一种凹槽射流结构及流动控制方法与流程

本发明涉及叶片泵，具体是一种凹槽射流结构及流动控制方法。

背景技术：

1、叶片泵是广泛使用的水力机械之一，其性能优劣对能量转化效率具有重要影响。叶顶间隙是叶片顶部与叶片泵外壳体内壁之间的间隙，其尺寸微小，但由其引发的泄漏流和相关的旋涡运动等现象对叶轮内部流动形态具有重要影响，从而影响叶片泵整体运行效率和稳定性。提出流动控制方法对优化叶轮内部流动形态，降低叶顶泄漏涡对叶片泵性能的影响十分必要。

2、经检索，已公开专利“一种减弱轴流泵叶顶泄漏流和泄漏涡的叶片结构”(申请号：201310412030.9)，则通过改变叶顶形状为锯齿形结构以减少泄漏量，其在加工装配过程中产生较大难度，且未从根本上抑制叶顶泄漏。

3、已公开专利“一种抑制轴流泵叶顶泄漏涡的叶片结构”(申请号：202110037044.1)通过在叶片压力面与叶顶之间开通腔体来干涉叶顶泄漏流，抑制泄漏涡，其腔体尺寸小，开通部位位于两个垂直面之间，存在较大的加工难度。

4、已公开专利“一种提高抗汽蚀性能的轴流泵叶轮”(申请号：201710294309.x)通过减小叶顶间隙，减弱叶顶泄漏涡，提高抗汽蚀性能。此方法对加工精度要求较高，大大增加加工难度和成本。

5、综上，现有抑制叶顶泄漏涡的技术方法存在未从根本上抑制叶顶泄漏、加工难度大、不易于实现的问题。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供了一种凹槽射流结构及流动控制方法，解决现有技术存在的未从根本上抑制叶顶泄漏、加工难度大、不易于实现等问题。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

3、一种凹槽射流结构，包括叶片，所述叶片的顶部开设有凹槽。

4、作为一种优选的技术方案，凹槽的宽度d从叶片正面到背面逐渐减小。

5、作为一种优选的技术方案，以叶片前缘与叶片顶部交点为原点o、叶片展向方向为x轴，y——叶片弦长方向为y轴，z——叶片厚度方向为z轴，凹槽的yz截面的靠近叶片前缘的凹槽边线的控制方程为：y＝a1z3+b1z2+c1z+l1；

6、其中，a1表示第一三次项系数，b1表示第一二次项系数，c1表示第一一次项系数，l1表示第一弦长值。

7、作为一种优选的技术方案，凹槽的yz截面的靠近叶片前缘的凹槽边线的控制方程满足如下边界条件：

8、

9、作为一种优选的技术方案，以叶片前缘与叶片顶部交点为原点o、叶片展向方向为x轴，y——叶片弦长方向为y轴，z——叶片厚度方向为z轴，凹槽的yz截面的远离叶片前缘的凹槽边线的控制方程为：y＝a2z3+b2z2+c2z+l2；

10、其中，a2表示第二三次项系数，b2表示第二二次项系数，c2表示第二一次项系数，l2表示第二弦长值。

11、作为一种优选的技术方案，凹槽的yz截面的远离叶片前缘的凹槽边线的控制方程满足如下边界条件：

12、

13、作为一种优选的技术方案，a2<a1<0，c1>c2>0。

14、作为一种优选的技术方案，凹槽的深度h为叶顶间隙值δ的20％-50％。

15、作为一种优选的技术方案，凹槽距叶片的前缘的距离为10％-30％叶片弦长。

16、一种流动控制方法，采用所述的一种凹槽射流结构，通过改变以下参数中的一种或多种实现流动控制：a1、a2、c1、c2、l1、l2、凹槽的深度h。

17、本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

18、(1)本发明在保证叶片泵能量特性的同时，抑制叶顶泄漏涡，优化泵内流动形态，从而保证叶片泵的高效稳定运行；

19、(2)本发明结构简单，易于加工制造；本发明开槽部位位于叶片顶部，加工时只需要在叶顶一个面上进行铣削操作，简化了加工工艺，便于实现；

20、(3)本发明能通过调节函数系数来控制凹槽射流的出流角度，从而加强对泄漏流的干涉作用和抑制泄漏涡的效果。

技术特征：

1.一种凹槽射流结构，其特征在于，包括叶片(1)，所述叶片(1)的顶部开设有凹槽(2)。

2.根据权利要求1所述的一种凹槽射流结构，其特征在于，凹槽(2)的宽度d从叶片正面到背面逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的一种凹槽射流结构，其特征在于，以叶片(1)前缘与叶片(1)顶部交点为原点o、叶片(1)展向方向为x轴，y——叶片(1)弦长方向为y轴，z——叶片(1)厚度方向为z轴，凹槽(2)的yz截面的靠近叶片前缘的凹槽边线的控制方程为：

4.根据权利要求3所述的一种凹槽射流结构，其特征在于，凹槽(2)的yz截面的靠近叶片前缘的凹槽边线的控制方程满足如下边界条件：

5.根据权利要求4所述的一种凹槽射流结构，其特征在于，以叶片(1)前缘与叶片(1)顶部交点为原点o、叶片(1)展向方向为x轴，y——叶片(1)弦长方向为y轴，z——叶片(1)厚度方向为z轴，凹槽(2)的yz截面的远离叶片前缘的凹槽边线的控制方程为：

6.根据权利要求5所述的一种凹槽射流结构，其特征在于，凹槽(2)的yz截面的远离叶片前缘的凹槽边线的控制方程满足如下边界条件：

7.根据权利要求6所述的一种凹槽射流结构，其特征在于，a2<a1<0，c1>c2>0。

8.根据权利要求1所述的一种凹槽射流结构，其特征在于，凹槽(1)的深度h为叶顶间隙值δ的20％-50％。

9.根据权利要求1至8任一项所述的一种凹槽射流结构，其特征在于，凹槽(2)距叶片(1)的前缘的距离为10％-30％叶片弦长。

10.一种流动控制方法，其特征在于，采用权利要求5至7任一项所述的一种凹槽射流结构，通过改变以下参数中的一种或多种实现流动控制：a1、a2、c1、c2、l1、l2、凹槽(1)的深度h。

技术总结本发明涉及叶片泵技术领域，公开了一种凹槽射流结构及流动控制方法，该结构包括叶片，所述叶片的顶部开设有凹槽。本发明解决了现有技术存在的未从根本上抑制叶顶泄漏、加工难度大、不易于实现等问题。技术研发人员：鲁阳平,刘德民,谭磊,唐若愚,朱强,张艳东,晏明,宛航,王煜欢受保护的技术使用者：东方电气集团东方电机有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15