具有仿生結構的減振降噪離心泵的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種具有仿生結構的減振降噪離心栗。
【背景技術】
[0002]離心栗作為一種通用機械，在國民經濟中起著極其重要的作用。但其過流部件結構較為復雜，且旋轉的葉輪與靜止的蝸殼之間存在著動靜干涉作用，使離心栗運行時內部流場呈現三維非穩(wěn)態(tài)湍流，還會伴隨強烈的脈動和噪聲。這會嚴重影響系統(tǒng)及設備的運行安全和使用壽命，對于隱匿性能較高的軍用設備，比如潛艇等，振動及噪聲則是亟需解決的問題。
[0003]離心栗內非定常壓力脈動，被認為是誘導振動主要因素。當前針對離心栗內因流體誘發(fā)壓力脈動的研究表明，離心栗內部流場的壓力脈動與隔舌及隔舌與葉輪之間的間隙有關。目前減小離心栗內部流場的振動和噪聲的方法一般主要有:改變葉輪與隔舌間間隙、改變隔舌型式、及改變隔舌安放角。但依據上述三種方案對離心栗進行減振降噪的研究中，改變葉輪與隔舌間隙或隔舌安放角時，雖然離心栗內部的脈動得到較好的改善，卻以離心栗外特性性能為代價；而改變隔舌型式時，如采用階梯隔舌時雖然在不影響離心栗性能的同時也能降低離心栗內部流場的脈動特性，但由于隔舌尺寸小、型式復雜，采用階梯隔舌時必定會增加制造的難度。
[0004]離心栗種類繁多，有些離心栗在被制造出廠后，往往會出現流量、揚程偏大或偏小的情況，有時性能曲線還出現駝峰。為了滿足其性能要求，通常的做法是對葉輪出口進行切害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；僅對葉輪出口處葉片進行局部切割，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、揚程達不到要求的情況，當流量、揚程偏低時，上述葉輪切割方式并不能很好的解決問題，其缺點是不能有效的改善其流量、揚程，或者使得切割后的性能曲線穩(wěn)定性不好。
[0005]經過億萬年的生物進化，鸮類可以在獵食過程中實現高速無聲飛行，而鸮類獨特的體表降噪系統(tǒng)得益于其羽翼的特殊結構。目前已有學者選擇將生物體表降噪特征應用于該問題中，研究證明利用仿生學原理構造的耦合仿生結構具有明顯的降噪效果。

【發(fā)明內容】

[0006]為了解決目前的離心栗不能有效的改善其流量、揚程，或者使得切割后的性能曲線穩(wěn)定性不好的問題，本實用新型提出了一種降低離心栗內部流場的振動與噪聲問題，同時能有效提高離心栗的流量、揚程的具有仿生結構的減振降噪離心栗。
[0007]本實用新型所述的具有仿生結構的減振降噪離心栗，包括蝸殼、連接軸、電機和葉輪，所述的電機固定于殼體外，所述的連接軸承托于蝸殼并伸入蝸殼內；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，所述的電機通過所述的連接軸與葉輪軸接，其特征在于:在蝸殼擴散段下方設有第一仿生段，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構(仿生非光滑結構)，所述的圓弧齒狀結構為線性正弦曲線，第一仿生段的起點位于隔舌開始處、終點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置帶有至少一列凸起的仿生表面結構(仿生非光滑結構)。
[0008]所述的擴散段的對稱側壁上設有第二仿生段，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構(仿生非光滑結構)；所述的第二仿生段從蝸殼第十斷面開始，并沿擴散段流線方向延伸至擴散段出口處，并且保證擴散段的第十斷面和第十一斷面的形狀面積分別與原第十斷面、原第十一斷面形狀面積相同。
[0009]所述的仿生表面結構上的凸起為毫米級的圓球、圓柱、三棱柱或四棱柱。
[0010]所述的第一仿生段的圓弧齒狀結構的單元間隔為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，單元個數為1?4個。
[0011]所述的第二仿生段沿流線方向布置長度為整個擴散段3/4，仿生結構的結束點與蝸殼出口處平齊，第二仿生段的圓弧齒狀結構單元間隔為26?42mm，單元高度為3?7mm，圓弧齒狀結構的單元個數為2?4個，整個第二仿生段360°包圍擴散段出口處。
[0012]所述的蝸殼為單蝸殼、雙蝸殼或三蝸殼結構。
[0013]所述的蝸殼從外向內依次為第一蝸殼和第二蝸殼構成的雙蝸殼結構，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°對稱，所述的第二蝸殼上設有第三仿生段，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構；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，即保證葉片出口處的直徑不變。
[0017]本實用新型的仿生蝸殼結構適用于單蝸殼、雙蝸殼或三蝸殼離心栗。在整個離心栗壓力脈動最強烈處采用圓弧齒狀結構的仿生非光滑結構，此處主要以雙蝸殼為對象進行分析，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、以及擴散段出口處采用仿生非光滑結構。通過對長耳鸮翼型的分析得到相關的形態(tài)參數，并根據蝸殼的設計要求確定非光滑仿生蝸殼的具體結構。
[0018]本實用新型的隔舌頭部結構適用于單隔舌、雙隔舌及階梯隔舌。即在隔舌頭部構造圓球、圓柱、四棱柱或三棱柱微型非光滑形態(tài)，非光滑形態(tài)的具體參數為:長度略微比隔舌長度小，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構。
[0019]本實用新型的仿生蝸殼結構適用于單蝸殼、雙蝸殼或三蝸殼離心栗，此處主要分析該仿生蝸殼結構應用于雙蝸殼離心栗的情況，其中仿生蝸殼結構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]本實用新型的仿生擴散段結構用于改善離心栗蝸殼出口處由于漩渦或二次流引起的不穩(wěn)定流動，因為離心栗蝸殼出口處壓力最大，流體不穩(wěn)定則會造成蝸殼出口處極大的壓力脈動，而強烈的壓力脈動也是誘發(fā)振動及噪聲的主要因素。
[0021]本實用新型的特殊葉輪切割結構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。對于上述經過特殊葉輪切割的蓋板，蓋板出口處周向形成圓弧齒狀結構，且保證葉片出口處位于圓弧