本實用新型涉及離心泵葉輪技術領域，具體是一種基于熵產和葉片載荷聯合約束的離心泵葉。

背景技術：

目前，傳統的離心泵設計方法在對離心泵進行設計時，都是定義葉片幾何，然后進行CFD仿真，反復實驗性地修改葉片幾何，且CFD計算結果和如何修改葉片幾何無必然聯系，其中大部分修改是錯誤的或者多余的，主要依賴工程師的設計經驗，造成時間和人力的浪費。

離心泵內部復雜的三維非定常湍流，常導致一些影響離心泵運行特性的不良現象，如壓力脈動、流動分離、水力振動等，嚴重影響機組的運轉穩定性及工作壽命。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是克服上述背景技術的不足，提供一種離心泵葉輪，可以在保障揚程和效率的同時，降低離心泵能量損失，以提高離心泵的壽命及運轉穩定性。

本實用新型采用的技術方案是：

一種基于熵產和葉片載荷聯合約束設計方法制造的離心泵葉輪，其特征在于：包含六個葉片，每個葉片上分別開有平衡孔，平衡孔半徑為4～5mm，所述平衡孔位于葉片軸向的中截面位置，平衡孔的中心到葉片進口的距離為葉片長度的70％～80％。

作為優選，所述葉片厚度為2～3mm，葉片進口直徑為300～320mm，葉片出口直徑為600～640mm,葉片出口的寬度為20～25mm,葉片進口安放角為29-30度，葉片出口安放角為20～24度。

本實用新型的有益效果是：本實用新型提供的離心泵葉輪，在葉片的能量損失區域(即湍流發生區域)開設有平衡孔，沖散此區域不穩定流動渦，能有效的降低離心泵的能量損失，提高泵的運轉穩定性和運行壽命。

附圖說明

圖1是葉輪軸面剖視圖；

圖2是葉輪主視圖；

圖3是本實用新型所述設計方法的設計流程圖；

圖4是葉片載荷曲線；

圖5是葉輪優化前后性能曲線對比圖；

圖6是葉輪優化前后能量損失分布對比圖。

其中：1、葉片；2、平衡孔；3、前蓋板；4、流道；5、后蓋板；6、轉軸。

具體實施方式

下面對本實用新型作進一步說明，但本實用新型并不局限于以下實施例。

參見圖1、圖2，本實用新型提供一種離心泵葉輪，包含轉軸6以及六個葉片1，每個葉片上分別開有平衡孔2，平衡孔半徑為4～5mm，所述平衡孔位于葉片軸向的中截面位置；沿著葉片流線，平衡孔的中心到葉片進口的距離為葉片長度的70～80％。

所述葉片厚度為2～3mm，葉片進口直徑為300～320mm，葉片出口直徑為600～640mm,葉片出口的寬度為20～25mm,葉片進口安放角為29-30度，葉片出口安放角為20～24度。

本實用新型基于熵產和葉片載荷聯合約束的離心泵葉輪設計方法制造，該設計方法的原型泵設計流量為Q_d＝0.008m³/s,H_d＝0.1m,n＝40r/min。

如圖3到圖6所示，該設計方法包括以下步驟：

1)對現有的原型泵，在計算機的CFD系統中進行數值模擬(仿真),由根據計算公式計算出原型泵葉輪流道4靠近前蓋板3、后蓋板5位置的葉片載荷分布，從而根據葉片載荷分布情況確定靠近前蓋板的葉片載荷曲線以及靠近后蓋板的葉片載荷曲線，其前后蓋板載荷分布為：前加載點m1＝0.38，后加載點m2＝0.82，中間主加載區斜率k＝0.8；式中：p⁺和p^-分別為葉片壓力面和吸力面壓力，單位Pa；z為葉片數；W_mbl為葉片流線上的相對速度，單位m/s；ρ為水的密度；為速度環量，單位m²/s；m為相對軸面流線長度；為葉片載荷；

2)根據前后蓋板的兩條葉片載荷曲線(前蓋板、后蓋板各一條葉片載荷曲線)分布情況，由葉片型線微分方程繪制出葉片幾何模型；式中：v_m是軸面流速，f為葉片包角，ω為葉片旋轉角速度，r為葉片上節點的半徑，V_θ為節點的圓周分速度，s為軸面流線長度，

3)對繪制出的葉片模型進行CFD仿真驗證，其符合物理要求；

4)由CFD系統計算結果，由以下公式計算離心泵內部能量損失S”'分布情況：

總熵產生率為

式中：u代表沿x軸的速度分量，v代表沿y軸的速度分量，w代表沿z軸的速度分量，μ是動力粘度。

式中，S″′_D的值由雷諾平均N-S方程獲得，S″′_D′可由式得出，其中κ和ω分別是SSTκ-ω模型中的湍動能和特征頻率,α＝0.09為經驗常數，V代表流道體積，T為離心泵內部溫度(離心泵內部為等溫流動，T指的也是這個恒定的溫度)；

通過分析計算，可得出總能量損失分布情況；

5)在軸向的葉片中截面(幾何上的葉片軸向中間的位置)，徑向相對葉片流線的75％長度位置處開半徑為5mm的平衡孔(即沿著葉片流線，平衡孔與葉片入口的距離為葉片流線總長度的75％位置)，通過平衡孔，沖散此區域不穩定流動渦，以降低能量損失；

6)調整載荷曲線分布，對葉輪進行優化，當前加載點m1＝0.4,后加載點m2＝0.78,主加載區斜率k＝-4時，能量損失最小，同時可得出其能量損失分布情況；通過優化設計，設計出的葉輪其揚程和效率不降低的情況下，能量損失明顯降低(降低10％到20％的能量損失)。

最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例。顯然，本實用新型不限于以上實施例，還可以有很多變形。本領域的普通技術人員能從本實用新型公開的內容中直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本實用新型的保護范圍。