为了保证叶轮的良好工作状态,叶轮进口部分的合理设计也是很必要的。要尽可能地改善气流在叶轮里的流动,需要注意到叶轮进口气流的均匀性和气流流线的整齐。
1)叶轮进口气流的均匀性。气流在叶轮进口部分的流动,是一个由轴向流动转弯到径向流动的过程,如图3-15所示。气流在转弯过程中,因受气流转弯的离心力作用,会出现流速不均匀的现象。靠近轮盘的气流流速较缓慢,而靠近轮盖的气流则流得很快。尤其是在叶轮进口叶片宽度b1较大的条件下,这种流速的不均匀性随着轮盖圆角半径r的减小而显得特别明显。叶轮进口流速的不均匀性,对于一般叶轮来说,会带来叶片进口冲击损失和叶轮内部流动的恶化,使级的效率下降。因此,在叶轮进口设计时,可采用较大的圆角半径r来改善叶轮进口气流的流速不均匀性。
图3-15 气流在叶轮进口转弯时的流动不均匀性
图3-16所示为在同一个叶轮上,采用了不同进口圆角半径比值时的级特性变化。当圆角半径比值从0.06增大到0.125时,级的多变效率ηdb可以提高1%,能量头系数也有所增大,性能曲线也变得更为平坦。所以在叶轮进口设计时,在结构允许的条件下,可适当地采用较大的值,最好是不小于0.10。在叶轮叶片进口相对宽度b1/D2较大的情况下,则更应该注意采用较大的值,以减小进口气流的不均匀性。
图3-16 不同轮盖进口圆角半径时的级的特性
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2)叶轮进口气流流线的整齐。叶轮进口气流均匀性的改善,除了应该注意到轮盖的圆角半径r外,还需要从叶轮进口(0-0截面)到叶片进口(1-1截面),采用气流收缩加速的方法,来改善叶轮进口气流流线的整齐。
图3-17所示为叶轮在气流进口速度c0与叶片进口前的气流速度c′1的比值K′c=不同的情况下,所引起级的性能曲线的变化。速度比K′c是通过减小进口轮毂直径d的方法来降低叶轮进口气流流速c0,使速度比的值增大。
由图3-17可以看出,叶轮的速度比值为K′c=1.12时要比K′c=0.865时的级效率高6.5%,同时,级的能量头系数也有所提高。因此,在叶轮叶片气流进口前的加速是很必要的。在一般情况下,速度比值应不小于1.05。
图3-17 不同时的级性能曲线
a)级性能曲线 b)不同K′c时的最高级效率与K′c=1时的最高效率的比较 c)不同K′c时的叶轮结构图
应该指出,速度比值的增大应尽可能地采用图3-17所示的减少叶轮进口轮毂直径d的方法,降低c0来实现K′c的增大。这里,也应注意避免出现叶轮进口速度c′1过高而带来的流动损失。
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