具有仿生结构的减振降噪离心泵的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有仿生结构的减振降噪离心泵。
【背景技术】
[0002]离心泵作为一种通用机械，在国民经济中起着极其重要的作用。但其过流部件结构较为复杂，且旋转的叶轮与静止的蜗壳之间存在着动静干涉作用，使离心泵运行时内部流场呈现三维非稳态湍流，还会伴随强烈的脉动和噪声。这会严重影响系统及设备的运行安全和使用寿命，对于隐匿性能较高的军用设备，比如潜艇等，振动及噪声则是亟需解决的冋题。
[0003]离心泵内非定常压力脉动，被认为是诱导振动主要因素。当前针对离心泵内因流体诱发压力脉动的研宄表明，离心泵内部流场的压力脉动与隔舌及隔舌与叶轮之间的间隙有关。目前减小离心泵内部流场的振动和噪声的方法一般主要有:改变叶轮与隔舌间间隙、改变隔舌型式、及改变隔舌安放角。但依据上述三种方案对离心泵进行减振降噪的研宄中，改变叶轮与隔舌间隙或隔舌安放角时，虽然离心泵内部的脉动得到较好的改善，却以离心泵外特性性能为代价；而改变隔舌型式时，如采用阶梯隔舌时虽然在不影响离心泵性能的同时也能降低离心泵内部流场的脉动特性，但由于隔舌尺寸小、型式复杂，采用阶梯隔舌时必定会增加制造的难度。
[0004]离心泵种类繁多，有些离心泵在被制造出厂后，往往会出现流量、扬程偏大或偏小的情况，有时性能曲线还出现驼峰。为了满足其性能要求，通常的做法是对叶轮出口进行切害J。叶轮切割方法大体有两种:绕叶轮圆周方向均匀切割，减小叶轮出口直径，保证叶轮的整体形状不变；仅对叶轮出口处叶片进行局部切割，保留盖板不变。但以上两种叶轮切割方式只能解决部分性能曲线有驼峰或流量、扬程达不到要求的情况，当流量、扬程偏低时，上述叶轮切割方式并不能很好的解决问题，其缺点是不能有效的改善其流量、扬程，或者使得切割后的性能曲线稳定性不好。
[0005]经过亿万年的生物进化，鸮类可以在猎食过程中实现高速无声飞行，而鸮类独特的体表降噪系统得益于其羽翼的特殊结构。目前已有学者选择将生物体表降噪特征应用于该问题中，研宄证明利用仿生学原理构造的耦合仿生结构具有明显的降噪效果。
【发明内容】
[0006]为了解决目前的离心泵不能有效的改善其流量、扬程，或者使得切割后的性能曲线稳定性不好的问题，本发明提出了一种降低离心泵内部流场的振动与噪声问题，同时能有效提高离心泵的流量、扬程的具有仿生结构的减振降噪离心泵。
[0007]本发明所述的具有仿生结构的减振降噪离心泵，包括蜗壳、连接轴、电机和叶轮，所述的电机固定于壳体外，所述的连接轴承托于蜗壳并伸入蜗壳内；所述的叶轮包括叶片、前盖板和后盖板，所述的叶片装在前后盖板之间的连接轴上并位于蜗壳内，所述的电机通过所述的连接轴与叶轮轴接，其特征在于:在蜗壳扩散段下方设有第一仿生段，所述的第一仿生段的纵截面轮廓形状为仿飞鸟羽翼外轮廓的圆弧齿状结构(仿生非光滑结构)，所述的圆弧齿状结构为线性正弦曲线，第一仿生段的起点位于隔舌开始处、终点延伸至蜗壳压水室的第一断面与第二断面之间，并且第一断面的形状面积与原第一断面的形状面积相同，所述的原第一断面为蜗壳外轮廓所在的外圆与蜗壳基圆形成的断面；所述的隔舌的头部圆弧处设置带有至少一列凸起的仿生表面结构(仿生非光滑结构)。
[0008]所述的扩散段的对称侧壁上设有第二仿生段，所述的第二仿生段的纵截面轮廓形状为仿飞鸟羽翼的线性正弦曲线的圆弧齿状结构(仿生非光滑结构)；所述的第二仿生段从蜗壳第十断面开始，并沿扩散段流线方向延伸至扩散段出口处，并且保证扩散段的第十断面和第十一断面的形状面积分别与原第十断面、原第十一断面形状面积相同。
[0009]所述的仿生表面结构上的凸起为毫米级的圆球、圆柱、三棱柱或四棱柱。
[0010]所述的第一仿生段的圆弧齿状结构的单元间隔为26?42mm，突起高度为3?7mm，其中突起高度与间隔之比为0.1?0.2之间，单元个数为I?4个。
[0011]所述的第二仿生段沿流线方向布置长度为整个扩散段3/4，仿生结构的结束点与蜗壳出口处平齐，第二仿生段的圆弧齿状结构单元间隔为26?42mm，单元高度为3?7mm，圆弧齿状结构的单元个数为2?4个，整个第二仿生段360°包围扩散段出口处。
[0012]所述的蜗壳为单蜗壳、双蜗壳或三蜗壳结构。
[0013]所述的蜗壳从外向内依次为第一蜗壳和第二蜗壳构成的双蜗壳结构，所述的第二蜗壳的第二隔舌沿叶轮中心与第一蜗壳的隔舌呈180°对称，所述的第二蜗壳上设有第三仿生段，所述的第三仿生段的纵截面轮廓形状为仿飞鸟羽翼外轮廓的线性正弦曲线的圆弧齿状结构；所述的第三仿生段从第二隔舌头部开始沿第二蜗壳方向分布到压水室第五断面与第六断面之间；第二蜗壳厚度为蜗壳扩散段出口直径的1/25，保证第五断面的形状面积与原第五断面的形状面积相同，所述的原第五断面为第二蜗壳外轮廓所在的外圆和蜗壳基圆形成的断面。
[0014]第二蜗壳位于以蜗壳顶端为圆心的圆弧上，并且第二蜗壳的尾端落在第八断面与第九断面之间。
[0015]所述的第二蜗壳用分流板替换。
[0016]相邻两片叶片之间的前盖板和/或后盖板周向带有凹槽，保证叶片出口处位于最高点，即保证叶片出口处的直径不变。
[0017]本发明的仿生蜗壳结构适用于单蜗壳、双蜗壳或三蜗壳离心泵。在整个离心泵压力脉动最强烈处采用圆弧齿状结构的仿生非光滑结构，此处主要以双蜗壳为对象进行分析，即在隔舌头部、隔舌头部到压水室第一断面附近、第二蜗壳隔舌头部到压水室第五断面处、以及扩散段出口处采用仿生非光滑结构。通过对长耳鸮翼型的分析得到相关的形态参数，并根据蜗壳的设计要求确定非光滑仿生蜗壳的具体结构。
[0018]本发明的隔舌头部结构适用于单隔舌、双隔舌及阶梯隔舌。即在隔舌头部构造圆球、圆柱、四棱柱或三棱柱微型非光滑形态，非光滑形态的具体参数为:长度略微比隔舌长度小，绕隔舌圆周方向间隙为0.5_左右，确保在隔舌头部最少能形成一列仿生表面结构。
[0019]本发明的仿生蜗壳结构适用于单蜗壳、双蜗壳或三蜗壳离心泵，此处主要分析该仿生蜗壳结构应用于双蜗壳离心泵的情况，其中仿生蜗壳结构从隔舌头部沿第一蜗壳方向分布到压水室第一断面附近，同时从第二隔舌头部沿第二蜗壳方向(分流板)分布到压水室第五断面附近处。
[0020]本发明的仿生扩散段结构用于改善离心泵蜗壳出口处由于漩涡或二次流引起的不稳定流动，因为离心泵蜗壳出口处压力最大，流体不稳定则会造成蜗壳出口处极大的压力脉动，而强烈的压力脉动也是诱发振动及噪声的主要因素。
[0021]本发明的特殊叶轮切割结构包括叶片及前后盖板，其切割方式包含以下三种情况:a、保证叶轮叶片处盖板直径不变，而叶片出口处与叶片出口处之间的前后盖板上，采用圆弧齿状形态(仿生非光滑形态)轴向平行切割；b、保证叶轮叶片处盖板直径不变，而叶片出口处与叶片出口处之间的前盖板上，采用圆弧齿状形态轴向平行切割，但后盖板保持不变；C、保证叶轮叶片处盖板直径不变，而叶片出口处与叶片出口处之间的后盖板上，采用圆弧齿状形态轴向平行切割，但前盖板保持不变。对于上述经过特殊叶轮切割的盖板，盖板出口处周向形成圆弧齿状结构，且保证叶片出口处位于圆弧齿状形态的最高点