
【化】 sweepback impeller
after; back; behind; offspring; queen
【医】 meta-; post-; retro-
graze; plunder; sack; sweep past
ceremony; formula; model; pattern; ritual; style; type
【化】 expression
【医】 F.; feature; formula; Ty.; type
impeller
【化】 impeller; lobed wheel; paddle wheel; vane wheel
后掠式叶轮(swept-back impeller)是流体机械中的一种叶片设计形式,其叶片顶部沿旋转方向呈向后弯曲的几何特征。该结构通过优化流体流动路径,可减少入口冲击损失并提升能量转换效率。根据《机械工程术语词典》(第三版)定义,后掠角一般控制在20°-40°范围内,通过延迟流体分离现象实现更高压比和更宽稳定工作范围。
在航空发动机和离心压缩机领域,后掠式叶轮被证实能有效降低端壁二次流损失(NASA Technical Report,CR-195433)。美国机械工程师协会(ASME)实验数据显示,采用后掠设计的离心叶轮较传统径向叶轮,等熵效率可提升3-5个百分点,喘振边界扩展15%以上。
该技术现主要应用于:
需注意,后掠式叶轮的制造需采用五轴联动数控加工中心,叶片型线精度要求控制在±0.05mm以内(ISO 1940-1平衡等级G2.5)。德国VDI 2060标准建议,此类叶轮需进行全转速范围内的动态应力分析,防止叶片共振断裂。
后掠式叶轮是一种通过叶片进口边向后倾斜的流体机械设计,主要用于优化流动特性、提升抗空化能力及工况适应性。以下是其核心特征和应用解析:
后掠式设计
叶片进口边(尤其是轮缘侧)采用向后弯曲或倾斜的几何形态。例如兰州理工大学的专利中,长叶片的轮毂侧比轮缘侧更靠前,形成后掠角度,降低轮缘侧流体圆周速度并改善压力分布。
组合结构
常见搭配分流偏置短叶片或前弯设计。如专利中提到的“偏置短叶片”与后掠长叶片配合,通过分流减少流动分离;车用增压器涡轮则采用“前弯后掠”复合结构,兼顾变工况下的能量转换效率。
抗空化性能提升
后掠式通过调整叶片进口边的压力梯度,降低局部低压区的压降幅度,从而抑制空化现象产生。
流动效率优化
在车用增压器中,该设计可改善叶轮内部流动分离,减少二次流损失,使涡轮在宽工况范围内保持较高效率。
机械强度增强
潜水搅拌器的后掠式叶轮通过分体式轮毂结构(上下半圆轮毂+连接螺钉),降低高速旋转时的应力集中。
场景 | 作用案例 |
---|---|
离心泵/螺旋离心泵 | 用于高抗空化要求的工况,如化工流体输送(参考) |
车用涡轮增压器 | 提升增压器在发动机变转速下的响应速度和能量回收效率(参考、3) |
潜水搅拌设备 | 优化水流搅拌效率,同时减少叶片磨损(参考、6) |
英语对应术语为sweepback impeller。其设计原理属于叶片式流体机械的流动控制技术,与常规叶轮相比,更注重三维流场优化。
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