具有仿生結(jié)構(gòu)的減振降噪離心泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有仿生結(jié)構(gòu)的減振降噪離心泵。
【背景技術(shù)】
[0002]離心泵作為一種通用機(jī)械，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著極其重要的作用。但其過流部件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且旋轉(zhuǎn)的葉輪與靜止的蝸殼之間存在著動(dòng)靜干涉作用，使離心泵運(yùn)行時(shí)內(nèi)部流場(chǎng)呈現(xiàn)三維非穩(wěn)態(tài)湍流，還會(huì)伴隨強(qiáng)烈的脈動(dòng)和噪聲。這會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行安全和使用壽命，對(duì)于隱匿性能較高的軍用設(shè)備，比如潛艇等，振動(dòng)及噪聲則是亟需解決的冋題。
[0003]離心泵內(nèi)非定常壓力脈動(dòng)，被認(rèn)為是誘導(dǎo)振動(dòng)主要因素。當(dāng)前針對(duì)離心泵內(nèi)因流體誘發(fā)壓力脈動(dòng)的研宄表明，離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的壓力脈動(dòng)與隔舌及隔舌與葉輪之間的間隙有關(guān)。目前減小離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的振動(dòng)和噪聲的方法一般主要有:改變?nèi)~輪與隔舌間間隙、改變隔舌型式、及改變隔舌安放角。但依據(jù)上述三種方案對(duì)離心泵進(jìn)行減振降噪的研宄中，改變?nèi)~輪與隔舌間隙或隔舌安放角時(shí)，雖然離心泵內(nèi)部的脈動(dòng)得到較好的改善，卻以離心泵外特性性能為代價(jià)；而改變隔舌型式時(shí)，如采用階梯隔舌時(shí)雖然在不影響離心泵性能的同時(shí)也能降低離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的脈動(dòng)特性，但由于隔舌尺寸小、型式復(fù)雜，采用階梯隔舌時(shí)必定會(huì)增加制造的難度。
[0004]離心泵種類繁多，有些離心泵在被制造出廠后，往往會(huì)出現(xiàn)流量、揚(yáng)程偏大或偏小的情況，有時(shí)性能曲線還出現(xiàn)駝峰。為了滿足其性能要求，通常的做法是對(duì)葉輪出口進(jìn)行切害J。葉輪切割方法大體有兩種:繞葉輪圓周方向均勻切割，減小葉輪出口直徑，保證葉輪的整體形狀不變；僅對(duì)葉輪出口處葉片進(jìn)行局部切割，保留蓋板不變。但以上兩種葉輪切割方式只能解決部分性能曲線有駝峰或流量、揚(yáng)程達(dá)不到要求的情況，當(dāng)流量、揚(yáng)程偏低時(shí)，上述葉輪切割方式并不能很好的解決問題，其缺點(diǎn)是不能有效的改善其流量、揚(yáng)程，或者使得切割后的性能曲線穩(wěn)定性不好。
[0005]經(jīng)過億萬年的生物進(jìn)化，鸮類可以在獵食過程中實(shí)現(xiàn)高速無聲飛行，而鸮類獨(dú)特的體表降噪系統(tǒng)得益于其羽翼的特殊結(jié)構(gòu)。目前已有學(xué)者選擇將生物體表降噪特征應(yīng)用于該問題中，研宄證明利用仿生學(xué)原理構(gòu)造的耦合仿生結(jié)構(gòu)具有明顯的降噪效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決目前的離心泵不能有效的改善其流量、揚(yáng)程，或者使得切割后的性能曲線穩(wěn)定性不好的問題，本發(fā)明提出了一種降低離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的振動(dòng)與噪聲問題，同時(shí)能有效提高離心泵的流量、揚(yáng)程的具有仿生結(jié)構(gòu)的減振降噪離心泵。
[0007]本發(fā)明所述的具有仿生結(jié)構(gòu)的減振降噪離心泵，包括蝸殼、連接軸、電機(jī)和葉輪，所述的電機(jī)固定于殼體外，所述的連接軸承托于蝸殼并伸入蝸殼內(nèi)；所述的葉輪包括葉片、前蓋板和后蓋板，所述的葉片裝在前后蓋板之間的連接軸上并位于蝸殼內(nèi)，所述的電機(jī)通過所述的連接軸與葉輪軸接，其特征在于:在蝸殼擴(kuò)散段下方設(shè)有第一仿生段，所述的第一仿生段的縱截面輪廓形狀為仿飛鳥羽翼外輪廓的圓弧齒狀結(jié)構(gòu)(仿生非光滑結(jié)構(gòu))，所述的圓弧齒狀結(jié)構(gòu)為線性正弦曲線，第一仿生段的起點(diǎn)位于隔舌開始處、終點(diǎn)延伸至蝸殼壓水室的第一斷面與第二斷面之間，并且第一斷面的形狀面積與原第一斷面的形狀面積相同，所述的原第一斷面為蝸殼外輪廓所在的外圓與蝸殼基圓形成的斷面；所述的隔舌的頭部圓弧處設(shè)置帶有至少一列凸起的仿生表面結(jié)構(gòu)(仿生非光滑結(jié)構(gòu))。
[0008]所述的擴(kuò)散段的對(duì)稱側(cè)壁上設(shè)有第二仿生段，所述的第二仿生段的縱截面輪廓形狀為仿飛鳥羽翼的線性正弦曲線的圓弧齒狀結(jié)構(gòu)(仿生非光滑結(jié)構(gòu))；所述的第二仿生段從蝸殼第十?dāng)嗝骈_始，并沿?cái)U(kuò)散段流線方向延伸至擴(kuò)散段出口處，并且保證擴(kuò)散段的第十?dāng)嗝婧偷谑粩嗝娴男螤蠲娣e分別與原第十?dāng)嗝妗⒃谑粩嗝嫘螤蠲娣e相同。
[0009]所述的仿生表面結(jié)構(gòu)上的凸起為毫米級(jí)的圓球、圓柱、三棱柱或四棱柱。
[0010]所述的第一仿生段的圓弧齒狀結(jié)構(gòu)的單元間隔為26?42mm，突起高度為3?7mm，其中突起高度與間隔之比為0.1?0.2之間，單元個(gè)數(shù)為I?4個(gè)。
[0011]所述的第二仿生段沿流線方向布置長(zhǎng)度為整個(gè)擴(kuò)散段3/4，仿生結(jié)構(gòu)的結(jié)束點(diǎn)與蝸殼出口處平齊，第二仿生段的圓弧齒狀結(jié)構(gòu)單元間隔為26?42mm，單元高度為3?7mm，圓弧齒狀結(jié)構(gòu)的單元個(gè)數(shù)為2?4個(gè)，整個(gè)第二仿生段360°包圍擴(kuò)散段出口處。
[0012]所述的蝸殼為單蝸殼、雙蝸殼或三蝸殼結(jié)構(gòu)。
[0013]所述的蝸殼從外向內(nèi)依次為第一蝸殼和第二蝸殼構(gòu)成的雙蝸殼結(jié)構(gòu)，所述的第二蝸殼的第二隔舌沿葉輪中心與第一蝸殼的隔舌呈180°對(duì)稱，所述的第二蝸殼上設(shè)有第三仿生段，所述的第三仿生段的縱截面輪廓形狀為仿飛鳥羽翼外輪廓的線性正弦曲線的圓弧齒狀結(jié)構(gòu)；所述的第三仿生段從第二隔舌頭部開始沿第二蝸殼方向分布到壓水室第五斷面與第六斷面之間；第二蝸殼厚度為蝸殼擴(kuò)散段出口直徑的1/25，保證第五斷面的形狀面積與原第五斷面的形狀面積相同，所述的原第五斷面為第二蝸殼外輪廓所在的外圓和蝸殼基圓形成的斷面。
[0014]第二蝸殼位于以蝸殼頂端為圓心的圓弧上，并且第二蝸殼的尾端落在第八斷面與第九斷面之間。
[0015]所述的第二蝸殼用分流板替換。
[0016]相鄰兩片葉片之間的前蓋板和/或后蓋板周向帶有凹槽，保證葉片出口處位于最高點(diǎn)，即保證葉片出口處的直徑不變。
[0017]本發(fā)明的仿生蝸殼結(jié)構(gòu)適用于單蝸殼、雙蝸殼或三蝸殼離心泵。在整個(gè)離心泵壓力脈動(dòng)最強(qiáng)烈處采用圓弧齒狀結(jié)構(gòu)的仿生非光滑結(jié)構(gòu)，此處主要以雙蝸殼為對(duì)象進(jìn)行分析，即在隔舌頭部、隔舌頭部到壓水室第一斷面附近、第二蝸殼隔舌頭部到壓水室第五斷面處、以及擴(kuò)散段出口處采用仿生非光滑結(jié)構(gòu)。通過對(duì)長(zhǎng)耳鸮翼型的分析得到相關(guān)的形態(tài)參數(shù)，并根據(jù)蝸殼的設(shè)計(jì)要求確定非光滑仿生蝸殼的具體結(jié)構(gòu)。
[0018]本發(fā)明的隔舌頭部結(jié)構(gòu)適用于單隔舌、雙隔舌及階梯隔舌。即在隔舌頭部構(gòu)造圓球、圓柱、四棱柱或三棱柱微型非光滑形態(tài)，非光滑形態(tài)的具體參數(shù)為:長(zhǎng)度略微比隔舌長(zhǎng)度小，繞隔舌圓周方向間隙為0.5_左右，確保在隔舌頭部最少能形成一列仿生表面結(jié)構(gòu)。
[0019]本發(fā)明的仿生蝸殼結(jié)構(gòu)適用于單蝸殼、雙蝸殼或三蝸殼離心泵，此處主要分析該仿生蝸殼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于雙蝸殼離心泵的情況，其中仿生蝸殼結(jié)構(gòu)從隔舌頭部沿第一蝸殼方向分布到壓水室第一斷面附近，同時(shí)從第二隔舌頭部沿第二蝸殼方向(分流板)分布到壓水室第五斷面附近處。
[0020]本發(fā)明的仿生擴(kuò)散段結(jié)構(gòu)用于改善離心泵蝸殼出口處由于漩渦或二次流引起的不穩(wěn)定流動(dòng)，因?yàn)殡x心泵蝸殼出口處壓力最大，流體不穩(wěn)定則會(huì)造成蝸殼出口處極大的壓力脈動(dòng)，而強(qiáng)烈的壓力脈動(dòng)也是誘發(fā)振動(dòng)及噪聲的主要因素。
[0021]本發(fā)明的特殊葉輪切割結(jié)構(gòu)包括葉片及前后蓋板，其切割方式包含以下三種情況:a、保證葉輪葉片處蓋板直徑不變，而葉片出口處與葉片出口處之間的前后蓋板上，采用圓弧齒狀形態(tài)(仿生非光滑形態(tài))軸向平行切割；b、保證葉輪葉片處蓋板直徑不變，而葉片出口處與葉片出口處之間的前蓋板上，采用圓弧齒狀形態(tài)軸向平行切割，但后蓋板保持不變；C、保證葉輪葉片處蓋板直徑不變，而葉片出口處與葉片出口處之間的后蓋板上，采用圓弧齒狀形態(tài)軸向平行切割，但前蓋板保持不變。對(duì)于上述經(jīng)過特殊葉輪切割的蓋板，蓋板出口處周向形成圓弧齒狀結(jié)構(gòu)，且保證葉片出口處位于圓弧齒狀形態(tài)的最高點(diǎn)