專利名稱：葉片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種離心式閉式葉輪，特別是一種葉片 與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪，該種葉輪可以有效提高離心式風(fēng) 機(jī)和壓縮機(jī)閉式葉輪的效率，全面提高離心式流體機(jī)械性能。
背景技術(shù)：
離心式風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)是廣泛應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)系統(tǒng)中的通用機(jī)械，能耗 大、長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，因此，提高離心式風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的運(yùn)行效率、擴(kuò)大其穩(wěn) 定工況范圍，是提高整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)效率、節(jié)能減耗的關(guān)鍵問題，同時(shí)對(duì)于建 設(shè)節(jié)約型社會(huì)也具有非常重大的意義。
離心式風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的葉輪內(nèi)部流動(dòng)非常復(fù)雜，氣體在葉輪內(nèi)部經(jīng)過
90度轉(zhuǎn)彎，在此過程中，由于離心力、哥氏力和粘性力等的共同作用，葉 片通道內(nèi)將出現(xiàn)很大的壓力梯度，在盤、蓋之間，葉片壓力面和吸力面之間 出現(xiàn)很強(qiáng)的二次流，導(dǎo)致葉輪出口流場(chǎng)非常不均勻，產(chǎn)生所謂的射流一尾跡 結(jié)構(gòu)。這種射流—尾跡結(jié)構(gòu)，會(huì)對(duì)后續(xù)元件內(nèi)部流場(chǎng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的不均勻性， 導(dǎo)致其后元件損失大大增加，效率降低，同時(shí)，射流一尾跡結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致葉輪 內(nèi)部流動(dòng)損失大大增加。
為了減輕射流一尾跡結(jié)構(gòu)以提高效率，國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)和科研人員采用 了多種方法，如改變?nèi)~片與輪盤的夾角、葉片表面刻槽、采用串列葉柵技術(shù) 將葉片分段等方法，但各個(gè)方法都有明顯的缺點(diǎn)，如改變?nèi)~片與輪盤的夾角 的方法，葉片強(qiáng)度問題突出；葉片表明刻槽，導(dǎo)致加工工藝復(fù)雜；采用串列 葉柵，在小流量工況下基本沒有改善葉輪性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有方法存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種葉 片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪，以提高離心式葉輪的運(yùn)行效率。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是， 一種葉片與輪盤/輪蓋 具有間隙的離心式閉式葉輪，包括輪蓋、輪盤以及多個(gè)離心葉輪葉片，整個(gè) 葉輪繞轉(zhuǎn)軸中心旋轉(zhuǎn)，其特征在于，所述的葉輪中的至少一個(gè)葉片上開有至 少一條間隙，該間隙位于葉片與輪盤之間，或者葉片與輪蓋之間，或者葉片 兩端與輪盤、輪蓋之間。
間隙可以是存在于每一個(gè)離心葉輪葉片上，或每間隔幾個(gè)離心葉輪葉片 有一個(gè)開有間隙的離心葉輪葉片。
葉片上只有一個(gè)或多個(gè)間隙，間隙只存在離心葉輪葉片和輪蓋之間，或 只在離心葉輪葉片和輪盤之間，或離心葉輪葉片兩端的輪盤和輪蓋之間都 有。
本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的技術(shù)效果
以往離心式閉式葉輪，離心葉輪葉片與輪盤輪蓋之間都是完全連續(xù)焊接 在一起的，而且要求連續(xù)滿焊，以滿足設(shè)計(jì)思想的要求。本發(fā)明提出的葉片 和輪盤/輪蓋具有間隙的閉式離心葉輪，則是利用離心葉輪葉片和輪蓋或輪 盤之間的間隙，使通過間隙中的射流氣流阻擋離心葉輪中輪盤輪蓋表面邊界 層內(nèi)的二次流動(dòng)，從而減輕離心葉輪出口的射流一尾跡結(jié)構(gòu)，提高離心葉輪 的效率和整機(jī)效率。


圖1是離心葉輪葉片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，
圖中的標(biāo)號(hào)為l.輪蓋，2.輪盤，3.離心葉輪葉片，4.葉片與輪盤輪蓋之間的 各種間隙示例，5.離心式閉式葉輪轉(zhuǎn)軸中心線。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理作詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
參見圖l，本發(fā)明的葉片與輪盤輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪，包括 輪蓋l、輪盤2以及多個(gè)離心葉輪葉片3，整個(gè)葉輪繞轉(zhuǎn)軸中心旋轉(zhuǎn)，在葉
片3其中的至少一個(gè)葉片與輪盤2或/和輪蓋1之間開有一些間隙4，這些 間隙4 一直連續(xù)開到葉輪出口或僅僅在葉片入口和出口之間的輪盤或輪蓋 表面，也可以在離心葉輪的每個(gè)葉片上都開間隙4，或只選擇其中一些葉片 開有間隙4。整個(gè)葉輪繞轉(zhuǎn)軸中心5旋轉(zhuǎn)。
離心葉輪葉片3可以是正常的各種離心葉輪葉片，包括前彎、徑向出口 和后彎的，板型的或翼型的。間隙將開在葉片的兩端某處，由于這些間隙的 存在，葉片壓力面的氣流將向吸力面流動(dòng)，在間隙內(nèi)將產(chǎn)生射流氣流，從而 消除或減弱閉式離心葉輪輪盤或輪蓋表面邊界層內(nèi)的二次流動(dòng)，提高閉式離 心葉輪性能和整機(jī)性能。
本發(fā)明的工作原理是，當(dāng)離心葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣體在旋轉(zhuǎn)離心葉輪內(nèi)經(jīng)受 離心力、哥氏力、粘性力等多種性質(zhì)的力場(chǎng)作用，且經(jīng)過90度轉(zhuǎn)彎，葉輪 內(nèi)出現(xiàn)很強(qiáng)的二次流，導(dǎo)致葉輪出口流場(chǎng)非常不均勻，出現(xiàn)射流一尾跡結(jié)構(gòu)。 這種不均勻出口流場(chǎng)惡化了后續(xù)元件的流動(dòng)，導(dǎo)致整機(jī)性能下降。其中從葉 片壓力面到吸力面的二次流在葉輪的輪蓋面和輪盤面的邊界層運(yùn)動(dòng)，造成葉 片吸力面附近的區(qū)域流速相對(duì)其他區(qū)域低，如果引入其他氣流與這種二次流 運(yùn)動(dòng)方向相反，就可以減弱甚至消除這個(gè)二次流影響因素。本發(fā)明通過在葉 輪中的葉片兩端與輪盤和輪蓋之間相應(yīng)的位置開一定大小和數(shù)量的間隙，靠 葉片壓力和吸力面兩側(cè)的壓差在間隙內(nèi)產(chǎn)生氣流射流，就可以產(chǎn)生與輪盤和 輪蓋表面邊界層內(nèi)的二次流方向相反的射流，從而減弱或消除離心式閉式葉 輪的二次流強(qiáng)度，減弱射流一尾跡結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高離心葉輪的性能和整機(jī)性 能，這就是本發(fā)明的工作原理。
計(jì)算例按本發(fā)明的技術(shù)方案，用得到廣泛應(yīng)用的商業(yè)流場(chǎng)計(jì)算程序， 對(duì)美國(guó)航空航天局(NASA) Lewis研究中心公開發(fā)表的一臺(tái)低速大尺度離
心壓縮機(jī)LSCC葉輪進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比。原LSCC葉輪是半開式葉輪，申請(qǐng)人 首先對(duì)原葉輪的性能進(jìn)行了計(jì)算，驗(yàn)證算法的正確性。其次，將該葉輪按閉 式葉輪計(jì)算；計(jì)算完成后，對(duì)該閉式葉輪的每個(gè)葉片，從其入口到葉輪出口 的75%長(zhǎng)度位置，在每個(gè)葉片和輪蓋之間開鑿一寬2.5毫米的間隙，再按同 樣網(wǎng)格和計(jì)算模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，在高效率點(diǎn)工況附近，采用本發(fā)明的葉片 開縫的閉式葉輪效率比完全閉式葉輪的效率高1.0%多。這僅僅是申請(qǐng)人根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)任意在某位置開的一個(gè)縫隙，以驗(yàn)證本發(fā)明的效果，當(dāng)然，在此基礎(chǔ) 上還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地優(yōu)化分析，確定間隙的大小以及在葉片上的分 布。
權(quán)利要求
1.一種葉片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪，包括輪蓋(1)、輪盤(2)以及多個(gè)離心葉輪葉片(3)，整個(gè)葉輪繞轉(zhuǎn)軸中心旋轉(zhuǎn)，其特征在于，所述的葉片(3)中的至少一個(gè)葉片上開有至少一條間隙(4)，該間隙(4)位于葉片與輪盤(2)之間，或者葉片與輪蓋(1)之間，或者葉片兩端與輪盤、輪蓋之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的葉片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪， 其特征在于，所述的間隙(4)沿輪盤/輪蓋從某處一直連續(xù)開到葉輪出口或 僅僅開在沿輪盤/輪蓋表面的葉片中間某處。
3. 如權(quán)利要求1所述的葉片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪， 其特征在于，所述的間隙(4)開在每個(gè)葉片上，或者每隔幾個(gè)葉片有一個(gè) 開有間隙(4)的葉片。
4. 如權(quán)利要求1所述的葉片與輪盤/輪蓋具有間隙的離心式閉式葉輪， 其特征在于，所述的間隙(4)是狹長(zhǎng)的窄縫或其他形狀的縫隙。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種葉片與輪盤輪蓋之間具有間隙的離心式閉式葉輪，包括輪蓋、輪盤以及多個(gè)離心葉輪葉片，整個(gè)葉輪繞轉(zhuǎn)軸中心旋轉(zhuǎn)，在葉輪中的至少一個(gè)葉片上開有至少一條間隙，該間隙位于葉片與輪盤之間，或者葉片與輪蓋之間，或者葉片同時(shí)與輪盤、輪蓋兩者之間。離心葉輪的葉片可以是各種類型的離心風(fēng)機(jī)葉片，如前彎、徑向出口和后彎的，板型的或翼型的。由于這些間隙的存在，葉片壓力面的氣流將向吸力面流動(dòng)，在間隙內(nèi)將產(chǎn)生射流氣流，從而消除或減弱閉式離心葉輪輪盤或輪蓋表面邊界層內(nèi)的二次流動(dòng)，提高閉式離心葉輪性能和整機(jī)性能。
文檔編號(hào)F04D29/30GK101109394SQ20071001846
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月14日
發(fā)明者光 席, 李景銀, 梁亞勛, 華 田 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)