專利名稱：用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到離心泵和離心式風(fēng)機領(lǐng)域，特指一種用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪。
背景技術(shù)：
自從離心泵和離心風(fēng)機問世以來，其工作的核心部件葉輪的結(jié)構(gòu)就一直建立在一個假設(shè)的理論基礎(chǔ)之上的，就是使葉輪的葉片數(shù)量無限多，葉片的厚度無限小，從而消除水在葉輪內(nèi)的渦流以提高整個離心泵的工作效率以達到節(jié)能的效果。但在實際結(jié)構(gòu)中，葉輪的葉片數(shù)量是寥寥無幾的，即在離心泵整體設(shè)計的有效體積下，葉片的數(shù)量是有限的，而且葉片也存在一定的厚度。正因為理論與實際存在著此種差異，多少世紀以來，人們普遍認為這些無用功的消耗是屬于正常的。以水泵為例，盡管有的水泵其運行效率不到50％，人們卻堅持照樣生產(chǎn)、照樣使用，認為這是客觀存在。事實并非如此，眾所周知，水泵的工作是依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)給水產(chǎn)生沿半徑方向的離心力來做功的，但是水在葉輪中還同時受到另一種與葉輪旋轉(zhuǎn)相反的切線方向的“科里奧利”力(以下簡稱科氏力)和慣性力的作用，且產(chǎn)生加速度α1和α2.形成合力加速度α。(參見圖1)“科氏力”是真實存在，火車從地球的北極點出發(fā)沿著經(jīng)線運行時，其右邊(西邊)一根鋼軌磨損加大；同樣，從南極點開出的火車，其左邊(西邊)一根鋼軌磨損加大，這是因為地球往東邊旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的“科氏”力作用造成的結(jié)果。而泥沙泵的葉輪和鍋爐引風(fēng)機的葉輪，參見圖1所示，其葉片工作面F1磨損比非工作面F2要嚴重得多也證明了“科氏”力的存在。因此葉輪在高速旋轉(zhuǎn)時，介質(zhì)在葉輪中所受離心力將隨著半徑的增加而加大，“科氏”力則是隨水在葉輪內(nèi)半徑方向的流速增加而加大的，而且其方向為葉輪旋轉(zhuǎn)相反的切線方向；所謂慣性力是因為科氏力并不是在水泵葉輪的中心點開始，而是葉片進水口半徑處開始，也就是說進水管道的水在進入葉輪的葉片流道以前并不旋轉(zhuǎn)，直到水在進入葉片流道時才開始突然加速旋轉(zhuǎn)，這種加速度的相反方向就會產(chǎn)生慣性力，慣性力和“科氏力”為同一方向。又因葉輪進水口處半徑要比出水口出的半徑小得多，也就是說兩葉片之間的弧長，其出口處要比進口處大得多。長期以來，人們?yōu)榱藦浹a此進出口弧長的差別，采用縮小葉輪出水口處的軸向?qū)挾鹊霓k法來解決(參見圖1)。無論葉輪出口軸向?qū)挾瓤s小或不縮小，對傳統(tǒng)的水泵葉輪都存在嚴重的缺點1.水在葉輪中除受到徑向離心力外，還受到切向(橫向)的“科里奧利”力和慣性力的作用。所以靠近葉片背面區(qū)域的水在“科氏”力和慣性力的作用下會拼命的往后面一塊葉片的工作面方向“擠”去。因此，靠近葉片工作面附近的出口處，水流速度將會加快，從而使此處的摩擦阻力增大。此時出口附近的水其自身所產(chǎn)生的離心力已不夠克服其加速流動所帶來的阻力，還要依靠葉輪的中間半徑處介質(zhì)的離心力把出口附近的水“推”出去。而半徑大處其水的離心力也大，那么正常情況下應(yīng)該是大半徑處水的離心力要去拉動小半徑處的水，使水加快進入葉輪，因此就能提高進水口處的負壓，從而提高水泵的進水揚程和流量。但是以上現(xiàn)象就恰恰相反。也有的其大半徑處的較大離心力能滿足靠近葉片工作面一段出口處水的加速流動所增加的摩擦阻力，但其再也無力去抽吸流道進口處的水流加速進入了只能依靠流道中小半徑水的離心力來抽吸流道的水。因此發(fā)生此種過程無疑要影響水泵的流量和進水揚程。
2.由于靠近葉片背面的水被“科氏”力和慣性力所產(chǎn)生的加速度α1和α2拉向了另一葉片工作面附近去了，所以葉片背面附近的區(qū)域內(nèi)將會形成“負壓”區(qū)(如圖1所示的“F3”區(qū)域)。此負壓區(qū)會將葉輪以外蝸殼內(nèi)的帶正壓的水拉進來形成渦流。此種現(xiàn)象就象水堰的溢流口流下的水所形成的“水雍”造成渦流一樣的原理(如圖1所示的“F4”區(qū)為“水雍”現(xiàn)象)。此現(xiàn)象每種離心泵(風(fēng)機)的葉輪都存在，只是程度不同而已。
3.還有一種不良結(jié)構(gòu)的水泵葉輪，其流道出口與進口的過度收縮后的軸向?qū)挾认嗟然虺隹诼孕↑c。這樣的葉輪內(nèi)靠近葉片工作面的水流將向外作加速運動。不能充分利用大半徑處有著較大離心力來抽吸小半徑處加速度進水。因為葉片背面附近區(qū)域的水同樣受到“科氏”力和慣性力的影響而拼命往后面葉片工作面“擠”，此處同樣形成了負壓和空穴區(qū)。但是因為葉輪出口處流道軸向?qū)挾容^大，很容易使蝸殼內(nèi)的水進入此負壓空穴區(qū)內(nèi)。所以流道出口一段的水不能形成對葉輪進口處的抽吸作用。此種現(xiàn)象就好象盆里盛著水，在其底部開一個小孔，此時孔口所流出的水作加速度往下流。如果在孔的出口處焊上一節(jié)內(nèi)徑與孔徑相等的短管，此時管內(nèi)水流就變成了勻速運動，而且比不焊管時的流量要大很多。這是因為短管內(nèi)水柱對入口的抽吸作用造成的。如果所焊短管的直徑加大2～3倍，管內(nèi)水的流動就會變成與不焊管時一樣作加速運動，其流量也變成與不焊管時一樣大了。這是因為管的底部會在周圍進入空氣的緣故。此例與水泵葉輪流道中水的流動很相似。所以應(yīng)該設(shè)法避免水在葉輪流道進口一段以后不再作加速度運動。但流道進口處又恰恰相反，應(yīng)設(shè)法使水有較大的加速度進入葉輪流道內(nèi)。所以流道進口處的軸向?qū)挾葢?yīng)加大些并且由大到小圓滑過度。更重要的是要設(shè)法杜絕葉片背面附近產(chǎn)生負壓和空穴區(qū)的現(xiàn)象。
4.傳統(tǒng)的葉輪外徑出口處的軸向?qū)挾茸冃。页隹谥行牟辉谖仛ぶ行模@樣將造成以下缺點，前者既不能充分利用水離開葉輪外徑時所具有動能，因為狹窄的噴水怎能沖動大管徑水的前進，所以只能將動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓力后，再由靜壓力將水壓向出水管。又因葉輪出口處軸向?qū)挾炔辉谖仛ぶ行模瑢沽黧w沿著蝸殼流道一單側(cè)進水口以便橫向作螺旋狀旋轉(zhuǎn)，對于那些小流量和高揚程的泵，此種現(xiàn)象就會特別嚴重，因此而消耗很多無用功。
從以上分析可知，對那些流量較大的和揚程不很高的水泵和風(fēng)機，以上幾種現(xiàn)象較小，但還是存在影響。特別是葉片數(shù)量較多的葉輪，葉片背面負壓的渦流較小，但葉片過密，其摩擦表面增加，也增加了摩擦損失。對那些流量較小，揚程又較高的水泵影響就會很大，值得特別提出的是對那些廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中的紙漿泵、泥沙泵和一切輸送含有固體物和懸浮物的液體容易將葉輪進水口堵塞的泵，因其葉片數(shù)量偏少，以上現(xiàn)象的影響就會更大一些，因此其運行效率也會很低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠提高離心泵和離心式風(fēng)機的工作效率，能大大降低能耗的用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的解決方案為一種用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪，它包括輪殼、腹板以及裝設(shè)于腹板上的2塊或2塊以上的葉片，相鄰葉片之間形成流道，其特征在于所述葉片由主葉片和副葉片組成，所述主葉片和副葉片在葉輪的小半徑端重疊在一塊，隨著葉輪半徑的增大主葉片和副葉片之間的距離漸寬，主葉片和副葉片在葉輪的最大半徑處通過一密封板相連。
所述流道為葉片的主葉片與相鄰葉片的副葉片之間的空腔，從葉輪的小半徑處至葉輪的大半徑處流道的法向?qū)挾忍幪幭嗟取?br>
所述主葉片和副葉片于葉輪小半徑端重疊于一起的厚度等于葉輪大半徑端一塊主葉片或副葉片的厚度。
所述葉片的主葉片和副葉片與葉輪外徑圓弧曲面組成一個曲面斜三角形，所述密封板設(shè)置于葉片的主葉片和副葉片與葉輪外徑的重合處。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于1、本發(fā)明的用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪安裝于離心泵和離心式風(fēng)機后，能使葉輪流道中的介質(zhì)的所有流線幾乎均處于平行的穩(wěn)定流動，使該介質(zhì)在葉輪各流道中無渦流、無旋流和無湍動。整個葉輪的結(jié)構(gòu)就像用若干根方形彎管等分焊于一塊圓形平板上一樣，所以介質(zhì)在葉輪內(nèi)的流動就變成了彎管內(nèi)的平穩(wěn)流動。流道中的任一橫截面上都接近均勻的壓力流場。流道中除進口一段為過度加速流動外，流道的其余部分都接近等速流動。因此，在流道任何一個橫截面上不存在有正壓和負壓的變化。所以完全消除了葉片背面的負壓和空穴，從而避免了蝸殼內(nèi)的水倒流到葉輪內(nèi)形成“水雍”和渦流的現(xiàn)象發(fā)生；
2、本發(fā)明的用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪，由于葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力與“科氏”力和慣性力之合力的方向也幾乎是向著后彎形方向。所以流道中流場的密度較均勻。前面說過，流道中的流速幾乎相等，就好象管內(nèi)流動一樣。這樣有利于葉輪流道內(nèi)大半徑處的較大離心力去抽吸小半徑流道中水流的作用。從而使流道進口處水的流速加快，水泵進水管中的真空度提高后，同時也就增加了水泵的流量，從而達到提高水泵的運行效率。
3、本發(fā)明的用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪，因為各個流道的法向?qū)挾冉跸嗟龋虼耸谷~輪的各個流道的橫截面都幾乎成了正方形，較傳統(tǒng)的葉輪結(jié)構(gòu)的狹窄流道中的濕周長大大減少，從而加大了流道中的水力半徑，從而減少了流道中的水力摩擦損失；4、本發(fā)明的用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪，由于葉輪流道出水口的軸向?qū)挾容^傳統(tǒng)的寬度加大了，所以出口處所噴出的水不再像傳統(tǒng)的成為一塊間斷的薄形水餅。而是成為有較大寬度的間斷噴出的方形水柱。從而消除了蝸殼內(nèi)的單側(cè)旋轉(zhuǎn)螺旋狀的渦流。另一方面，由于流道口軸向?qū)挾鹊脑黾樱湍艹浞掷昧鞯莱隹谔幩趪姵鰰r所具有的動能，不再因蝸殼兩邊水流的旋轉(zhuǎn)將部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)閯菽埽儆蓜菽苻D(zhuǎn)變?yōu)閯幽艿耐的芰哭D(zhuǎn)換，從而也避免了一些能量損失。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中葉輪結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是本發(fā)明葉輪結(jié)構(gòu)的主視示意圖；圖3是本發(fā)明葉輪結(jié)構(gòu)的側(cè)向剖視示意圖。
圖例說明1、輪殼 2、腹板3、葉片 31、主葉片32、副葉片4、流道5、密封板具體實施方式
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
如圖2和圖3所示，本發(fā)明的用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪，它包括輪殼1、腹板2以及裝設(shè)于腹板2上的2塊或2塊以上的葉片3，相鄰葉片3之間形成流道4，該葉片3由主葉片31和副葉片32組成，主葉片31和副葉片32在葉輪的小半徑端重疊在一塊，隨著葉輪半徑的增大，主葉片31和副葉片32之間的距離漸寬，主葉片31和副葉片32在葉輪的最大半徑處通過一密封板5相連。在較佳實施例中，主葉片31和副葉片32于葉輪小半徑端重疊于一起的厚度等于葉輪大半徑端一塊主葉片31或副葉片32的厚度。葉片3的主葉片31和副葉片32與葉輪外徑圓弧曲面組成一個曲面斜三角形，密封板5設(shè)置于葉片3的主葉片31和副葉片32與葉輪外徑的重合處，該密封板5用一塊薄鋼板制成，沿著葉輪外徑的曲面用鉚釘封嚴，使水流不進入此斜三角形區(qū)內(nèi)。該流道4為葉片3的主葉片31與相鄰葉片3的副葉片32之間的空腔，這樣的話還可進一步使從葉輪的小半徑處至葉輪的大半徑處流道4的法向?qū)挾忍幪幭嗟龋麄€葉輪的結(jié)構(gòu)就像用若干根方形彎管等分焊于一塊圓形平板上一樣，所以介質(zhì)在葉輪內(nèi)的流動就變成了彎管內(nèi)的平穩(wěn)流動，流道中的任一橫截面上都接近均勻的壓力流場，因此就能使葉輪流道中的介質(zhì)的所有流線幾乎均處于平行的穩(wěn)定流動，使該介質(zhì)在葉輪各流道中形成無渦流、無旋流和無湍動的流動，整個流道中除進口一段為過度加速流動外，流道的其余部分都接近等速流動。如上所述，在流道任何一個橫截面上就不再存在有正壓和負壓的變化，完全消除了葉片背面的負壓和空穴，從而避免了蝸殼內(nèi)的水倒流到葉輪內(nèi)形成“水雍”和渦流的現(xiàn)象發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪，它包括輪殼(1)、腹板(2)以及裝設(shè)于腹板(2)上的2塊或2塊以上的葉片(3)，相鄰葉片(3)之間形成流道(4)，其特征在于所述葉片(3)由主葉片(31)和副葉片(32)組成，所述主葉片(31)和副葉片(32)在葉輪的小半徑端重疊在一塊，隨著葉輪半徑的增大主葉片(31)和副葉片(32)之間的距離漸寬，主葉片(31)和副葉片(32)在葉輪的最大半徑處通過一密封板(5)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪，其特征在于所述流道(4)為葉片(3)的主葉片(31)與相鄰葉片(3)的副葉片(32)之間的空腔，從葉輪的小半徑處至葉輪的大半徑處流道的法向?qū)挾忍幪幭嗟取?br>
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪，其特征在于所述主葉片(31)和副葉片(32)于葉輪小半徑端重疊于一起的厚度等于葉輪大半徑端一塊主葉片(31)或副葉片(32)的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪，其特征在于所述葉片(3)的主葉片(31)和副葉片(32)與葉輪外徑圓弧曲面組成一個曲面斜三角形，所述密封板(5)設(shè)置于葉片(3)的主葉片(31)和副葉片(32)與葉輪外徑的重合處。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪，其特征在于所述葉片(3)的主葉片(31)和副葉片(32)與葉輪外徑圓弧曲面組成一個曲面斜三角形，所述密封板(5)設(shè)置于葉片(3)的主葉片(31)和副葉片(32)與葉輪外徑的重合處。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪，它包括輪殼、腹板以及裝設(shè)于腹板上的2塊或2塊以上的葉片，相鄰葉片之間形成流道，所述葉片由主葉片和副葉片組成，所述主葉片和副葉片在葉輪的小半徑端重疊在一塊，隨著葉輪半徑的增大主葉片和副葉片之間的距離漸寬，主葉片和副葉片在葉輪的最大半徑處通過一密封板相連。本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠提高離心泵和離心式風(fēng)機的工作效率，能大大降低能耗的用于離心泵和離心式風(fēng)機的葉輪。
文檔編號F04D29/30GK1757932SQ20051003230
公開日2006年4月12日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者陳永生, 陳瑜 申請人:陳瑜