叶片泵的叶片、叶片泵及其使用方法

技术领域

本发明涉及叶片泵技术领域，尤其是涉及一种叶片泵的叶片、叶片泵及其使用方法。

背景技术

叶片泵作为一种流体机械，被广泛应用于水利工程、石油化工等各种领域，提高叶片泵的运行效率对于节能减排具有重要意义。

在叶片泵内，由于叶片和转轮室内侧壁之间存在不可避免的间隙，高压流体会从压力侧通过间隙射流至吸力侧，在与主流相互作用后形成复杂的叶顶间隙涡流结构，导致了流动损失，影响了泵的高效运行，还会进一步诱发叶顶间隙泄漏涡空化，严重危害泵的稳定运行。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种叶片泵的叶片，能够对间隙泄漏涡和泄漏涡空化产生明显的抑制作用，有利于提高叶片泵的安全稳定运行水平以及水力效率。

根据本发明第一方面实施例的叶片泵的叶片，所述叶片的叶顶开设有凹槽，所述凹槽靠近所述叶片的前缘，所述凹槽在所述叶片的压力侧和所述叶片的吸力侧形成开口，所述凹槽在所述叶片的压力侧的开口深度小于所述凹槽在所述叶片的吸力侧的开口深度。

根据本发明实施例的叶片泵的叶片，具有如下优势：第一、通过在叶片的叶顶开设有凹槽，凹槽靠近叶片的前缘，凹槽在叶片的压力侧和叶片的吸力侧形成开口，从而可以在凹槽内形成射流，射流可以对间隙泄漏涡产生冲击作用，从而达到抑制叶顶间隙泄漏涡的效果；第二、通过使凹槽在叶片的压力侧的开口深度小于凹槽在叶片的吸力侧的开口深度，即凹槽为变深度凹槽，变深度凹槽能够明显提高凹槽在叶片的吸力侧的开口附近的流场压力，从而达到抑制泄漏涡空化的效果；第三、本发明实施例的凹槽尺寸微小，凹槽对叶片整体结构的能量特性的影响小，适用于任何叶片的叶顶与转轮室内壁面具有间隙的叶片泵。由上，本发明能够有效抑制叶片泵内的叶片的叶顶间隙泄漏涡和泄漏涡空化的产生，有利于提高叶片泵的安全稳定运行水平以及叶片泵的水力效率，同时对叶片泵的能量特性的影响小。

根据本发明的一些实施例，沿所述叶片的压力侧至所述叶片的吸力侧的方向，所述凹槽的深度线性增加。

根据本发明的一些实施例，所述凹槽在所述压力侧和所述吸力侧的开口的排布方向与所述叶片的叶顶弦线呈设定夹角。

根据本发明的一些实施例，所述凹槽在所述压力侧和所述吸力侧的开口的排布方向与所述叶片的叶顶弦线垂直。

根据本发明的一些实施例，所述凹槽在所述叶顶的开口边缘包括第一边缘和第二边缘，所述第一边缘位于所述叶片的前缘和所述第二边缘之间，所述第一边缘与所述叶片的前缘之间的间距为c，所述叶片的间隙泄漏涡的起始点与所述叶片的前缘之间的距离为c

根据本发明的一些实施例，所述凹槽沿所述叶片的叶顶弦线方向上相对的两个侧壁相互平行。

本发明第二方面还提出了一种叶片泵。

根据本发明第二方面实施例的叶片泵，包括转轮室和根据本发明第一方面任意一个实施例的叶片泵的叶片，所述叶片可旋转地设于所述转轮室。

由于根据本发明实施例的叶片泵包括根据本发明第一方面实施例的叶片泵的叶片，因此，本发明实施例的叶片泵至少具有如下优势，第一、通过在叶片的叶顶开设有凹槽，凹槽靠近叶片的前缘，凹槽在叶片的压力侧和叶片的吸力侧形成开口，从而可以在凹槽内形成射流，射流可以对间隙泄漏涡产生冲击作用，从而达到抑制叶顶间隙泄漏涡的效果；第二、通过使凹槽在叶片的压力侧的开口深度小于凹槽在叶片的吸力侧的开口深度，即凹槽为变深度凹槽，变深度凹槽能够明显提高凹槽在叶片的吸力侧的开口附近的流场压力，从而达到抑制泄漏涡空化的效果；第三、本发明实施例的凹槽尺寸微小，凹槽对叶片整体结构的能量特性的影响小，适用于任何叶片的叶顶与转轮室内壁面具有间隙的叶片泵。由上，本发明能够有效抑制叶片泵内的叶片的叶顶间隙泄漏涡和泄漏涡空化的产生，有利于提高叶片泵的安全稳定运行水平以及叶片泵的水力效率，同时对叶片泵的能量特性的影响小。

根据本发明的一些实施例，所述凹槽的深度不大于所述叶片的叶顶与所述转轮室内壁面之间的距离。

根据本发明的一些实施例，所述凹槽沿所述叶片的叶顶弦线方向上相对的两个侧壁之间的距离为w，所述叶片的叶顶与所述转轮室内壁面之间的距离为τ，0.5τ＜w≤2τ。

本发明第三方面还提出了一种叶片泵的使用方法。

根据本发明第三方面实施例的叶片泵的使用方法，基于根据本发明第二方面任意一个实施例的叶片泵，包括：根据所述叶片泵不同的运行工况，更换不同规格的所述叶片，不同规格的所述叶片的所述凹槽的结构不同。

根据本发明实施例的叶片泵的使用方法，通过根据叶片泵不同的运行工况，更换不同规格的叶片，可以使得凹槽在叶片泵不同的运行工况下对间隙泄漏涡和泄漏涡空化都能达到较好或最好的抑制效果。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的叶片泵的叶片的结构示意图。

图2为本发明实施例的叶片泵的叶片的局部放大图。

图3为相关技术中的叶片以及该叶片在叶轮流道内产生的间隙泄漏涡的示意图。

图4为本发明实施例中的叶片以及该叶片在叶轮流道内产生的间隙泄漏涡的示意图。

图5为相关技术中的叶片以及该叶片在叶轮流道内产生的泄漏涡空化的示意图。

图6为本发明实施例中的叶片以及该叶片在叶轮流道内产生的泄漏涡空化结构的示意图。

附图标记：

叶片泵的叶片100；

叶顶10；凹槽20；第一边缘201；第二边缘202；前缘30；

压力侧40；吸力侧50；叶顶弦线60；间隙泄漏涡的起始点70；后缘80；

叶根90；

间隙泄漏涡A；泄漏涡空化B。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本发明中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“附接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本发明的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本发明实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本发明构成任何限定。

本发明中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

下面结合图1至图6来描述本发明的叶片泵的叶片100、叶片泵及其使用方法。

如图1至图6所示，根据本发明第一方面实施例的叶片泵的叶片100，叶片100的叶顶10开设有凹槽20，凹槽20靠近叶片100的前缘30，凹槽20在叶片100的压力侧40和叶片100的吸力侧50形成开口，凹槽20在叶片100的压力侧40的开口深度小于凹槽20在叶片100的吸力侧50的开口深度。

更为具体地，叶片100的叶根90是指叶片100将叶片100固定在叶片泵的转鼓上的连接部分，叶片100的叶顶10为叶片100背向叶根90的侧面。

叶片泵工作时，叶片100的压力侧40对流体做功，对流体有挤压作用；同时，由于叶片100的旋转作用，流体在叶片100的吸力侧50有脱离壁面的倾向，导致吸力侧50处压力降低，表现为叶片100的吸力侧50对流体有吸力作用。

叶片100的叶型为叶片100具有气动外形的叶片剖面，叶片100的前缘30是指叶片100的叶型在旋转方向的最前端连接压力侧40和吸力侧50的部分，叶片100的后缘80是指叶片100的叶型在旋转方向的最后端连接压力侧40和吸力侧50的部分。

叶片100的间隙泄漏涡A靠近叶片100的前缘30，因此凹槽20需要靠近叶片100的前缘30布置。

通过在叶片100的叶顶10开设有凹槽20，凹槽20在叶片100的压力侧40和叶片100的吸力侧50形成开口，从而凹槽20可以利用叶片100的压力侧40和叶片100的吸力侧50的压差，在凹槽20内形成射流，射流可以对间隙泄漏涡A产生冲击作用，抑制间隙泄漏涡A的进一步发展。

凹槽20在叶片100的压力侧40的开口深度小于凹槽20在叶片100的吸力侧50的开口深度。由于凹槽20在叶片100的吸力侧50的开口深度较大，因此，流体流速较慢，即本发明中的凹槽20位于吸力侧50的开口处的压力升高，进而能够明显提高凹槽20在叶片100的吸力侧50的开口附近的流场压力，从而可以有效抑制泄漏涡空化B。

可以参照图3和图4，其中，图3为相关技术中的叶片以及该叶片在叶轮流道内产生的间隙泄漏涡A的示意图，图4为本发明实施例中的叶片以及该叶片100在叶轮流道内产生的间隙泄漏涡A的示意图。对比可知，在叶片100上设置凹槽20后，间隙泄漏涡A尺度明显减小，证明本发明实施例中的凹槽20的设置能够明显抑制间隙泄漏涡A。

可以参照图5和图6所示，如图5所示，图5为相关技术中的叶片以及该叶片100在叶轮流道内产生的泄漏涡空化B的示意图，图6为本发明实施例中的叶片100以及该叶片100在叶轮流道内产生的泄漏涡空化B结构的示意图。对比可知，设置有本发明实施例中设有凹槽20后的叶片100，泄漏涡空化B尺度明显减小，证明本发明实施例中的凹槽20能够明显抑制泄漏涡空化B。

根据本发明实施例的叶片泵的叶片100，具有如下优势：第一、通过在叶片100的叶顶10开设有凹槽20，凹槽20靠近叶片100的前缘30，凹槽20在叶片100的压力侧40和叶片100的吸力侧50形成开口，从而可以在凹槽20内形成射流，射流可以对间隙泄漏涡A产生冲击作用，从而达到抑制叶顶10间隙泄漏涡A的效果；第二、通过使凹槽20在叶片100的压力侧40的开口深度小于凹槽20在叶片100的吸力侧50的开口深度，即凹槽20为变深度凹槽，变深度凹槽能够明显提高凹槽20在叶片100的吸力侧50的开口附近的流场压力，从而达到抑制泄漏涡空化B的效果；第三、本发明实施例的凹槽20尺寸微小，凹槽20对叶片100整体结构的能量特性的影响小，适用于任何叶片的叶顶与转轮室内壁面具有间隙的叶片泵。由上，本发明能够有效抑制叶片泵内的叶片100的叶顶10间隙泄漏涡A和泄漏涡空化B的产生，有利于提高叶片泵的安全稳定运行水平以及叶片泵的水力效率，同时对叶片泵的能量特性的影响小。

根据本发明的一些实施例，如图1和图2所示，沿叶片100的压力侧40至叶片100的吸力侧50的方向，凹槽20的深度线性增加，从而形成变深度凹槽20，变深度凹槽20能够明显提高凹槽20在叶片100的吸力侧50的开口附近的流场压力，从而有效抑制泄漏涡空化B。凹槽20的深度线性增加，这样，加工难度低。在一些实施例中，沿叶片100的压力侧40至叶片100的吸力侧50的方向，凹槽20的深度也可以非线性增加。

如图2所示，凹槽20在叶顶10的开口边缘包括第一边缘201和第二边缘202，第一边缘201位于叶片100的前缘30和第二边缘202之间，以第一边缘201靠近叶片100压力侧40的顶点为坐标系原点建立坐标系，第一边缘201所在的直线为t轴，沿第一边缘201靠近叶片100的压力侧40的端点到第一边缘201靠近吸力侧50的端点的方向为t轴正方向，沿凹槽20的深度方向且远离叶片100的方向为h轴正方向，在该坐标系下，凹槽20深度控制方程为：

其中，h

根据本发明的一些实施例，凹槽20在压力侧40和吸力侧50的开口的排布方向与叶片100的叶顶弦线60呈设定夹角。需要说明的是，叶片100的叶顶10的叶型的中弧线与叶片100叶顶10的叶型的前缘30和后缘80分别相交于两点，两点之间的连线为叶片100的叶顶弦线60。本发明实施例中的设定夹角的大小可以为90°、89°、88°、85°、80°、91°、92°、93°、95°、100°或其中任意两个值之间的任意值等等。

根据本发明的一些实施例，凹槽20在压力侧40和吸力侧50的开口的排布方向与叶片100的叶顶弦线60垂直。这样，便于加工，加工难度更小，凹槽20中的射流强度高，对间隙泄漏涡A的抑制效果好。

根据本发明的一些实施例，如图1和图2所示，凹槽20在叶顶10的开口边缘包括第一边缘201和第二边缘202，第一边缘201位于叶片100的前缘30和第二边缘202之间，第一边缘201与叶片100的前缘30之间的间距为c，叶片100的间隙泄漏涡的起始点70与叶片100的前缘30之间的距离为c

需要说明的是，叶片100的间隙泄漏涡的起始点70与叶片100的前缘30之间的距离可以通过试验或数值模拟结果进行确定。凹槽20位于间隙泄漏涡的起始点70的下游侧时，才能够对间隙泄漏涡A产生抑制作用，因此c应该大于c

根据本发明的一些实施例，凹槽20沿叶片100的叶顶弦线60方向上相对的两个侧壁相互平行。这样，方便加工，且随着来流参数的变化，凹槽20始终可以起到抑制间隙泄漏涡A和泄漏涡空化B的作用。在一些实施例中，凹槽20沿叶片100的叶顶弦线60方向上相对的两个侧壁也可以不平行，例如，沿叶片100的叶顶弦线60方向上相对的两个侧壁在靠近吸力侧50的间距大于压力侧40的间距，在叶片泵的某些工况下也可以起到抑制间隙泄漏涡A和泄漏涡空化B的作用。

本发明第二方面还提出了一种叶片泵。

根据本发明第二方面实施例的叶片泵，包括轮转室和根据本发明第一方面任意一个实施例的叶片泵的叶片100，叶片100可旋转地设于轮转室。可以理解的是，叶片泵包括泵壳体，泵壳体限定出轮转室。

由于本发明的叶片泵包括根据本发明第一方面任意一个实施例的叶片泵的叶片100，因此，本发明的叶片泵至少具有如下优势：第一、通过在叶片100的叶顶10开设有凹槽20，凹槽20靠近叶片100的前缘30，凹槽20在叶片100的压力侧40和叶片100的吸力侧50形成开口，从而可以在凹槽20内形成射流，射流可以对间隙泄漏涡A产生冲击作用，从而达到抑制叶顶10间隙泄漏涡A的效果；第二、通过使凹槽20在叶片100的压力侧40的开口深度小于凹槽20在叶片100的吸力侧50的开口深度，即凹槽20为变深度凹槽20，变深度凹槽20能够明显提高凹槽20在叶片100的吸力侧50的开口附近的流场压力，从而达到抑制泄漏涡空化B的效果；第三、本发明实施例的凹槽20尺寸微小，凹槽20对叶片100整体结构的能量特性的影响小，适用于任何叶片的叶顶与转轮室内壁面具有间隙的叶片泵。由上，本发明能够有效抑制叶片泵内的叶片100的叶顶10间隙泄漏涡A和泄漏涡空化B的产生，有利于提高叶片泵的安全稳定运行水平以及叶片泵的水力效率，同时对叶片泵的能量特性的影响小。

根据本发明的一些实施例，凹槽20的深度不大于叶片100的叶顶10与转轮室内壁面之间的距离。这样，叶片泵的流量损失不会过大。更为具体地，例如，凹槽20的深度与叶片100的叶顶10与转轮室内壁面之间的距离的比值为0.9、0.8、0.7、0.6等等或其中两个值之间的任意值。凹槽20的深度不大于叶片100的叶顶10与转轮室内壁面之间的距离包括凹槽20在叶片100的压力侧40的开口深度和凹槽20在叶片100的吸力侧50的开口深度均不大于叶片100的叶顶10与转轮室内壁面之间的距离。

根据本发明的一些实施例，如图2所示，凹槽20沿叶片100的叶顶弦线60方向上相对的两个侧壁之间的距离为w，即凹槽20的宽度为w，叶片100的叶顶10与转轮室内壁面之间的距离为τ，0.5τ＜w≤2τ。

更为具体地，例如，凹槽20沿叶片100的叶顶弦线60方向上相对的两个侧壁之间的距离为0.6τ、0.7τ、0.8τ、0.9τ、1τ、1.1τ、1.3τ、1.5τ、1.7τ、1.9τ、2τ等等或者其中任意两个值之间的任意值。

需要说明的是，w＞0.5τ，这样凹槽20的宽度不会过小，以使凹槽20中可以形成足够强度的射流。同时，w≤2τ，这样凹槽20的宽度不会过大，过大的凹槽20的宽度会对叶片100结构产生较大损害，并且流动损失增大，进而会导致叶片泵的能量特性下降。

需要说明的是，获得图3至图6所示的模拟结果对应的模拟参数为：叶片100的叶顶10弦长C＝100mm，叶片100的展长(即叶片的叶顶到叶片的叶根的长度)S＝148mm，叶片100的最大厚度(垂直于展长方向和弦长方向上的最大尺寸)T＝9.9mm，叶片100的叶顶10与转轮室内壁面之间的距离为2mm，来流速度v＝10m/s。凹槽20在叶片100的压力侧40和叶片100的吸力侧50的开口的排布方向与叶片100的叶顶10弦线垂直，凹槽20沿叶片100的叶顶10弦线方向上相对的两个侧壁之间的距离为w＝2mm,凹槽20在叶片100的压力侧40的开口深度h

本发明第三方面还提出了一种叶片泵的使用方法。

根据本发明第三方面实施例的叶片泵的使用方法，基于根据本发明第二方面任一个实施例的叶片泵，包括：根据叶片泵不同的运行工况，更换不同规格的叶片100，不同规格的叶片100的凹槽20的结构不同。这里，不同规格的叶片100的凹槽20的结构不同包括凹槽20在叶片100的压力侧40的开口深度不同、凹槽20在叶片100的吸力侧50的开口深度不同、凹槽20在压力侧40和吸力侧50的开口的排布方向与叶片100的叶顶弦线60呈设定夹角大小不同、凹槽20的第一边缘201与叶片100的前缘30之间的间距不同、凹槽20沿叶片100的叶顶弦线60方向上相对的两个侧壁之间的距离不同。

更为具体地，例如，根据叶片泵的实际使用工况，直接更换具有相应规格的叶片100的叶片泵。

需要说明的是，当叶片泵的运行工况发生变化时，来流参数和叶顶间隙流强度均发生变化，对应地，凹槽20对间隙泄漏涡A和泄漏涡空化B的抑制效果也会发生变化，根据本发明实施例的叶片泵的使用方法，通过根据叶片泵不同的运行工况，更换不同规格的叶片100，可以使得凹槽20在叶片泵不同的运行工况下对间隙泄漏涡A和泄漏涡空化B都能达到较好或最好的抑制效果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。