
【化】 sweepback impeller
after; back; behind; offspring; queen
【醫】 meta-; post-; retro-
graze; plunder; sack; sweep past
ceremony; formula; model; pattern; ritual; style; type
【化】 expression
【醫】 F.; feature; formula; Ty.; type
impeller
【化】 impeller; lobed wheel; paddle wheel; vane wheel
後掠式葉輪(swept-back impeller)是流體機械中的一種葉片設計形式,其葉片頂部沿旋轉方向呈向後彎曲的幾何特征。該結構通過優化流體流動路徑,可減少入口沖擊損失并提升能量轉換效率。根據《機械工程術語詞典》(第三版)定義,後掠角一般控制在20°-40°範圍内,通過延遲流體分離現象實現更高壓比和更寬穩定工作範圍。
在航空發動機和離心壓縮機領域,後掠式葉輪被證實能有效降低端壁二次流損失(NASA Technical Report,CR-195433)。美國機械工程師協會(ASME)實驗數據顯示,采用後掠設計的離心葉輪較傳統徑向葉輪,等熵效率可提升3-5個百分點,喘振邊界擴展15%以上。
該技術現主要應用于:
需注意,後掠式葉輪的制造需采用五軸聯動數控加工中心,葉片型線精度要求控制在±0.05mm以内(ISO 1940-1平衡等級G2.5)。德國VDI 2060标準建議,此類葉輪需進行全轉速範圍内的動态應力分析,防止葉片共振斷裂。
後掠式葉輪是一種通過葉片進口邊向後傾斜的流體機械設計,主要用于優化流動特性、提升抗空化能力及工況適應性。以下是其核心特征和應用解析:
後掠式設計
葉片進口邊(尤其是輪緣側)采用向後彎曲或傾斜的幾何形态。例如蘭州理工大學的專利中,長葉片的輪毂側比輪緣側更靠前,形成後掠角度,降低輪緣側流體圓周速度并改善壓力分布。
組合結構
常見搭配分流偏置短葉片或前彎設計。如專利中提到的“偏置短葉片”與後掠長葉片配合,通過分流減少流動分離;車用增壓器渦輪則采用“前彎後掠”複合結構,兼顧變工況下的能量轉換效率。
抗空化性能提升
後掠式通過調整葉片進口邊的壓力梯度,降低局部低壓區的壓降幅度,從而抑制空化現象産生。
流動效率優化
在車用增壓器中,該設計可改善葉輪内部流動分離,減少二次流損失,使渦輪在寬工況範圍内保持較高效率。
機械強度增強
潛水攪拌器的後掠式葉輪通過分體式輪毂結構(上下半圓輪毂+連接螺釘),降低高速旋轉時的應力集中。
場景 | 作用案例 |
---|---|
離心泵/螺旋離心泵 | 用于高抗空化要求的工況,如化工流體輸送(參考) |
車用渦輪增壓器 | 提升增壓器在發動機變轉速下的響應速度和能量回收效率(參考、3) |
潛水攪拌設備 | 優化水流攪拌效率,同時減少葉片磨損(參考、6) |
英語對應術語為sweepback impeller。其設計原理屬于葉片式流體機械的流動控制技術,與常規葉輪相比,更注重三維流場優化。
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