涡轮机的制作方法

专利名称：涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及了涡轮机，尤其是涉及了一种能防止流动不稳定性的涡轮机，由于它可抑制在叶轮入口处回流引起的旋涡，并且可抑制叶轮的停转，而与涡轮机的类型和流体无关。
更详细地说，本发明涉及了具有非容积型叶轮的涡轮机，如泵、压缩机、鼓风机等，尤其是，涉及了一种能防止流动不稳定性的涡轮机，由于它可抑制由叶轮入口处回流的主流或分量产生的旋涡或预旋涡，并且可抑制叶轮的停转，从而适用于混流泵，混流泵可广泛用作热电厂或核电厂中的水循环泵，或者用作排泄泵等。
根据机器工作所用流体和它的型式，称为“涡轮机”的转动机器可分类如下1．根据机器所用流体液体和气体。
2．根据型式轴流式、混流式和离心式。
由于操作方便，现在主要或广泛采用混流泵，它按照从上游到下游顺序，包括一个吸入箱、一个泵和一个扩压器。
在泵机壳内转动的(叶轮的)叶片在转轴上被转动地驱动，从而对从吸入箱吸入的液体提供能量。扩压器具有把液体的一部分速度能量(或动能)转变成静压的功能。
包括混流泵在内的涡轮机的压力头和流率之间典型特性曲线如下，其中水平轴表示流率参数，而垂直轴表示压力头参数。也就是说，通常在低流率区压力头下降，与流率增加成相反的关系，但当流率位于某个特定区的时候，在曲线右侧的压力头具有随流率增加而升高的特性。但是，当流率进一步增加到超过特性曲线的右侧升高区，则压力头又随着流率的增加而下降。
对于采用这种右侧升高特性曲线的流率进行工作的涡轮机情形，液体质量被自身振动，也就是说，产生一种喘振现象。可以认为，这种右侧升高的特性是由于回流引起，虽然在流经涡轮机的流率低时在叶轮入口外侧出现回流，但因为此时液体流入叶轮的流动通路或通道变窄，从而由于上述回流的影响在流入叶轮的液体中产生旋涡。
因为喘振不仅危及涡轮机，而且也危及与涡轮机上游或下游侧连接的管路或管道，通常禁止在低流率区使用涡轮机。另外，除了叶片形状(即外形)的改进之外，已经建议用以下方法来抑制喘振，以达到扩展或扩大涡轮机工作区域的目的。
1．机壳处理在叶轮所在的机壳区中形成为10％到20％叶片弦长的薄或窄的槽或引流口，从而来改进喘振边界。也就是说，采用已经建议的机壳处理，在叶片所在区的机壳内壁(即流动表面)中形成足够深的槽，它们沿着轴向、周向或斜向，或者分别沿着径向或斜向。
2．隔离器在低流率区，提供一个隔离器来把叶轮入口外侧上发生的回流分成向后流动部分和向前流动部分(即沿着主流方向)，从而禁止了回流的扩展。
作为用于轴流式涡轮机的隔离器之例，已建议了吸入环式、叶片隔离式和空气隔离式。
在吸入环式中，反向流被封闭在吸入环之外，在叶片隔离式中，在机壳和环之间提供了一个肋片。另外，在空气隔离式中，活动翼(即叶片)的前端或尖端被敞开，从而把反向流引入机壳之外，由此依靠肋片禁止了由反向流产生的旋涡。因此，与上述前两种型式比较，它更为有效，但其设备尺寸大。
3．主动控制它从外面把高压流体喷入或射入回流发生地点，来抑制因回流产生的旋涡。
另外，作为常规涡轮机之例，以下将描述混流泵。对于混流泵，需要表示出一个压力头-流率特性曲线(以下称为“压力头曲线”)，它在泵在整个流动范围上工作情形下，为了能够稳地工作，应该没有右侧升高的现象。但是，通常在泵中，一般说，例如代表泵性能的效率、压力头曲线的稳定性、空穴性能和用于截流的轴向原动力等各种特性，均相互成相反关系。也就是说，如果想改进其中一个特性，则另一个或几个特性就会下降，因此问题在于难以达到同时改进至少两个或更多的特性。例如，对于主要考虑其效率的泵，压力头曲线在其右侧部分表示出显著的升高现象，从而具有不稳定的倾向。
为了得到在右侧连续下降的压力头曲线，以便能够稳定地工作，如上所提及，在常规技术中已知提供了机壳处理或隔离器。例如在美国专利号4,212,585中已说明了这种结构。
除此之外，还建议了一种涡轮机，其中，在机壳流动表面上形成许多条槽，以便在叶轮入口侧和叶片所在的机壳流动表面部位或区域之间进行连接，由此得到没有这种右侧升高特性的压力头曲线，同时抑制了在叶片入口处的回流。
但是，按照上述先前技术的机壳处理和隔离器，虽然可把包括右侧升高部分的压力头和流率之间特性曲线移到较低流率的一侧，从而扩展了其稳定的工作区域，但是它不可能去除或消除右侧升高的特性或现象。另外，按照机壳处理，如果喘振边界每增加10％，则涡轮机降低约1％的效率。
另外，在这种主动控制中，因为需要从涡轮机本身或其外部获得高压流体，作为其整个系统，降低了涡轮机的效率。
此外，对于这种涡轮机，其中，形成的槽用于在叶轮入口侧和叶片所在的机壳流动表面之间进行连接，槽的制造容易，并且涡轮机效率降低较少，也可以得到在其特性中没有这种右侧升高的压力头曲线。但是，它没有考虑到当叶片经过在机壳流动表面上形成的许多槽时，由于来自叶轮叶片的流体与槽之间的干扰可能产生压力脉动，从而增大了振动和噪声。
按照本发明，一个目的是提供一种涡轮机，它具有右侧升高现象得到改进的压力头-流率特性，并且能够抑制其效率的降低，还能够抑制其振动和噪声的增大。
按照本发明，另一个目的是提供一种涡轮机，它相对于具有封闭式叶轮的涡轮机，具有改进的压力头-流率特性，并且能够抑制其效率的降低以及其振动和噪声的增大。
第一，按照本发明，为了达到上述目的，提供了一种涡轮机，它包括一个机壳；一个叶轮，它具有许多叶片并且位于上述机壳内；许多第一槽，它们形成在上述机壳的内流动表面上，用于在上述叶轮入口侧和上述叶轮叶片所在的上述机壳内流动表面区之间进行连通；以及一条第二槽，它形成在上述机壳的内流动表面上，用于沿上述机壳周向连接上述许多第一槽。
按照本发明，最好在以上规定的涡轮机中，其中上述许多第一槽形成到宽度等于或大于5mm，使得上述许多第一槽的总宽度为上述叶轮叶片所在的上述机壳内流动表面的内圆周长度30％到50％左右，以及深度等于或大于2mm，使得它为上述叶轮叶片所在的上述机壳内流动表面直径的0.5％到1.6％左右。
另外，按照本发明，最好在上述规定的涡轮机中，其中上述第二槽形成在上述叶轮叶片所在的上述机壳内流动表面上。还最好在上述规定的涡轮机中，上述第二槽形成的深度等于或浅于上述第一槽。
另外，按照本发明，最好在上述规定的涡轮机中，其中上述第二槽形成在上述机壳的内流动表面上，它从上述涡轮机下游侧的上述第一槽终止端，直到上述叶轮叶片所在的区域，或者直到上述叶轮的入口侧。
第二，按照本发明，提供了一种涡轮机，它包括一个机壳；一个叶轮，它具有许多叶片并且位于上述机壳内；以及许多槽，它们沿着流体的压力梯度方向，形成在上述机壳的内流动表面上，用于在上述叶轮入口侧和上述叶轮叶片所在的上述机壳内流动表面区之间进行连通，其中沿流体压力梯度方向形成上述槽，使得它们与上述叶轮的转动方向倾斜，从叶轮入口区附近朝着上述涡轮机的下游一侧。
第三，按照本发明，提供了一种涡轮机，它包括一个机壳；一个叶轮，它具有许多叶片并且位于上述机壳内；许多第一槽，它们沿着流体的压力梯度方向，并且沿机壳内圆周形成在上述叶轮入口侧的上述机壳内流动表面上；一条第二槽，它形成在上述机壳的内流动表面上，在上述叶轮叶片所在的区域，沿着机壳的圆周方向；以及一条流动通道，用于在上述第一槽和上述第二槽之间进行连接。
另外，按照本发明，在以上规定的涡轮机中，其中上述流动通道用槽，孔，管路或管道等构成，并被形成绕过上述机壳的内表面。
第四，按照本发明，提供了一种涡轮机，它包括一个机壳；一个叶轮，它具有许多叶片并且位于上述机壳内；许多第一槽，它们沿着流体的压力梯度方向，并且沿机壳内圆周形成在上述叶轮入口侧的机壳内流动表面上；一条第二槽，它形成在上述机壳的内流动表面上，在上述叶轮叶片所在的区域，沿着机壳的圆周方向；一条第三槽，它形成在上述机壳内表面上，在上述叶轮叶片前边附近，沿着机壳的圆周方向；以及一条流动通道，用于在上述第一槽和上述第二槽之间进行连接，其中上述流动通道形成在从上述第一槽伸出的线上，绕过上述机壳的内表面，使得通过上述第三槽与上述第一槽流通。
第五，按照本发明，提供了一种涡轮机，它包括一个机壳；一个叶轮，它具有许多叶片并且位于上述机壳内；许多槽，它们沿着流体的压力梯度方向，并且沿机壳内圆周形成在上述机壳内流动表面上，用于在上述叶轮入口侧和上述叶轮叶片所在的上述机壳内流动表面区之间进行连通；以及许多活动件，它们设置在沿流体压力梯度方向的上述槽内，可沿上述机壳的径向移动，从而改变上述槽的深度。
第六，按照本发明，提供了一种涡轮机，它包括一个封闭式的叶轮，它具有许多叶片和环绕叶片的外罩；一个机壳，它具有内流动壁并且容纳了上述叶轮，其中上述叶轮形成开敞式，在上述叶轮入口附近没有环绕它的外罩；以及许多第一槽，它们沿着压力梯度方向，并且沿机壳内圆周形成在上述机壳的内流动壁上，在叶轮入口附近对着上述没有外罩环绕的上述叶轮部分，其中，在入口侧上述第一槽的开始端位于上述叶轮的尖端入口侧的上游，而上述第一槽的终止端位于上述叶轮尖端入口侧的下游；涡轮机还包括一条第二槽，它用于沿上述机壳周向连接上述许多第一槽，它形成在上述机壳的内流动壁上，在叶轮入口附近对着上述没有外罩环绕的上述叶轮部分。
第七，按照本发明，提供了一种涡轮机，它包括一个叶轮，一个机壳，它容纳了上述叶轮；许多第一槽，它们沿着流体的压力梯度方向，形成在上述机壳的内流动表面上，在叶轮入口侧上对着上述叶轮叶片的外周边部分，用于在流率低时上述叶轮入口侧会发生回流的区域和上述叶轮叶片尖端所在的上述机壳内流动表面区之间进行连接，其中，在涡轮机下游侧，上述第一槽的终止位置作成可取出压力流体，用于在涡轮机上游侧的上述第一槽的入口中，抑制主流内产生回流；以及一条第二槽，它在上述叶轮入口附近形成在上述机壳的内流动表面上，用于沿机壳周向连接上述许多第一槽，其中，设置上述第一和第二槽的上述机壳部分形成了一个实体，与上述机壳的其它部分分开。
按照本发明，采用了第二槽的构造，它形成在叶轮叶片所在的上述槽的区域，其深度浅于，等于或深于第一槽，使第一槽的一部分沿着周向连续，降低或缓和了压力脉动，该压力脉动是在叶轮叶片经过沿压力梯度方向的槽时，由于槽和来自叶轮流体之间的干扰所引起，由此可以抑制由叶轮脉动引起的振动和/或噪声的产生。
另外，形成沿叶轮梯度方向的槽(即第一槽)，并使它与上述叶轮转动方向倾斜(即与弯曲叶轮叶片方向相反作盘绕)，也可以降低或缓和来自叶轮流体和槽之间的干扰。
另外，形成沿压力梯度方向的第一槽向上到叶轮入口，但使它们不与沿周向的第二槽重叠，使得沿周向的槽和沿压力梯度方向的槽相互连通，可以得到同样的效果，由此取出压力流体用于抑制在叶轮入口处主流内的回流。上述这两类槽最好是通过流动通道来连接，通道形成在机壳外周边上，并脱离主流流经的机壳内表面。此时，在叶轮叶片所在的机壳内流动表面区域内，可以不提供这种沿压力梯度方向的槽，由此能够降低或缓和来自叶轮流体和槽之间的干扰。用于在第一槽和第二槽作连接的流动通道最好是形成在从第一槽延长的线上，使得与主流反向的流体流入叶轮叶片的入口侧。
根据以下参照附图所作的说明，按照本发明所得出的其它特性、目的和/或优点将很明显。


图1是按照本发明的第一实施例，一个混流泵主要部分的子午面视图；图2是分别表示涡轮机压力头-流率特性曲线和效率-流率特性曲线的图；图3是表示涡轮机流率和振动加速度之间关系的图；图4是表示涡轮机流率和振动噪声量级之间关系的图；图5是涡轮机主要部分的子午面视图，表示了本发明图1所示实施例的一种变化方式；图6是图1所示机壳内流动表面的展开视图；图7是机壳内流动表面的展开视图，表示了图6所示例的一种变化方式；图8是机壳内流动表面的展开视图，表示了图6所示例的另一种变化方式；图9是机壳内流动表面的展开视图，表示了本发明的第二个实施例；图10(a)和(b)表示了本发明的第三个实施例，尤其是，图10(a)表示了机壳内流动表面的展开视图，图10(b)表示了图10(a)的A-A剖视图(子午面视图)；图11(a)到(c)表示了达到本发明第三实施例结构的具体例子，尤其是，图11(a)表示了机壳内流动表面的展开视图，图11(b)表示了图11(a)的A-A剖视图(子午面视图)，以及图11(c)表示了图11(a)的B-B剖视图(子午面视图)；图12是涡轮机主要部分的子午面视图，表示了图10(a)和(b)所示实施例的一种变化方式；图13(a)和(b)表示了图10(a)和(b)所示实施例的另一种变化方式，尤其是，图13(a)表示了机壳内流动表面的展开视图，图13(b)表示了图13(a)的A-A剖视图(子午面视图)；图14是本发明第四个实施例的视图，尤其是，图14(a)表示了活动件34沿外径方向偏移的状态，图14(b)表示了活动件34沿内径方向偏移的状态；图15是一个实施例主要部分的子午面视图，其中图1所示本发明第一实施例应用于一个涡轮机，该涡轮机采用了具有外罩的封闭式叶轮；图16是沿图15中ⅩⅢ-ⅩⅢ线的剖视图；以及图17(a)和(d)表示了在机壳内流动表面上形成的槽截面形状的各种例子。
以下将参照附图详细说明本发明的各个实施例。
图1表示了本发明的第一个实施例。该图是作为涡轮机代表的混流泵叶轮部分的部分放大剖视图，其中编号1表示了一个具有敞开叶片的敞开式叶轮。为了抑制来自叶轮叶片的逆流产生的回流，在叶轮叶片22的入口部分附近，环绕机壳2的内圆周，在机壳2内流动表面上形成了沿流体压力梯度方向的大量浅槽24(即第一槽)。该槽在涡轮机下游侧的终止位置a位于叶轮叶片所在区域中，从而使得被叶轮压缩的一部分流体通过该槽24流到位置b，如果涡轮机上游侧流率低时，在位置b会产生回流。由此，因为在下游侧的流体射入易于产生回流的位置，可以抑制回流的产生，并抑制由于回流影响使涡轮机入口处的主流变成旋涡，从而得到了具有高性能的涡轮机，禁止了叶轮叶片停转的发生。
另外，按照本实施例，在机壳的内流动表面上还形成了许多第二槽25，使得在与叶轮叶片所在区域相应的部分上，在机壳内圆周上形成的许多第一槽24成为连续。对于没有形成这种第二槽的情形，可以肯定，来自叶轮1的流体与沿轴向(即沿流体的压力梯度方向)形成的第一槽24相干扰，从而产生压力脉动。压力脉动使涡轮机振动，增大了振动和噪声。按照本发明，因为在叶轮叶片所在区内，形成了沿机壳周向的第二槽25，沿机壳内圆周形成的许多第一槽24之间压差在第二槽25内被缓和，由此可使得由第一槽24和叶片22引起的压力脉动变小，即抑制了由于压力脉动引起的振动和噪声的增大。
图2表示了一张曲线图，它表示了涡轮机压力头-流率特性曲线和效率-流率特性曲线，其中水平轴表示其无量纲的流率，而垂直轴表示其无量纲的压力头。在该图中，白圆圈表示涡轮机的压力头-流率特性曲线和效率-流率特性曲线，其中环绕机壳在内流动表面上没有形成第一槽24。黑圆圈表示涡轮机的压力头-流率特性曲线和效率-流率特性曲线，其中形成了第一槽24。白三角表示涡轮机的压力头-流率特性曲线和效率-流率特性曲线，其中形成了第一槽24，在涡轮机下游侧的槽24终止位置附近还形成了第二槽25。
从图2可明显看出，在白圆圈情形中，从0.5到0.6的无量纲流率区域内，在右侧存在升高的特性，其中随着流率的增加压力头也增加。在黑圆圈情形中，右侧升高的特性已消失。在按照本实施例的白三角情形中，证明具有与黑圆圈相同的效果。
图3表示了涡轮机中流率和振动加速度之间的关系，其中白圆圈、黑圆圈和白三角分别表示了与图2所示相同的涡轮机上的数据。在该图中，水平轴表示其无量纲流率，而垂直轴表示其无量纲振动加速度。从图3可明显看出，与白圆圈情形相比较，在形成了第一槽的黑圆圈情形中，在0.5到0.6无量纲流率附近振动加速度显示出一个峰值，并且与白圆圈情形相比较，整个范围上的振动被增大。与此相反，在第一和第二槽均形成的白三角情形中，与黑圆圈情形相比较，显然大大改进了振动加速度，并且在0.5到0.6无量纲流率附近，振动加速度没有这种峰值，从而也大大改进了振动。
图4表示了涡轮机中流率和噪声量级之间的关系，其中白圆圈、黑圆圈和白三角分别表示了与图2所示相同的涡轮机上的数据。在该图中，水平轴表示其无量纲流率，而垂直轴表示其无量纲噪声量级。从图4可明显看出，与白圆圈情形相比较，在黑圆圈情形中噪声量级被增大。与只形成第一槽的情形相反，在第一和第二槽均形成的白三角(按照本实施例)情形中，在作为泵主要工作范围的表示高效率的流率范围内，噪声量级被大大降低，降到与在机壳中不形成这种槽的情形(白圆圈情形)大致相同的程度。
但是，在图1所示的实施例中，沿周向第二槽25形成的深度比沿压力梯度方向第一槽24的深度浅，并且连通了在机壳内圆周上大量形成的所有第一槽或几条第一槽。
另外，这些沿周向第二槽25的深度可以等于沿压力梯度方向的第一槽24的深度，还可以作得大于第一槽的深度。
此外，对于形成沿周向第二槽25的位置，虽然在图1所示例中，它们从叶轮叶片22的前边c附近开始，直到稍离槽终止位置a的上游一侧的位置，指向涡轮机的下游一侧，但是，它们可以从叶轮叶片22的前边c附近直到槽的终止位置a，指向涡轮机的下游一侧(参见虚线25a)。另外，如图5所示，可以把第二槽25设置成从槽终止位置a直到稍离它的上游一侧的叶轮叶片所在区域，或者它们可以从槽终止位置a，直到比叶片22前边c更上游的涡轮机上游一侧的位置。
图6表示了图1所示机壳内流动表面的展开视图，在该图中可看出，沿机壳周向的第二槽25沿着周向连通了在机壳内圆周上大量形成的沿压力梯度方向的所有第一槽24。如图7所示，沿机壳周向的第二槽25可沿着机壳周向，以其条的数目断续地形成，使得它们几条槽连通(或连接)了在机壳内圆周上形成的沿压力梯度方向的大量第一槽。另外，如图8所示，沿周向的第二槽25可形成螺旋方式，从叶轮叶片第一入口区附近开始直到第一槽24的终止位置，使得沿压力梯度方向的第一槽24沿着机壳周向相互连通。
下面，参照图9来说明本发明的第二个实施例。
本实施例中，以下的特性也与上述第一实施例相同形成许多沿压力梯度方向(即轴向)的槽24，用于在叶轮叶片的入口侧和机壳内流动表面区域之间进行连通。在该实施例中，与上述叶轮叶片所在区域(即叶片的下游一侧)相应的槽24部分与叶轮转动方向倾斜(或被盘绕)。采用这种结构，使得叶轮叶片22和槽24之间的干扰变得缓慢或放松，从而可降低压力脉动的产生，并且还抑制了振动和噪声的增大。另外，在叶轮叶片上游侧的槽24沿机壳的轴向形成，当由于叶片使压力增大时，流体通过这些槽24流回到叶轮叶片的入口侧，使得它在流率低时会发生回流的位置上射出，从而可抑制由于回流引起的叶轮叶片的环流/或停转，由此缓和或降低了在涡轮机压力头-流率特性曲线中右侧升高的特性。
图10(a)和(b)表示了本发明第三个实施例的视图。图10(a)表示了机壳内流动表面的展开视图，图10(b)表示了图10(a)子午面上的A-A剖视图。
在机壳2的内流动表面上，在其内圆周上形成了许多第一槽24，沿着轴向(即压力梯度方向)用于连接叶轮入口侧和叶轮所在区域，并且还在叶轮所在的机壳内流动表面上形成第二槽25，并且其本身沿周向连续。另外，绕过机壳的内流动表面，形成了流动通道27，使得上述第一槽24和第二槽25相互连通。流动通道27位于或对准从槽24延伸的线，因此被叶轮叶片压缩的一部分流体流经第二槽25和流动通道27进入第一槽24，使得在叶轮叶片的入口侧的会发生环流的位置上射出。由此，与上述实施例相同情形，可缓和涡轮机压力头-流率特性曲线中右侧升高的特性。
另外，在沿机壳轴向的叶轮所在处，在机壳内流动表面上没有形成这种槽，因此当叶片经过第一槽时在流体中不发生这种干扰，另外通过第二槽25，使得许多第一槽24之间的压差变小，由此能够抑制由压力脉动引起的振动和噪声的增大。
参照图11(a)到(c)来说明实现上述第三实施例结构的例子。图11(a)表示了机壳内流动表面的展开视图，图11(b)表示了图11(a)中A-A剖视图(即子午面上的剖视图)，以及图11(c)表示了图11(a)中B-B剖视图(即子午面上的剖视图)。
沿轴向把机壳分成三部分，用编号28、29和30表示。(这里，如果机壳的28和29部分形成一体或整体，或者如果机壳的29和30部分形成一体或整体均无所谓。)在机壳的内流动表面28上，在其内圆周上形成了沿着轴向(即压力梯度方向)的许多第一槽24，从叶轮叶片的入口侧连接到叶片前边c。另外，在机壳部分的内周边侧29上插入一个圆形或环形件31(即机壳)，由此在涡轮机下游侧的该圆形件端面和机壳端面30之间，沿周向形成了第二槽25。另外，在上述圆形件31的背侧面，形成了流动通道27，使得第一和第二槽24和25相互连通。如图11(c)所示，把机壳内流动表面29连接到圆形件31上不形成槽部分的外周表面上，可把圆形件31固定到机壳件的内流动表面29上。
下面，将在图12中说明上述图10所示实施例的一种变化方式。与图10(a)和(b)不同的特点在于采用管路或管道来构成绕过机壳内流动表面设置的流动通道。对此，通过第二槽25和流动通道32，被叶轮叶片压缩的流体对着主流流回到第一槽24中，由此在会发生回流的位置上射出。
在图13(a)和(b)中将说明上述图10中所示实施例的另一种变化方式。图13(a)表示了机壳内流动表面的展开视图，图13(b)表示了图13(a)中的A-A剖视图。
该变化方式与图10(a)和(b)不同的特点在于在叶片22前边c上，机壳内流动表面上形成了沿机壳周向的第三槽33，用于沿机壳周向连通与第二槽25隔开并沿轴向大量形成的第一槽24。通过流动通道27使第二槽25和第三槽33相互连通，由此构成了使被叶轮叶片22压缩的流体流经第二槽25、流动通道27和第三槽33而进入第一槽24。
通过第二槽25和第三槽33，当叶轮叶片22经过第一槽24时由干扰引起的压力脉动降低了在机壳内圆周上大量形成的各第一槽之间的压差，由此能够抑制在涡轮机内由于压力脉动引起的振动和噪声的增大。
将参照图14(a)和(b)说明本发明的第四个实施例。
在该实施例中，在机壳2的内流动表面上形成了许多沿压力梯度方向的浅槽24，用于在入口侧和叶轮所在的机壳内流动表面区之间进行连通，在每条槽24内，设置了一个活动件34，它具有比槽深度小的厚度，可沿着径向(即沿着垂直方向)移动。活动件34作成可位于与机壳2内流动表面相同的曲线表面上。
采用本实施例的这种结构，在涡轮机压力头-流率特性曲线中发生右侧升高特性的工作区，活动件34沿着外径方向偏置或移动，如图14(a)所示，由此在机壳内流动表面上形成浅槽24，被叶轮叶片22压缩的一部分流体流经槽24并流回到主流中，并且被射入在叶轮叶片入口处会发生回流的区域，从而抑制了在叶轮入口侧环流的产生，以及叶轮叶片的停转，由此能够缓和或减小涡轮机压力头-流率特性曲线中右侧升高的特性。
另外，在压力头-流率特性曲线中发生右侧升高特性的工作区，如图14(b)所示，活动件34沿着内径方向偏置或移动，使得活动件内表面与机壳内流动表面相一致，由此造成了在机壳上没有这种浅槽的状态。这样，因为在不发生上述右侧升高特性的工作区中，可以使机壳内流动表面处于不形成槽的状态，从而可放松因叶片和轴向槽引起的流体干扰，由此缓和了压力脉动。
在这种情形下，按照本实施例可得到这样的效果在整个流率范围上可缓和由于轴向槽影响产生的振动和噪声。
图15说明了一个例子，其中，应用本发明第一实施例于一个涡轮机(例如，一个封闭式的混流泵)中，它采用了封闭式叶轮，叶轮具有作为其一部分的一个外罩。图16表示了沿图15中ⅩⅢ-ⅩⅢ的剖视图。
在封闭式的叶轮1中，设置了一个外罩1a。但是，该外罩1a不设在叶轮叶片入口的附近1c，而把叶轮作成称为半开敞式叶轮的形式，在它的一部分上不设置外罩。在大部分外罩的内直径区中，设置了一个鼠形环区1b，在对着它的不动的一侧上，在机壳2的内流动表面上设置了一个机壳环5。在鼠形环区1b和机壳环5之间构成了转动轴线的密封区。如图15和16所示，在叶轮叶片入口的附近1c，对着没有这种外罩环绕的叶轮叶片，在机壳2内流动表面的内圆周上，绕着机壳圆周以等距离排列了许多沿轴向的第一槽24。槽在涡轮机下游侧的终止位置位于从叶轮叶片前边稍进入下游侧的位置(即在叶轮叶片的入口附近，邻近或靠近鼠形环区1b的位置)，而在涡轮机上游侧的终止位置b位于比叶轮叶片前边更上游的一侧。对着叶轮外罩端面1d的机壳2区域29构成的位置与沿轴向在下游侧的槽24终止位置几乎相同，并在与机壳轴线垂直的表面上。该表面(即该区域)29和外罩端面1d以轴向距离δ1相互对着。在叶轮叶片所在的沿轴向第一槽24的区域附近，编号25表示了沿周向形成的第二槽，该槽25与在机壳内圆周上形成的第一槽连通，并形成比第一槽浅的槽。
如果涡轮机(即泵)在低流率区域工作，将发生如图15所示的回流(即反向流)。按照本发明，采用上述这种结构，被叶轮压缩的一部分流体在第一槽内从下游侧的终止位置a流回到上游侧的终止位置b。因为沿泵轴线方向形成槽24，在槽内流动的流体没有沿叶轮转动方向的分量，并且被射入在流率低时会发生回流的位置中，从而减弱或识别了回流，由此，可抑制回流的产生。因此，可防止或抑制在叶轮入口侧由于回流引起的旋涡或预旋涡，以及叶轮叶片的停转，从而使理论压力头的降低变小，由此改进了涡轮机中压力头-流率特性曲线右侧的升高特性。
此外，由于存在第二槽25，可以降低或缓和在叶片22经过轴向槽24时引起干扰所造成的叶轮脉动，由此也可降低和缓和槽24之间的压差，从而可抑制这样的现象由于叶轮脉动使涡轮机振动，由此增大了振动和噪声。
虽然上述实施例中对封闭式混流泵作了说明，但本发明也可应用于其它涡轮机，如离心泵、混合流鼓风机、混合流压缩机等，每一个可具有开敞式叶轮或封闭式叶轮。
此外，在机壳内流动表面上形成的沿轴向(即流体压力梯度方向)槽24截面形状或形式，除了矩形，也可以作成三角形、圆形或梯形，如图17(a)到(d)所示。槽25和33也可作成同样的截面形状。
泵站的泵工作流率在在静压力头、阻力曲线和泵压力头-流量特性曲线之间相交的一个点上确定，静压力头由泵站中吸入侧和排出侧之间的水头或水位差所确定，阻力曲线由泵站中通道或通路内的阻力之和所确定。如果在压力头-流量特性曲线右侧存在升高区，则可能在许多点上压力头-流量特性曲线与阻力曲线相交。此时，不可能仅在一点上确定交点，也就是说，不能唯一地确定流率，因此不能确定流率。尤其是，在静压力头很高和管道阻力很小时变得很明显。
在常规技术中，对最大效率和压力头稳定性作出平衡，从而得出在右侧没有升高现象的压力头-流量特性曲线，因此可能使最大效率稍有降低的倾向。此外，在泵中存在不稳定区的情形，泵的工作区必须处于没有这种不稳定工作发生的区域中，由此使工作区域变窄。因此，对于一个泵站，在工作进入不稳定区域的情形，必须采取这样的措施增加泵的数量，使得每个泵的流量变小，从而把每个泵的工作点移到不稳定区域之外的点上。采用上述的本发明，可以缓和这种常规技术的问题。另外，按照本发明，采用沿机壳周边上开槽的构造，可降低因轴向槽和来自叶轮流体之间干扰引起的压力脉动产生，由此降低了泵主体及其管道中的振动和噪声，它们是由具有压力脉动泵的振动所引起。因此，采用本发明，可以得到这样的效果涡轮机具有高的性能而没有这种右侧升高的特性，所得到的涡轮机甚至也可用于邻近住宅区的泵站等。
当用于混流泵时本发明可以达到很大的效果，尤其是当用于具有一个专门速度Ns作为指示泵特性指标的泵中，可以达到显著的效果，专门速度表示如下Ns=N×Q0.5/H0.75≈1,000至1,500这里设转速为N(每分钟转数)，总压力头H(米)，以及排出流率Q(每分钟立方米)。
尤其是当用于如下的泵时可以达到很大的效果其中，由吸入水位和排出水位确定的静压力头等于或大于规定点上压力头的50％。
按照本发明采取了以下构造许多第一槽用于在叶轮入口侧和叶轮所在的机壳内流动表面区之间进行连通，以及许多第二槽用于连通沿机壳周向的许多第一槽，由此可以得到这样的涡轮机它改进了压力头-流率特性，尤其是右侧的升高特性，能够抑制涡轮机效率的降低，以及其振动和噪声的增大。
另外，采取许多沿流体压力梯度方向槽的构造，以及设置了沿径向可移动的活动件，使得槽的深度可以改变，也可以达到上述相同或相似的效果。
另外，按照本发明，把在叶轮入口附近不形成外罩的半开敞式结构，应用于具有封闭式叶轮(叶轮具有外罩)的涡轮机中，也可以得到具有上述相同或相似效果的涡轮机。
权利要求
1．一种涡轮机，它包括一个机壳；一个叶轮，它具有许多叶片并且位于上述机壳内；许多第一槽，它们形成在上述机壳的内流动表面上，用于在上述叶轮入口侧和上述叶轮叶片所在的上述机壳内流动表面区之间进行连通；以及一条第二槽，它形成在上述机壳的内流动表面上，用于沿上述机壳周向连接上述许多第一槽。
2．如权利要求1中限定的一种涡轮机，其中，上述许多第一槽形成到宽度等于或大于5mm，使得上述许多第一槽的总宽度为上述叶轮叶片所在的上述机壳内流动表面的内圆周长度30％到50％左右，以及深度等于或大于2mm，使得它为上述叶轮叶片所在的上述机壳内流动表面直径的0.5％到1.6％左右。
3．如权利要求1中限定的一种涡轮机，其中，上述第二槽形成在上述叶轮叶片所在的上述机壳内流动表面上。
4．如权利要求1中限定的一种涡轮机，其中，上述第二槽形成的深度等于或浅于上述第一槽。
5．如权利要求1中限定的一种涡轮机，其中，上述第二槽形成的深度深于上述第一槽。
6．如权利要求1中限定的一种涡轮机，其中，上述第二槽沿着上述机壳的周向，以多条的方式断续地形成。
7．如权利要求1中限定的一种涡轮机，其中，上述第二槽形成在上述机壳的内流动表面上，它从上述叶轮叶片的前边位置或附近，直到上述叶轮叶片所在的区域，或者直到第一槽的终止端。
8．如权利要求1中限定的一种涡轮机，其中，上述第二槽形成在上述机壳的内流动表面上，它从上述涡轮机下游一侧的上述第一槽终止端，直到上述叶轮叶片所在的区域，或者直到上述叶轮的入口侧。
9．如权利要求1中限定的一种涡轮机，其中，上述第二槽以螺旋方式形成在上述机壳的内流动表面上，它从上述叶轮的入口侧，直到上述涡轮机下游一侧的上述第一槽终止端。
10．一种涡轮机，它包括一个机壳；一个叶轮，它具有许多叶片并且位于上述机壳内；以及许多槽，它们沿着流体的压力梯度方向，形成在上述机壳的内流动表面上，用于在上述叶轮入口侧和上述叶轮叶片所在的上述机壳内流动表面区之间进行连通，其中沿流体压力梯度方向形成上述槽，使得它们与上述叶轮的转动方向倾斜，从叶轮入口区附近朝着上述涡轮机的下游一侧。
11．一种涡轮机，它包括一个机壳；一个叶轮，它具有许多叶片并且位于上述机壳内；许多第一槽，它们沿着流体的压力梯度方向，并且沿机壳内圆周形成在上述叶轮入口侧的上述机壳内流动表面上；一条第二槽，它形成在上述机壳的内流动表面上，在上述叶轮叶片所在的区域，沿着机壳的圆周方向；以及一条流动通道，用于在上述第一槽和上述第二槽之间进行连接。
12．如权利要求11中限定的一种涡轮机，其中，上述流动通道至少包括槽，孔，管路和管道中的一个，并被形成绕过上述机壳的内表面。
13．一种涡轮机，它包括一个机壳；一个叶轮，它具有许多叶片并且位于上述机壳内；许多第一槽，它们沿着流体的压力梯度方向，并且沿机壳内圆周形成在上述叶轮入口侧的机壳内流动表面上；一条第二槽，它形成在上述机壳的内流动表面上，在上述叶轮叶片所在的区域，沿着机壳的圆周方向；以及一条第三槽，它形成在上述机壳内表面上，在上述叶轮叶片前边附近，沿着机壳的圆周方向；以及一条流动通道，用于在上述第一槽和上述第二槽之间进行连接，其中上述流动通道形成在从上述第一槽伸出的线上，绕过上述机壳的内表面，使得通过上述第三槽与上述第一槽流通。
14．一种涡轮机，它包括一个机壳；一个叶轮，它具有许多叶片并且位于上述机壳内；许多槽，它们沿着流体的压力梯度方向，并且沿机壳内圆周形成在上述机壳内流动表面上，用于在上述叶轮入口侧和上述叶轮叶片所在的上述机壳内流动表面区之间进行连通；以及许多活动件，它们设置在沿流体压力梯度方向的上述槽内，可沿上述机壳的径向移动，从而改变上述槽的深度。
15．如权利要求14中限定的一种涡轮机，其中，上述活动件定位成这样在压力头和流率之间特性曲线右侧升高的上述涡轮机工作区中，上述槽的深度变大，在特性曲线不显示这种右侧升高的工作区中，上述槽的深度变小或变零。
16．一种涡轮机，它包括一个封闭式的叶轮，它具有许多叶片和环绕叶片的外罩；一个机壳，它具有内流动壁并且容纳了上述叶轮，其中上述叶轮形成开敞式，在上述叶轮入口附近没有环绕它的外罩；以及许多第一槽，它们沿着压力梯度方向，并且沿机壳内圆周形成在上述机壳的内流动壁上，在叶轮入口附近对着上述没有外罩环绕的上述叶轮部分，其中，在入口侧上述第一槽的开始端位于上述叶轮的尖端入口侧的上游，而上述第一槽的终止端位于上述叶轮尖端入口侧的下游；涡轮机还包括一条第二槽，它用于沿上述机壳周向连接上述许多第一槽，它形成在上述机壳的内流动壁上，在叶轮入口附近对着上述没有外罩环绕的上述叶轮部分。
17．一种涡轮机，它包括一个叶轮，一个机壳，它容纳了上述叶轮；许多第一槽，它们沿着流体的压力梯度方向，形成在上述机壳的内流动表面上，在叶轮入口侧对着上述叶轮叶片的外周边部分，用于在流率低时上述叶轮入口侧会发生回流的区域和上述叶轮叶片尖端所在的上述机壳内流动表面区之间进行连接，其中，在涡轮机下游侧，上述第一槽的终止位置作成可取出压力流体，用于在涡轮机上游侧的上述第一槽的入口中，抑制主流内产生回流；以及一条第二槽，它在上述叶轮入口附近形成在上述机壳的内流动表面上，用于沿机壳周向连接上述许多第一槽，其中，设置上述第一和第二槽的上述机壳部分形成了一个实体，与上述机壳的其它部分分开。
全文摘要
为了改进涡轮机压力头－流率特性曲线的右侧升高特性,以及为了抑制涡轮机振动和/或噪声的增大,沿机壳内圆周,在机壳的内流动表面上形成了许多沿流体压力梯度方向的第一槽24,用于连接叶轮叶片的入口侧和叶轮叶片所在的机壳内流动表面区。另外,在叶轮叶片所在的机壳内流动表面区中,形成了沿周向的第二槽25,用于沿机壳周向连通各第一槽。
文档编号F04D29/54GK1314552SQ0010464
公开日2001年9月26日 申请日期2000年3月20日 优先权日2000年3月20日
发明者入江浩一, 冈村共由, 真锅明, 黑川淳一 申请人:株式会社日立制作所, 黑川淳一