合式的低脈動離心葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是實施例2的復合式的低脈動離心葉輪在前蓋板和所述后蓋板隱去后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是實施例3的復合式的低脈動離心葉輪在前蓋板和所述后蓋板隱去后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為現(xiàn)有技術(shù)的低脈動離心葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為實施例1的低脈動離心葉輪(與流道式導葉配合)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是實施例1的徑向力脈動幅值頻譜圖。

圖8為現(xiàn)有技術(shù)的低脈動離心泵的所述測量點處的徑向力脈動幅值頻譜圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1和2所示，本實施例的復合式的低脈動離心葉輪內(nèi)圈由5個長葉片1構(gòu)成，外圈由15個短葉片2構(gòu)成。長葉片1長度大于短葉片2長度，長葉片1和短葉片2均為后掠形式。

長葉片1在前蓋板3和后蓋板4之間在圓周方向上均勻排布，短葉片在前蓋板3和后蓋板4之間在圓周方向上均勻排布。長葉片1包括相對靠近葉輪中心的長葉片前緣和相對遠離葉輪中心的長葉片尾緣，短葉片2包括相對靠近葉輪中心的短葉片前緣和相對遠離葉輪中心的短葉片尾緣。長葉片1的尾緣到葉輪中心的距離稱為長葉片的外徑d2，短葉片2的前緣到葉輪中心的距離稱為短葉片的內(nèi)徑d3，短葉片2的尾緣到葉輪中心的距離稱為短葉片的外徑d4。

本實施例中：d3：d2＝1.0065，d4：d2＝1.4706。

葉片工作面的葉片安放角是葉片凸面表面切線與圓周方向的夾角，葉片背面的葉片安放角是葉片凹面表面切線與圓周方向的夾角，葉片內(nèi)徑處的葉片安放角是葉片入口角，葉片外徑處的葉片安放角是葉片出口角。

長葉片1的工作面出口角為β1，背面出口角為β2；短葉片2的工作面入口角為β3，背面入口角為β4；短葉片2的工作面出口角為β5，背面出口角為β6。

本實施例中：β1為26.4°，β2為27.1°，β3為37.7°，β4為24.2°，β5為16.4°，β6為40.8°。

短葉片2的厚度沿其型線變化，在其中部厚度最大，中部厚度為兩端厚度的2～6倍。

實施例2

如圖3所示，本實施例與實施例1中外圈的變厚度短葉片2不同，本實施例的外圈短葉片用等厚度短葉片，等厚短葉片的工作面的葉片安放角和背面安放角大小相等；與實施例1中短葉片2的葉片安放角均一致不同，本實施例中的短葉片2可按照特定安放角設置規(guī)律設置葉片安放角，其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。

長葉片1的后掠方向上的第一片短葉片2起始到該組最后一片葉片共n片所述外圈葉片為一組，對應該長葉片1，上述n為短葉片2數(shù)量對于長葉片1數(shù)量的倍數(shù)。

本實施例中短葉片2數(shù)量為長葉片1數(shù)量的3倍，圖中所標示的短葉片201、短葉片202、短葉片203按照上述分組及對應規(guī)律，對應著同一個長葉片1，其他12個短葉片由另外4個長葉片以上述分組及對應規(guī)律對應。長葉片1長度大于短葉片2長度，長葉片1和短葉片2均為后掠形式。

長葉片1包括相對靠近葉輪中心的長葉片前緣和相對遠離葉輪中心的長葉片尾緣，短葉片2包括相對靠近葉輪中心的短葉片前緣和相對遠離葉輪中心的短葉片尾緣。長葉片1的尾緣到葉輪中心的距離稱為長葉片的外徑d2，短葉片201、短葉片202、短葉片203的前緣到葉輪中心的距離稱為短葉片的內(nèi)徑分別為d3a、d3b、d3c，短葉片2的尾緣到葉輪中心的距離稱為短葉片的外徑d4。短葉片201、短葉片202、短葉片203的內(nèi)徑d3a、d3b、d3c分別為長葉片外徑的1.0065、1.0065、1.0065倍。短葉片的外徑d4為長葉片外徑的1.4706倍。

葉片工作面的葉片安放角是葉片凸面表面切線與圓周方向的夾角，葉片背面的葉片安放角是葉片凹面表面切線與圓周方向的夾角，葉片內(nèi)徑處的葉片安放角是葉片入口角，葉片外徑處的葉片安放角是葉片出口角。

長葉片1的工作面出口角為β1，背面出口角為β2；短葉片201、短葉片202、短葉片203的工作面入口角分別為β3a、β3b、β3c，背面入口角分別為β4a、β4b、β4c；短葉片201、短葉片202、短葉片203的工作面出口角分別為β5a、β5b、β5c，背面出口角分別為β6a、β6b、β6c。

β1的大小為26.4°，β2的大小為27.1°，β3a的大小為41.6°，β3b的大小為34.9°，β3c的大小為24.4°，β6a的大小為45.1°、β6b的大小為37.5°、β6c的大小為36.4°。短葉片的厚度均勻，同一半徑上工作面和背面的葉片安放角相等。

實施例3

如圖4所示，本實施例與實施例1和2中外圈變厚度短葉片2在圓周上均勻陣列分布不同，本實施例中的外圈變厚度的短葉片2在圓周方向上的位置以特定周向排布規(guī)律分布并以長葉片的數(shù)目為重復數(shù)量；與實施例1中外圈變厚度短葉片的葉片安放角均一致不同，本實施例中的外圈變厚度的短葉片2按照特定安放角設置規(guī)律設置葉片安放角。

本實施例中，短葉片2數(shù)量為長葉片1數(shù)量的三倍，圖中所標示的短葉片201、短葉片202、短葉片203對應著同一個長葉片1，其他12個短葉片由另外4個長葉片以相同規(guī)律對應。長葉片1長度大于短葉片2長度，長葉片1和短葉片2均為后掠形式。長葉片1包括相對靠近葉輪中心的長葉片前緣和相對遠離葉輪中心的長葉片尾緣，短葉片2包括相對靠近葉輪中心的短葉片前緣和相對遠離葉輪中心的短葉片尾緣。

長葉片的尾緣到葉輪中心的距離稱為長葉片的外徑d2，短葉片201、短葉片202、短葉片203的前緣到葉輪中心的距離稱為短葉片的內(nèi)徑分別為d3a、d3b、d3c，短葉片的尾緣到葉輪中心的距離稱為短葉片的外徑d4。短葉片201、短葉片202、短葉片203的內(nèi)徑d3a、d3b、d3c分別為長葉片外徑的1.0065、1.0065、1.0065倍。短葉片的外徑d4位長葉片的1.4706倍。

圖中的短葉片201的背面朝向圖中短葉片202的工作面，此處將短葉片202視為位于短葉片a的后方。圖中短葉片203位于短葉片202的后方。以此類推，將短葉片203后方的短葉片依次稱為短葉片204、短葉片205等。短葉片201的工作面前緣與軸心的連線和短葉片201后方的短葉片202的工作面前緣與軸心的連線構(gòu)成的夾角為角1。短葉片202的工作面前緣與軸心的連線和外圈短葉片202后方的短葉片203的工作面前緣與軸心的連線構(gòu)成的夾角為角2，以此類推，定義角3、角4等。每個3個短葉片為一組，分為5組分別對應一個長葉片1，短葉片201、短葉片202、短葉片203為一組，短葉片204、短葉片205、短葉片206為一組。以此類推。在短葉片201、短葉片202、短葉片203所在的組中，角1、角2、角3的大小規(guī)律為角1>角2>角3，在短葉片204、短葉片205、短葉片206所在的組中，角4、角5、角6的大小規(guī)律為角4>角5>角6。其中角1為27.0°，角2為24.9°，角3為20.1°。

葉片工作面的葉片安放角是葉片凸面表面切線與圓周方向的夾角，葉片背面的葉片安放角是葉片凹面表面切線與圓周方向的夾角，葉片內(nèi)徑處的葉片安放角是葉片入口角，葉片外徑處的葉片安放角是葉片出口角。長葉片的工作面出口角為β1，背面出口角為β2；短葉片201、短葉片202、短葉片203的工作面入口角分別為β3a、β3b、β3c，背面入口角分別為β4a、β4b、β4c；短葉片201、短葉片202、短葉片203的工作面出口角分別為β5a、β5b、β5c，背面出口角分別為β6a、β6b、β6c。β1的大小為26.4°，β2的大小為27.1°，β3a的大小為37.8°，β3b的大小為35.1°，β3c的大小為32.8°，β4a的大小為24.1°，β4b的大小為22.1°，β4c的大小為20.1°，β6a的大小為40.8°，β6b的大小為38.8°，β6c的大小為36.8°，β5a的大小為16.1°，β5b的大小為14.1°，β5c的大小為12.1°。短葉片的厚度沿其型線變化，在其中部厚度較大，中部厚度為兩端厚度的2到6倍。

對比例

圖5為常規(guī)離心葉輪和流道式導葉的裝配示意圖。圖6為實施例1的葉輪和流道式導葉的裝配示意圖。流道式導葉3為三流道設置，布置于葉輪外圈。

圖5和圖6的流道式導葉結(jié)構(gòu)參數(shù)均相同。常規(guī)葉輪與實施例1的葉輪的子午面參數(shù)均一致，常規(guī)葉輪外徑等于所述實施例1的葉輪短葉片外徑，圖5和圖6中的測量點4的位置在同一半徑位置。

對實施例1的葉輪和常規(guī)離心葉輪分別進行數(shù)值模擬，取得徑向力脈動數(shù)據(jù)，數(shù)值模擬中實施例1的葉輪和常規(guī)離心葉輪的轉(zhuǎn)速為每分鐘3000轉(zhuǎn)。

圖7為實施例1的徑向力脈動幅值頻譜圖，圖8為常規(guī)離心葉輪的測量點處的徑向力脈動幅值頻譜圖。圖7和圖8對比可見實施例1的葉輪的徑向力脈動幅值明顯小于常規(guī)離心葉輪的徑向力脈動幅值，且實施例1的葉輪的徑向力脈動幅值在頻域上分布更加均勻。由此對比可見，實施例1的葉輪能夠明顯控制徑向力脈動，達到減小葉輪振動的效果。