CN101368574A - 两相流泵叶轮的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两相流泵叶轮的设计方法，所述两相流泵包含渣浆泵、泥浆泵、潜水渣浆泵、潜水泥浆泵及潜水两相流泵，该叶轮主要包括主叶轮与副叶轮，所述主叶轮主要包括主叶片、副叶片、前盖板与后盖板，所述叶轮主要设置在一叶轮轴上；所述主叶片通过叶片进口段与所述前后盖板倾斜、出口段与所述前后盖板垂直形成半扭曲式叶片，通过叶轮前盖板上的叶片轮廓线至叶轮后盖板上的叶片轮廓线光滑过渡形成半扭曲叶片的表面。所述叶轮副叶片和所述副叶轮组成一动密封装置。通过本发明的半扭曲叶片可使水力损失和摩擦损失比圆柱叶片小，并能降低泵的振动和噪音，不仅提高了泵的效率、延长了叶轮的使用寿命，而且使泵的运行更加平稳。

Description

两相流泵叶轮的设计方法

技术领域

本发明涉及一种两相流泵，尤其涉及两相流泵叶轮的设计方法。

背景技术

现有的两相流泵(含潜水两相流泵)在抽取渣浆、泥浆等固液混合物时存在效率偏低、轴封处易泄漏、轴承易损坏等缺点，影响泵运行的安全可靠性。虽然有的两相流泵在设计上作了些改进，但仍存在以下不足：

1、该泵多为中低比转数离心泵，为简化叶轮的设计制造，叶轮叶片通常采用圆柱型叶片，即叶片与叶轮前后两侧的盖扳垂直，虽然制造相对简单，但水力损失较扭曲叶片大。

2、为了降低机械密封或填料密封前的压力以减轻密封面的沙粒磨损，减少泵的泄漏，依据经验对副叶片、副叶轮等动密封部件的几何参数如叶片数量、高度、直径和叶片角作些改进，经验性的改进难以达到其几何参数设计的最优化。

发明内容

为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种两相流泵(含潜水两相流泵)叶轮的设计方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的两相流泵叶轮的设计方法，其叶轮主要包括主叶轮与副叶轮，所述主叶轮主要包括主叶片、副叶片、前盖板与后盖板，所述叶轮主要设置在一叶轮轴上；所述主叶片是半扭曲式叶片；所述叶轮副叶片和所述副叶轮组成一动密封装置。

所述主叶轮半扭曲式叶片在叶片进口段与叶轮前后两侧盖扳为倾斜状态、在叶片出口段与两侧盖板为垂直状态，并且该叶片的型线采用圆弧轮廓线；所述叶片圆弧轮廓线分别为主叶片在前盖板上与后盖板上形成的圆弧轮廓线，并且由前盖板上的叶片轮廓线光滑过渡到后盖板上的叶片轮廓线，形成扭曲叶片的表面。所述叶轮副叶片和所述副叶轮组成一动密封装置。

所述由叶轮副叶片和所述副叶轮组成的动密封装置将叶轮出口至两相流泵中机械密封装置前的进口腔分为两个压力变化区：主叶轮后盖板副叶片区和副叶轮区。所述副叶片外径处的压力与主叶轮出口处的压力相同，且副叶片内径处的压力达到外径处压力的30％时，为合适的副叶片安放角与高度。所述选择合适的副叶片安放角与高度之前还包括：确定副叶片的叶片数、副叶片与内泵盖之间的间隙。所述副叶轮内径处的压力为零时为合适的副叶轮外径和叶片的高度。所述选出合适的副叶轮外径和叶片的高度之前还包括：确定副叶轮的叶片数、叶片角、副叶轮和后泵盖之间的间隙。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、叶片进口处的过流面积在后盖板处大于前盖板处，由于泥浆进入叶轮后在运动惯性作用下其主流靠近后盖扳，故该扭曲叶片形成的流道更附合泥浆流动特性。

2、扭曲叶片的进口安放角在前盖板处小，在后盖板处大，与叶片进口处的水流角的变化规律一致，使水流冲角变化均匀。

因此本发明的半扭曲叶片可使水力损失和摩擦损失比圆柱叶片小，并能降低泵的振动和噪音，不仅提高了泵的效率，延长了叶轮的使用寿命，而且使泵的运行也更加平稳。

附图说明

图1是本发明的叶轮轴面示意图；

图2是本发明提供的叶轮主叶片设计方法的型线示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述：

如图1所示，展示了本发明的叶轮轴面结构，该结构主要包括：叶轮主叶片1、叶轮副叶片2、叶轮前盖板3、叶轮后盖板4、叶轮进口边5与叶轮出口边6，所述叶轮主叶片1自叶片进口边5与叶轮前盖板3及叶轮后盖板4倾斜，并且该倾斜状一直过渡到与前后盖板垂直，形成出口段与两侧盖板垂直的半扭曲叶片。叶轮主叶片1的型线采用圆弧形，通常为2-3段圆弧。之前还包括：先确定叶片在叶轮前盖板3与在叶轮后盖板4上的轮廓线，由叶轮前盖板3上的叶片轮廓线至叶轮后盖板4上的叶片轮廓线光滑过渡形成扭曲叶片的表面，即扭曲叶片的工作面由叶轮前盖板3处工作面的双圆弧向叶轮后盖板4处工作面的双圆弧光滑过渡，其扭曲叶片的背面由叶轮前盖板3处背面的双圆弧向叶轮后盖板4处背面的双圆弧光滑过渡。

所述叶轮副叶片2和副叶轮组成动密封装置，且该动密封装置的设计将叶轮出口边6至两相流泵的机械密封装置前进口腔分成两个压力变化区：叶轮后盖板副叶片区和副叶轮区。叶轮副叶片2外径处压力与叶轮出口边处压力相同，首先确定副叶片数、副叶片与两相流泵中内泵盖之间的间隙，并改变副叶片安放角和叶片的高度，根据叶轮副叶片内部流动反复迭代计算使叶轮副叶片2内径处的压力为外径处压力的30％，选出合适的副叶片安放角和高度。根据叶轮副叶片2内部的流动计算得到其内径处的压力为副叶轮外径处的压力；然后确定副叶轮的叶片数、叶片角、副叶轮与两相流泵中后泵盖之间的间隙，并调整副叶轮外径和叶片的高度，根据副叶轮内部流动反复迭代计算使副叶轮内径处即机械密封装置前进口腔的压力为零，选出合适的副叶轮外径与叶片高度。

如图2所示，展示了本发明的叶轮主叶片设计方法的型线结构，以点O为圆心得出后盖板处叶片进口分布的圆形轮廓线21、前盖板处叶片进口分布的圆形轮廓线22、叶片中间分布的圆形轮廓线23与叶片外围的圆形轮廓线24，通过点O作射线交后盖板处叶片进口分布的圆形轮廓线21一点D，交前盖板处叶片进口分布的圆形轮廓线22一点A，得出线段AD，即线段AD为叶片进口边5，且该叶片进口边5的两个端点即A点与D点分别在前盖板处叶片进口分布的圆形轮廓线22与后盖板处叶片进口分布的圆形轮廓线21上。所述叶轮前盖板上的叶片轮廓线，是通过叶片进口安放角β1、叶片出口安放角β2、前盖板处叶片进口分布的圆形轮廓线22和叶片外围的圆形轮廓线24的直径根据双圆弧叶片得到叶片工作面7与叶轮前盖板的交线ABC，即分别交前盖板处叶片进口分布的圆形轮廓线22、叶片中间分布的圆形轮廓线23与叶片外围的圆形轮廓线24上A点、B点和C点。由叶片出口边的厚度S2和叶片中间厚度S3确定G点和E点，且通过A点、E点与G点三点的圆形轮廓线交叶片中间分布的圆形轮廓线23一点F，交叶片外围的圆形轮廓线24一点H，则圆弧轮廓线AEGH为叶片背面8与前盖板的交线。圆弧CH为叶片出口边6。则由圆弧ABC、圆弧AEGH和叶片出口边6构成叶轮前盖板上的叶片轮廓线ABCHEA，即：构成叶片与前盖板的接触面9。

通过点D的圆弧轮廓线DB与圆弧BC相切于B点，圆弧DB与圆弧BC构成的双圆弧即为叶片工作面7与叶轮后盖板4的交线。通过点D的圆弧轮廓线DF与圆弧AEGH相切于点F，圆弧DF与圆弧FH构成的双圆弧即为叶片背面8与叶轮后盖板4的交线。通过双圆弧DBC、双圆弧DFH和叶片出口边6构成叶轮后盖板4上的叶片轮廓线为DBCHFD。

综上所述，通过叶轮前盖板上的叶片轮廓线ABCHEA至叶轮后盖板4上的叶片轮廓线DBCHFD光滑过渡形成该扭曲叶片的表面。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种两相流泵叶轮的设计方法，所述两相流泵包含渣浆泵、泥浆泵、潜水渣浆泵、潜水泥浆泵及潜水两相流泵，所述叶轮主要包括主叶轮与副叶轮，所述主叶轮主要包括主叶片、副叶片、前盖板与后盖板，其特征在于，所述叶轮主要设置在一叶轮轴上；所述主叶片是半扭曲式叶片；所述叶轮副叶片和所述副叶轮组成一动密封装置。

2.根据权利要求1所述的叶轮的设计方法，其特征在于，所述叶轮主叶片在叶片进口段与叶轮前后两侧盖扳为倾斜状态、在叶片出口段与两侧盖板为垂直状态，并且该叶片的型线采用圆弧轮廓线。

3.根据权利要求2所述的叶轮的设计方法，其特征在于，所述叶片圆弧轮廓线分别为主叶片在前盖板上与后盖板上形成的圆弧轮廓线，并且由前盖板上的叶片轮廓线光滑过渡到后盖板上的叶片轮廓线，形成扭曲叶片的表面。

4.根据权利要求3所述的叶轮的设计方法，其特征在于，所述扭曲叶片的工作面是由前盖板处工作面的双圆弧向后盖板处工作面的双圆弧光滑过渡形成的，所述扭曲叶片的背面是由前盖板处背面的圆弧向后盖板处背面的双圆弧光滑过渡形成的。

5.根据权利要求1所述的叶轮的设计方法，其特征在于，所述叶轮副叶片和所述副叶轮组成的动密封装置将叶轮出口至两相流泵中机械密封装置前的进口腔分为两个压力变化区：主叶轮后盖板副叶片区和副叶轮区。

6.根据权利要求5所述的叶轮的设计方法，其特征在于，所述副叶片外径处的压力与主叶轮出口处的压力相同，且副叶片内径处的压力达到外径处压力的30％时，为合适的副叶片安放角与高度。

7.根据权利要求6所述的叶轮的设计方法，其特征在于，所述选择合适的副叶片安放角与高度之前还包括：确定副叶片的片数、副叶片与内泵盖之间的间隙。

8.根据权利要求5所述的叶轮的设计方法，其特征在于，所述副叶轮内径处的压力为零时为合适的副叶轮外径和叶片的高度。

9.根据权利要求8所述的叶轮的设计方法，其特征在于，所述选出合适的副叶轮外径和叶片的高度之前还包括：确定副叶轮的叶片数、叶片角、副叶轮和后泵盖之间的间隙。

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