一种分层错列的低噪声特性离心泵叶轮

技术领域

本发明涉及一种分层错列的低噪声特性离心泵叶轮，属于流体机械领域。

背景技术

离心泵被广泛应用于化工、机械、交通等行业，而随着工业的发展，对离心泵振动噪声的要求越来越高。要实现离心泵低振动噪声的目标，必须深入分析离心泵振动噪声的产生机理，以便在设计离心泵过程中可以有效地采取相关措施进行控制。离心泵产生振动噪声的主要原因有机械、结构以及水利方面的原因。而对于机械和结构方面的原因，在设计阶段以及生产装配过程中可以避免或者减少。对于水力原因，主要是流体在流道中的不稳定流动、流体流动过程中产生的汽蚀以及压力脉动等造成水力振动，因此在当前的水泵研发中，水力方面的原因是离心泵振动的主要原因，压力脉动则是水力方面引起水泵振动的主要原因之一，而引起水泵压力脉动的主要原因是叶轮和蜗壳之间的动静干涉。

目前，何希杰通过改变叶轮和蜗舌之间的间隙，监测离心泵内部压力脉动的变化，得到了叶轮与蜗壳之间的间隙与离心泵压力脉动变化的规律，并且得到了离心泵隔舌安装角与间隙之间的计算公式。祝磊等通过改变径向间隙及隔舌形状对离心泵进行数值模拟，得到径向间隙增大压力脉动会有一定的降低。蒋跃通过改变蜗壳基圆直径来研究叶轮与隔舌间隙对离心泵性能、压力脉动和径向力的影响规律，得到随着基圆直径的增大，蜗壳内部静压逐渐增加，计算模型叶轮转频的脉动幅值减小。说明调整叶轮与隔舌之间的间隙到一定数值的时候，可以改善叶轮与蜗壳之间的动静干涉作用。

本发明通过隔板将叶轮分层、错列一定角度，且隔板将叶轮出口流道分割，使前、后叶轮扫略隔舌时产生相位差，降低整个叶轮动静干涉引起的振动噪声能量，对叶轮隔舌动静干涉引发的压力脉动有一定的抑制作用，达到低噪声设计的目的。

发明内容

本发明提出了一种分层错列的低噪声特性离心泵叶轮，减少了由叶轮-隔舌动静干涉引起的振动噪声能量，达到低噪声泵设计的目的。

根据本发明提供的一种分层错列的低噪声特性离心泵叶轮，该叶轮由前叶轮、隔板与后叶轮组成，装配在蜗壳中。

在本发明中，隔板布置于叶轮中间截面处，将叶轮出口分成前后双层流道，使前、后叶轮出流流体不能混合，后叶轮相对于前叶轮沿叶轮中心按叶轮旋转方向正或反旋转，形成错列；从而使前、后叶轮能够单独扫略隔舌并产生相位差，形成明显的双重干涉。

所述隔板厚度b与叶轮叶片平均厚度δ有关，其取值范围为0.5δ～1.0δ。蜗壳隔舌位置决定隔板外径大小，隔板外径为，以叶轮旋转中心为圆心且与隔舌相切的圆的半径减去2～4mm。

后叶轮相对于前叶轮沿叶轮中心按叶轮旋转方向正或反旋转，旋转角度α取决于叶片数n，即0＜α≤180/n。

分层后的叶片保持原叶轮模型进口设计参数不变。

该双层错列叶轮结构适用于圆柱型叶片和扭曲型叶片的设计。

本发明提供了一种分层错列的低噪声特性离心泵叶轮，其具有以下技术优势：该双层错列式叶轮适用于低振动噪声离心泵叶轮设计，通过隔板将叶轮分层错列，且将叶轮出口流道分割，使前、后叶轮出流无法混合，扫略隔舌时产生相位差，降低叶轮-隔舌动静干涉引发的压力脉动，从而降低动静干涉引起的振动噪声能量，达到低噪声设计的目的。

附图说明

图1是本发明的双层错列叶轮-蜗壳示意图。

图2是本发明的双层错列叶轮隔板布置示意图。

图3是本发明的双层错列叶轮三维示意图。

图4是本发明的双层错列叶轮-蜗壳匹配三维示意图。

图5是本发明的蜗壳监测点设置示意图。

图6是本发明的监测点压力脉动频域图，图(a)为P1监测点压力脉动频域图，图(b)为P2监测点压力脉动频域图，图(c)为P3监测点压力脉动频域图。

1、前叶轮；2、隔板；3、后叶轮；4、蜗壳。

具体实施方式

本发明提出了一种分层错列的低噪声特性离心泵叶轮。

该叶轮由前叶(1、隔板2与后叶轮3组成，安装于蜗壳4中。通过叶轮分层错列、隔板分割叶轮出口流道的方式一定程度上抑制了泵运行时由叶轮-隔舌动静干涉所产生的振动噪声能量。下面参照附图对本发明的具体实施方式进一步详细说明。

如图1所示，为双层错列叶轮-蜗壳示意图。本次具体实施方式中，原叶轮叶片数n为6，隔板2布置于叶轮中截面处，通过隔板将叶轮分成前叶轮1与后叶轮3，前后叶轮叶片数保持不变均为6。根据错列角度公式0＜α≤180/n可得错列角度0＜α≤30°，在本次实施中取α＝30°。隔板厚度为3mm，布置于叶轮中截面处如图2所示。第一层叶轮相对位置保持不变，第二层叶轮沿叶轮中心按叶轮旋转方向旋转30°，使得双层叶轮形成错列结构，布置如图3所示。隔板半径R大小为与隔舌相切圆的半径减2mm，为147mm。

通过对原始叶轮整泵模型与本发明叶轮整泵模型进行非定常数值模拟计算，取隔舌附近非定常流动典型三个点P1、P2与P3的压力脉动数据进行频谱处理。监测点布置如图5所示，三个监测点均位于蜗壳内半径为140mm的圆上，位于叶轮出口距离叶轮前盖板3mm处，三点间角度均为18°。图6为压力脉动频域图，其中Or为原始叶轮，New为本发明叶轮，(a)、(b)、(c)图分别为P1、P2与P3监测点压力脉动频域图。由图6可知在P1、P2与P3点处，采用本发明叶轮对一倍叶轮通过频率有明显的抑制，其幅值大大降低。既叶轮隔舌动静干涉诱发的压力脉动能量有了明显的降低。

综上所述，通过改变叶轮的结构，重构叶轮-隔舌的动静干涉能量分布，使得前后叶轮扫略隔舌时产生双重干涉，大大降低动静干涉能量，抑制叶轮-隔舌动静干涉效应产生的压力脉动，从而达到减小干涉引起的振动噪声能量，进而实现低噪声离心泵的设计。