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如何优化径向式导叶设计以降低流动阻力损失?

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:同时叶轮左、右两侧的绝对速度的圆周分速度n1u也不一致,所以流动阻力损失较大。蜗壳体只收集从叶轮中流出的液体,而扩散管使液体中的部分动能转变成压力能。图8-14所示为径向式导叶,它由螺旋线、扩散管、过渡区和反导叶组成。螺旋线与扩散管又称正导叶,它起着压出室的作用。目前分段式多级泵趋向于采用流道式导叶。

如何优化径向式导叶设计以降低流动阻力损失?

1.吸入段

吸入段的作用是以最小的阻力损失,将液体从吸入管路引入叶轮。

吸入段中的阻力损失要比压出段小得多,但是吸入段形状设计的优劣对进入叶轮的液体流动情况影响很大,且对泵的汽蚀性能有直接影响。

吸入段有锥形管吸入段、圆环形吸入段和半螺旋形吸入段三种结构。

1)锥形管吸入段

图8-10(a)所示为锥形管吸入段结构示意图。这种吸入段流动阻力损失较小,液体能在锥形管吸入段中加速,速度分布较均匀。锥形管吸入段结构简单,制造方便,是一种很好的吸入段,适宜用在单级悬臂式泵中。

2)圆环形吸入段

图8-10(b)所示为圆环形吸入段结构示意图。在吸入段的起始段中,轴向尺寸逐渐缩小,宽度逐渐增大,整个面积还是缩小,使液流得到加速。由于泵轴穿过环形吸入段,所以液流绕流泵轴时会在轴的背面产生旋涡,引起进口流速分布不均匀。同时叶轮左、右两侧的绝对速度的圆周分速度n1u也不一致,所以流动阻力损失较大。

图8-10 锥形管吸入段和圆环形吸入段

(a)锥形管吸入段;(b)圆环形吸入段

图8-11 半螺旋形吸入段

由于圆环形吸入段的轴向尺寸较短,因而被广泛用在多级泵上。

3)半螺旋形吸入段

如图8-11所示,半螺旋形吸入段能保证叶轮进口液流有均匀的速度场,泵轴后面没有旋涡。但液流进入叶轮前已有预旋,故扬程要略有下降。

半螺旋形吸入段大多被应用在双吸式泵和多级中开式泵上。

2.压出段

从叶轮中获得了能量的液体,流出叶轮进入压出段。压出段将流来的高速液体汇集起来,引向压出口,同时还将液体中的部分动能转变成压力能。

压出段中液体的流速较大,液体在流动的过程中会产生较大的阻力损失。因此,有了性能良好的叶轮,还必须有良好的压出段与之相配合,这样整个泵的效率才能提高。

常见的压出段结构形式很多,有螺旋形压出段和环形压出段等。

1)螺旋形压出段(www.xing528.com)

螺旋形压出段又称蜗壳体,一般用于单级泵、单级双吸泵及多级泵。

液体从叶轮流出进入如图8-12所示的蜗壳体内,沿着蜗壳体在流体流动方向上,其数量是逐渐增多的,因此壳体的截面积亦是不断增大的。这样液体在蜗壳体中运动时,其在各个截面上的平均流速均相等。蜗壳体只收集从叶轮中流出的液体,而扩散管使液体中的部分动能转变成压力能。为减少扩散管的损失,它的扩散角θ一般取8°~12°。

泵舌与叶轮外径的间隙不能太小,否则在大流量工况下泵舌处容易产生汽蚀。同时间隙太小也容易引起液流阻塞而产生噪声与振动。间隙亦不能太大,太大的间隙会引起旋转的液体环流,消耗能量,降低泵的容积效率。

螺旋形压出段制造方便,泵的高效率区域较宽。

2)环形压出段

环形压出段的流道截面积处处相等,如图8-13所示,所以液流在流动中不断加速,从叶轮中流出的均匀液流与压出段内速度比它高的液流相遇,彼此发生碰撞,损失很大。所以环形压出段的效率低于螺旋形压出段,但它加工方便,故主要用于多级泵的排出段,或输送有杂质的液体。

图8-12 螺旋形压出段

1—泵舌;2—蜗壳体;3—扩散管

图8-13 环形压出段

3.中段

由于多级分段式水泵的液流是由前一级叶轮流入次一级叶轮内,故在流动的过程中必须装置中段。中段一般由导水圈和返水圈组成。

导水圈的结构:由若干叶片组成导叶,水在叶片间的流道中通过。前一段流道的作用是接收由叶轮高速流出的水,并匀速送入后面流道;后一段流道的断面逐渐扩大,使一部分动能转换为压力能。

导水圈的叶片数与叶轮的叶片数应互为质数,否则会出现叶轮叶片和导水圈叶片重叠的现象,造成流速脉动,产生冲击和振动。

导水圈与返水圈主要有径向式和流道式。

图8-14所示为径向式导叶,它由螺旋线、扩散管、过渡区和反导叶组成。图8-14中AB部分为螺旋线,它起着收集液体的作用。扩散管BC部分起着将部分动能转换成压力能的作用。螺旋线与扩散管又称正导叶,它起着压出室的作用。CD为过渡区,起着转变液体流向的作用。液体在过渡区里沿轴向转了180°的弯,然后沿着反导叶DE进入次级叶轮的入口。

图8-14 径向导

图8-15所示为流道式导叶。在流道式导叶中,正、反导叶是连续的整体,亦即反导叶是正导叶的继续,所以从正导叶进口到反导叶出口形成单独的小流道,各个小流道内的液流互不相混。它不像径向式导叶,先在环形空间内液体混在一起,再进入反导叶。流道式导叶的流动阻力比径向式小,但结构复杂,铸造加工较麻烦。目前分段式多级泵趋向于采用流道式导叶。

图8-15 流道式导叶

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