一种具有三维中空叶片的叶轮结构

1.本实用新型涉及用于叶轮结构设计领域，尤其是一种具有三维中空叶片的叶轮结构。


背景技术：

2.随着中国海洋经济的发展，充分利用海洋资源优势、推动海洋养殖等传统产业转型升级势在必行，其中用于海产养殖的给氧泵具有工作区域大的特点。为了满足日益提升的海产养殖对给氧泵的需求，对新式给氧泵叶轮进行水力设计及给氧泵整体结构的研究十分必要。
3.与陆地水产养殖的给氧设备不同的是，保证宽海域中给氧泵的正常工作、电机设备功率的限制、给氧泵结构的简单易实现对海洋水产养殖的给氧泵设计造了巨大挑战。在给氧泵叶轮设计中，对于给定的电机功率时，如何在充分利用电机功率的同时保证给氧泵的增氧性能的研发面临着极大挑战。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种结构简单、在结构形式与尺寸限定下具有作用范围大、推力高等较好的水力性能的具有三维中空叶片的叶轮结构。
5.本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案：一种具有三维中空叶片的叶轮结构，包括叶轮轴及固定于叶轮轴上的叶片；所述叶轮轴包括圆台柱体，圆台柱体的内部设有空气流道,所述空气流道沿所述圆台柱体的侧线方向设置,空气流道的进气端通过所述圆台柱体的底面与叶轮轴的外部相连通；所述圆台柱体的侧壁上设有与所述空气流道相连通的叶片固定通孔；所述叶片为具有三维弯扭叶型的变截面片状结构，叶片的前缘与叶片的后缘均为圆弧形且从叶根到叶顶方向所述叶片的截面面积渐缩；所述叶片的叶根端设有进气口，叶顶端设有出气口，叶片的内部设有由所述进气口连通至所述出气口的弧形片状流道，以在叶片的内部形成中空结构；所述弧形片状流道的截面面积由叶根端至叶顶端渐缩；所述叶片的叶根固定于所述叶片固定通孔中，以使弧形片状流道与所述空气流道相连通；所述圆台柱体底面的中心处设有向上凹陷的电机轴孔。
6.所述叶轮轴还包括导流锥，所述导流锥固定于圆台柱体的顶部。
7.所述空气流道沿周向均匀分布于圆台柱体的内部；所述叶片固定通孔设置于与所述空气流道相对应的圆台柱体的外侧壁上。
8.所述弧形片状流道的形状与所述叶片相同。
9.所述叶片固定通孔的形状与所述叶片的叶根的形状相互配适。
10.所述叶片固定通孔设置于圆台柱体上端的侧壁上。
11.所述圆台柱体的内部设有4条空气流道，圆台柱体的侧壁上设有4片叶片。
12.本实用新型的有益效果在于：本实用新型结构简单，其中采用圆台柱体作为叶轮轴，通过该圆台柱体上的叶片固定通孔与具有中空结构的叶片具备良好的适配性，提升了
叶片与叶轮轴之间的接触面积；叶片采用三维弯扭的叶型结构，能够有效提升对水的推力，且本实用新型设计的空气流道均在叶轮结构的内部，不需要在外部外加影响流动的部件，从而有效提升给氧泵的工作范围；导流锥、叶片前缘和叶片后缘均为圆弧型，有效降低产生旋涡等畸变流场的几率；当本实用新型的叶片结构作为给氧泵工作时，使叶轮轴的中心轴线与水平面平行；由于叶轮轴为横截面由下至上渐缩的圆台柱状设计，可以大幅度提升由叶轮轴的底面流入叶片进气口处的气流速度，从而使气流通过叶片内部的弧形片状流道进入水中，有效提升水中空气含量。
附图说明
13.图1是本实用新型的结构示意图。
14.图2是本实用新型中圆台柱体的结构示意图。
15.图3是本实用新型中叶片的结构示意图。
16.图4是本实用新型的俯视图。
17.图中：1—叶片、2—圆台柱体、3—导流锥、4—弧形片状流道、5—叶片的叶顶、6—叶片的叶根、7—叶片的前缘、8—叶片的后缘、9—中心轴线；10—空气流道、11—电机轴孔、12-进气通孔、1a-进气口、1b-出气口、2a-叶片固定通孔、a—叶轮轴的高度、b—圆台柱体上端面的外径、c—电机轴孔的直径、d—叶轮结构的外径。
具体实施方式
18.以下结合附图及具体实施方式对本实用新型进行说明：
19.图1是本实用新型一种具有三维中空叶片的叶轮结构的结构示意图。一种具有三维中空叶片的叶轮结构，包括叶轮轴及固定于叶轮轴上的叶片1。
20.如图1所示。叶轮轴包括圆台柱体2和圆锥状的导流锥3，导流锥3固定于圆台柱体2的顶端。图2示出了圆台柱体2内部的空气流道10布设结构：圆台柱体2的内部设有四条空气流道10,每条空气流道10沿圆台柱体2的侧线方向设置, 四条空气流道10沿周向均匀分布于圆台柱体2的内部；圆台柱体2的下底面设有四个进气通孔12，空气流道10的进气端通过该进气通孔12与叶轮轴的外部相连通；与空气流道10相对应的圆台柱体2的外侧壁上设有分别与四个空气流道10对应连通的四个叶片1固定通孔，用于连接四片叶片1；并使叶片固定通孔2a的形状与叶片1的叶根6的形状相互配适。优选地，叶片固定通孔2a设置于圆台柱体2上端的侧壁上。
21.图3示出了叶片1的具体结构：叶片1为具有三维弯扭叶型的变截面片状结构，叶片1的前缘7与叶片1的后缘8均为圆弧形，且从叶根6到叶顶5方向叶片1的截面面积逐渐缩小；叶片1的叶根6端设有进气口1a，叶顶5端设有出气口1b，叶片1的内部设有由进气口1a连通至出气口1b的弧形片状流道4，以在叶片1的内部形成中空结构；其中弧形片状流道4的截面面积由叶根6端至叶顶5端逐渐缩小，且流道的形状也同叶片1一样采用三维弯扭叶型。
22.如图1所示：叶片1的叶根6固定于叶片固定通孔2a中，以使每个叶片1中的弧形片状流道4与圆台柱体2中对应空气流道10相连通，每条弧形片状流道4与其对应连通的空气流道10共同形成了本实用新型叶轮结构的空气传输通道；圆台柱体2下底面的中心处设有向上凹陷的电机轴孔11，该电机轴孔11的轴心位于中心轴线9上，电机轴孔11用于与电机转
轴相连接，实现扭矩传输，带动叶轮旋转形成给氧泵。当叶轮结构随电机单向旋转，外部空气将从圆台柱体2下底面的四个进气通孔12进入空气流道10中，再经过叶片1中的弧形片状流道4从叶片1的出气口1b将空气输入水中。
23.如图4所示：当本实用新型提出的叶轮结构采用如下尺寸时，叶轮轴的高度a为240mm（如图1，即从圆台柱体2下底面到导流锥3的高度）；圆台柱体2上端面的外径（即圆台上底面的外径）b为58-64mm，圆台柱体2下端面的外径（即圆台下底面的外径）为68-74mm，电机轴孔11的直径c为26mm；叶轮结构的外径d为225mm时，将本实用新型的叶轮结构通过电极轴孔与电机的输出轴相连后形成给氧泵，在叶轮轴的中心轴线9与水平面平行的状态下将给氧泵水平置入流体中，在开放水域工作时经流体动力学软件测试得到：当电机转速1450r/min时，所述叶轮结构产生的轴向推力为850n，所述叶轮结构的功率为3.85 kw，最大工作范围为给氧泵的后75m。本实用新型能够为水产养殖宽海域给氧泵叶轮的设计提供借鉴。
24.以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。