一種具有高溶氣性能的泵噴水推進器葉輪的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于船用泵噴水推進裝置的葉輪，具體涉及一種具有高溶氣性能的泵噴水推進器葉輪。
【背景技術】
[0002]目前，泵噴水推進器作為一種新型的船舶推進裝置，主要用于高速客輪、滑行艇等具有表面效應特性的現(xiàn)代高性能船舶。具有表面效應特性的船舶由于速度高、具有噴濺特性，因此在巡航中，近船體流場通常呈現(xiàn)為氣液兩相流動的形式。由此，由船底側汲水的泵噴水推進器的氣液兩相流輸送能力尤其是葉輪對上游氣液兩相流體的吸入能力對船舶的穩(wěn)定、高速有效地巡航具有非常重要的作用。
[0003]現(xiàn)有技術中的泵噴水推進器葉輪，均是采用葉片均勻布置的葉輪，這種葉輪葉片的布置方式是借用葉片泵設計的傳統(tǒng)設計方法，目的是為了使徑向力盡可能小，葉輪上下游的壓力脈動盡可能低。但是對于要求處理具有氣液兩相特性的介質而言，這種葉輪葉片布置方法無法充分利用葉輪葉片做功所形成的剪切力。本實用新型正是克服現(xiàn)有技術中本領域技術人員的技術偏見，首次提出這種葉片周向對稱但不均勻布置的新方案”。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本實用新型提供一種具有高溶氣性能的泵噴水推進器葉輪，以使具有表面效應特性的高速客輪、滑行艇等現(xiàn)代高性能船舶具有穩(wěn)定、尚速有效的巡航能力。
[0005]技術方案:為解決上述技術問題，本實用新型的一種具有高溶氣性能的泵噴水推進器葉輪，包括第一葉片組和第二葉片組，第一葉片組和第二葉片組分別包含兩個周向均勻布置的葉片，第一葉片組所在的第一中心線和第二葉片組所在的第二中心線之間形成夾角9，所述夾角Θ不是90°。
[0006]進一步的，所述夾角Θ的取值范圍為70° <θ〈80°。
[0007]最為最佳方案，所述夾角Θ為78。。
[0008]所述葉片為大側斜螺旋槳葉片，葉片輪緣處葉柵稠密度為0.4。
[0009]所述葉輪為整體鑄造型式，或者通過螺栓將葉片與輪轂連接組成葉輪
[0010]本實用新型的工作過程如下:水流被葉輪做功吸入，葉輪會對水流施加與葉片通過頻率一致的動態(tài)連續(xù)作用力，該作用力會使流體所具有的動態(tài)能量向上游傳播到泵噴水推進器的吸入口。由于受船舶噴濺以及表面效應的影響，泵噴水推進器的進口通常為氣液兩相流態(tài)。由葉輪作用所形成的液體中的壓力波動越大，速度剪切越大，泵噴水推進器輸送氣液兩相流動的能力就越好。本實用新型的作用就是在泵噴水推進器的進口形成盡可能大的速度剪切。
[0011]有益效果:本實用新型的具有高溶氣性能的泵噴水推進器葉輪，由四個中心對稱但不是均勻布置的葉片組成，因此徑向力平衡(徑向力為O)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定；葉片的周向非均勻布置使其對葉輪上游形成盡可能大的壓力波動，從而形成較大的壓力梯度和速度剪切，大大提高泵噴水推進器的溶氣能力。本實用新型能夠有效提高泵噴水推進器的氣、液兩相輸送能力，能夠使船舶具有穩(wěn)定、高速有效的巡航能力，尤其適用于高速客輪、滑行艇等現(xiàn)代高性能船的泵噴水推進裝置。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0013]圖2為每組葉片(相對的兩個葉片)對其上游流體作用形成的壓力波動數(shù)值計算結果圖；
[0014]圖3為夾角Θ為90°時葉輪對流體作用形成的壓力波動數(shù)值計算結果圖；
[0015]圖4為夾角Θ為78。時葉輪對流體作用形成的壓力波動數(shù)值計算結果圖；
[0016]圖5為夾角Θ為75°時葉輪對流體作用形成的壓力波動數(shù)值計算結果圖；
[0017]圖6為夾角Θ為80°時葉輪對流體作用形成的壓力波動計算結果圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。
[0019]如圖1所示，本實用新型的一種具有高溶氣性能的泵噴水推進器葉輪，包括第一葉片組和第二葉片組，第一葉片組和第二葉片組分別包含兩個中心對稱的葉片，葉片為大側斜螺旋槳葉片，葉片輪緣處葉柵稠密度為0.4，第一葉片組所在的第一中心線和第二葉片組所在的第二中心線之間形成夾角Θ，所述夾角Θ不是90°。如圖2所示，每組葉片(相對的兩個葉片)對其上游流體作用形成的壓力波動數(shù)值計算結果，該圖表明葉片對流體形成周期性的壓力作用(圖中展示了 3個周期)，最大波動幅值約為7.4kPa。
[0020]現(xiàn)有技術的葉輪結構中，葉片數(shù)為四個，四個葉片均勻分布，兩個葉片組形成夾角Θ為90°。此時，葉輪對流體形成的壓力波動如圖3所示。由圖3可以看出，雖然葉片通過頻率增加了一倍，但是由于相位相差90°，壓力波動的絕對值變化并不大，此時得到的壓力最大波動值為8.8kPa，略高于一對葉片的壓力波動值。
[0021]本實施例中，第一葉片組所在的第一中心線和第二葉片組所在的第二中心線之間形成夾角θ，Θ = 78°。此時，葉輪對流體形成的壓力波動特性如圖4所示，此時得到的壓力最大波動值為10.9kPa，遠遠高于一對葉片的壓力波動值:除了具有更高的壓力脈動幅值以外，壓力脈動的變化也更加豐富，因此具有更好地處理不同含氣率的氣液兩相流動的能力。
[0022]當夾角Θ小于70°時葉輪對下游形成的流動不穩(wěn)定性會影響葉輪的效率特性，因此建議70° <θ〈80°。
[0023]夾角70° <θ〈80°時，壓力波動大，葉輪產(chǎn)生的速度剪切大，泵噴水推進器輸送氣液兩相流動的能力好，而且葉輪的效率特性沒有影響。
[0024]圖4為夾角Θ為78。時葉輪對流體作用形成的壓力波動數(shù)值計算結果，此時兩組葉片相位相差78。，得到的壓力最大波動值為10.9kPa，遠遠高于一對葉片的壓力波動值。
[0025]圖5為夾角Θ為75°時葉輪對流體作用形成的壓力波動數(shù)值計算結果，此時兩組葉片相位相差75°，得到的壓力最大波動值為10.5kPa，遠遠高于一對葉片的壓力波動值，略低于相位差為78°時的情況，由于該角度相比與78°時葉片分布更不均勻，因此該角度沒有78°時的性能好。
[0026]圖6為夾角Θ為80°時葉輪對流體作用形成的壓力波動計算結果，此時兩組葉片相位相差80°，得到的壓力最大波動值為10.2kPa，高于一對葉片的壓力波動值，不過已經(jīng)低于相位差為78°時的情況。
[0027]從圖4、圖5、圖6所示的Θ =78°、Θ =75°以及Θ =80°的情況比較發(fā)現(xiàn)，Θ最優(yōu)值建議取為Θ =78°。
[0028]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種具有高溶氣性能的泵噴水推進器葉輪，其特征在于:包括第一葉片組和第二葉片組，第一葉片組和第二葉片組分別包含兩個中心對稱的葉片，第一葉片組所在的第一中心線和第二葉片組所在的第二中心線之間形成夾角Θ，所述夾角Θ不是90°。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有高溶氣性能的泵噴水推進器葉輪，其特征在于:所述夾角Θ的取值范圍為70° <θ〈80°。
3.根據(jù)權利要求2所述的具有高溶氣性能的泵噴水推進器葉輪，其特征在于:所述夾角Θ為78°。
4.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的具有高溶氣性能的泵噴水推進器葉輪，其特征在于:所述葉片為大側斜螺旋槳葉片，葉片輪緣處葉柵稠密度為0.4。
5.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的具有高溶氣性能的泵噴水推進器葉輪，其特征在于:所述葉輪為整體鑄造型式，或者通過螺栓將葉片與輪轂連接組成葉輪。
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有高溶氣性能的泵噴水推進器葉輪，包括第一葉片組和第二葉片組，第一葉片組和第二葉片組分別包含兩個中心對稱的葉片，第一葉片組所在的第一中心線和第二葉片組所在的第二中心線之間形成夾角θ，所述夾角θ不是90°。本實用新型通過將葉輪設置為葉片中心對稱但不均勻布置的結構，不但可以使得徑向力平衡(徑向力為0)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定；而且可以使其對葉輪上游形成盡可能大的壓力波動(速度剪切)，從而形成較大的壓力梯度和速度剪切，大大提高泵噴水推進器的溶氣能力。本實用新型能夠有效提高泵噴水推進器的氣、液兩相輸送和做功能力，使船舶具有穩(wěn)定、高速有效的巡航能力，尤其適用于高速客輪、滑行艇等現(xiàn)代高性能船舶的泵噴水推進裝置。
【IPC分類】B63H11-08
【公開號】CN204507235
【申請?zhí)枴緾N201420701043
【發(fā)明人】倪永燕, 李冬琴, 范露
【申請人】江蘇科技大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年11月20日