一种消涡装置

1.本专利发明属于流体机械技术领域，尤其涉及一种水翼叶顶泄漏流消涡装置。


背景技术：

2.在轴流式流体机械中如轴流泵、水力推进器等，在动叶叶顶与端壁之间为避免摩擦存有尺度较小的间隙。在叶顶间隙处，由于叶片吸力面与压力面存在压差，该处的流体在静压的作用下流动，形成从压力面一侧流向吸力面一侧的间隙流动。间隙流动主要分为两部分，远离叶顶端面处的流体(占叶顶间隙流中的大部分)顺利通过了间隙，并在压差的作用下加速，通过间隙后与主流掺混，形成叶顶泄漏涡。而其中贴近叶顶端面处流体在边界层作用下流速降低至零后形成流动分离并反向流动，产生叶顶分离涡。当在涡心处的压力低于饱和蒸汽压时，会发生间隙流空化。根据空化位置和成因的不同，分为分离涡空化和泄漏涡空化。间隙空化会造成水力机械性能变化，诱导振动和噪声等现象，造成叶片叶顶端部及叶片外缘发生空蚀等现象。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于通过使用水翼叶顶泄漏流消涡装置，破坏或消除水翼叶顶泄漏流引起的叶顶间隙泄漏涡和分离涡，抑制叶顶空蚀破坏，延长水翼的使用寿命，提高水翼运行效率与稳定性。
4.为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种水翼叶顶泄漏流消涡装置，该装置包括水翼、电极和永磁体。永磁体和电极交替嵌入水翼叶顶位置，且嵌入后不改变水翼原有外形。永磁体与电极遵循“n极—电极—s极—电极—
……”
的分布方式，且贴合水翼叶顶处的表面沿弦长方向紧密排列。电极接交流电源且相邻两电极所接电极属性相反。
5.上述方案中，永磁体、电极与水翼之间采用间隙配合，配合间隙不超过0.05mm。
6.上述方案中，电极极性及电极之间的压差由电源控制器控制。
7.本专利的有益效果：本发明在水翼叶顶位置加装交替分布的永磁体与电极，电极接入交流电源，其极性随着控制信号交替变换，待水翼叶顶泄漏流流经水翼叶顶位置时，泄漏流中的带电离子在电场力作用下发生定向运动产生电流，电场线与磁场线之间存在一定夹角，因此泄漏流又受到洛伦兹力的作用，随着相邻电极在控制信号作用下转换极性，电流幅值也随之变化，使得泄漏流所受的洛伦兹力的大小与方向也随之变换。由于本装置所引发的泄漏流所受洛伦兹力的方向基本与水翼展向方向平行，即与水翼叶顶泄漏流方向基本垂直，从而改变泄漏流运动状态，进而破坏或消除水翼叶顶泄漏流引起的叶顶间隙泄漏涡和分离涡，抑制叶顶空蚀破坏，延长水翼的使用寿命，提高水翼运行效率与稳定性。
附图说明
8.图1为水翼叶顶泄漏流消涡装置爆炸示意图。
9.图2为本发明水翼叶顶泄漏流消涡装置结构示意图。
10.图3为水翼叶顶泄漏流消涡装置消涡原理示意图。
11.图4为水翼叶顶泄漏流消涡装置工作原理示意图。
12.以上附图的附图标记：1、永磁体；2、电源控制器；3、水翼；4、电极；5、磁极槽；6、电极槽。
具体实施方式
13.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但不应该以此限制本发明的保护范围。本发明中主要对水翼3叶顶表面进行改造，加工与永磁体1和电极4尺寸相对应的凹槽5和6。
14.如图1所示，水翼叶顶泄漏流消涡装置，主要对水翼叶顶表面进行改造，加工与永磁体和电极尺寸相对应的凹槽，随后将电极与永磁体交替嵌入其中，其分布形式为满足“永磁体(n极)—电极(+极)—永磁体(s极)—电极(-极)—
……”
的分布规律，其中电极的正负及电压由接入的电源控制器2控制。
15.如图2所示，在水翼叶顶泄漏流消涡装置中，永磁体、电极与水翼之间紧密配合，安装的永磁体和电极不改变水翼的原有外形及尺寸。
16.本实施例的技术方案如图3所示，嵌入水翼顶部表面位置的永磁体提供沿水翼表面法向方向的永久磁场，磁极相邻两侧嵌入的电极在电源控制器的控制下形成正极与负极，此时位于该位置泄漏流中的带电离子在电场力作用下定向运动形成电流，结合磁场的作用产生洛伦兹力，由此改变了泄漏流的运动状态，进而破坏或消除水翼叶顶泄漏流引起的叶顶间隙泄漏涡和分离涡，抑制叶顶空蚀破坏，延长水翼的使用寿命，提高水翼运行效率与稳定性。
17.如图4所示，本发明通过电源控制器控制水翼叶顶泄漏流消涡装置中相邻电极的极性以及转换频率，从而使水翼叶顶区域的泄漏流受到方向周期性变换的洛伦兹力的作用，由于泄漏流所受的洛伦兹力的方向基本与泄漏流流动方向垂直，因此方向周期性改变的洛伦兹力可有效改变该位置泄漏流的运动状态，进而破坏或消除水翼叶顶泄漏流引起的叶顶间隙泄漏涡和分离涡，抑制叶顶空蚀破坏，延长水翼的使用寿命，提高水翼运行效率与稳定性。


技术特征：
1.一种水翼叶顶泄漏流消涡装置，其特征在于，包括水翼、永磁体和电极，所述水翼叶顶位置交替嵌入永磁体与电极，所嵌入水翼叶顶位置处的电极与永磁体不改变水翼原有的外形尺寸与形状。2.根据权利要求1所述的一种水翼叶顶泄漏流消涡装置，其特征在于，相邻永磁体在水翼表面法向方向的磁极是相反的，即“n极—电极—s极—电极”的分布规律。3.根据权利要求1所述的一种水翼叶顶泄漏流消涡装置，其特征在于，电极在通电时相邻两电极的属性相反，即“正极—磁极—负极—磁极”的分布规律。4.根据权利要求1所述的一种水翼叶顶泄漏流消涡装置，其特征在于，电极与磁极在水翼弦长方向上交替排列。5.根据权利要求1所述的一种水翼叶顶泄漏流消涡装置，其特征在于，相邻正负电极与电源连接，形成回路。

技术总结
本发明涉及一种水翼叶顶泄漏流消涡装置，该装置包括水翼、电极和永磁体。永磁体和电极交替嵌入水翼叶顶位置，且嵌入后不改变水翼原有外形。水翼叶顶泄漏流流经水翼叶顶位置时，泄漏流中的带电离子在电场力作用下发生定向运动产生电流，其流动方向与磁场磁感线法向之间存在一定夹角，因此泄漏流又受到洛伦兹力的作用，随着相邻电极在交流电源对应频率下周期性转换极性，泄漏流中带电离子的运动方向也随之交替转变，同时泄漏流所受的洛伦兹力的方向也随之交替变换。由于本装置所引发的泄漏流所受洛伦兹力的方向基本与水翼展向方向平行，故而可以破坏泄漏流的结构。本发明采用主动控制方式可有效破坏水翼叶顶泄漏流产生的泄漏涡结构，减少能量损失。减少能量损失。减少能量损失。


技术研发人员：黄亚冬 张德胜 顾发东 张恒毅
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/9/9