CN103615392B - 一种等螺距纸浆泵及其叶轮水力设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种等螺距纸浆泵及其叶轮水力设计方法，所述设计方法通过选定合适的叶轮的进口当量直径<i>D</i>₀、进口轮缘直径<i>D</i>_y1、进口轮毂比<i>d</i>_h1等来改善流动状态，同时根据纸浆泵所需要输送的介质颗粒直径的大小来合理选择叶片轮缘外径与前后耐磨衬之间的间距来提高纸浆泵叶轮的堵塞、缠绕甚至卡死的问题。本发明能使固体物和长纤维状物顺利通过叶轮，避免了叶轮堵塞卡死，具有优秀的水力性能，且提高了纸浆泵生产线的工作效率，可应用于造纸行业。

Description

一种等螺距纸浆泵及其叶轮水力设计方法

技术领域

本发明属于泵技术领域，尤其是一种等螺距纸浆泵叶轮的水力设计方法。

背景技术

在造纸业生产过程中输送污水和纸浆等都要用到水泵。其中纸浆的输送是造纸企业生产中最核心的过程，这个过程必须借助纸浆泵来完成。

纸浆泵是一种通用而又特殊的机械，由于它所输送的介质多为多相流体，这就对其流道的过流性能有极高的要求，此外其特有的流道形式和叶轮的转动，使得泵体内部流场始终存在不同程度的漩涡、二次回流、脱流等流动现象，这使得泵内部流动变得更加复杂。传统的泵的叶轮水力设计方法大多是基于泵内部压力分布、流场的流动规律等来逐步指导叶轮的水力设计。这一方法同样可用在纸浆泵输送纸浆等多相流体的过程中，但是在碎浆和除渣过程时，会有一些固体物和长纤维状物很难通过叶轮，并缠绕在叶轮上，导致叶轮堵塞甚至卡死的现象，造成频繁清理、维修，使得整条生产线不能正常运行而工作效率降低。

而目前现有的纸浆泵，不能有效的解决运行所出现的堵塞、缠绕甚至卡死的问题。鉴于此，需要设计一种新型的纸浆泵叶轮。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等螺距纸浆泵及其叶轮水力设计方法，以使固体物和长纤维状物能顺利通过叶轮，避免在运行过程中所出现的堵塞、缠绕甚至卡死等问题。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种等螺距纸浆泵，包括泵体(6)、充当泵体(6)前盖的前耐磨衬(1)、充当泵体(6)后盖的后耐磨衬(2)、与泵轴(4)相配合的轮毂(5)和由轮毂(5)以及安装在轮毂(5)上的叶片(3)组成的叶轮，其特征在于：所述前耐磨衬(1)和所述后耐磨衬(2)的厚度均为所述叶轮叶片(3)厚度的120％～150％；所述叶片(3)的数量为1～2枚，所述叶片(3)间的螺距从进口边到出口边是按等螺距变化的；所述叶片(3)轮缘距前耐磨衬(1)和后耐磨衬(2)的距离分别为叶片厚度的1/2～1/3。

所述叶轮的进口当量直径D₀、进口轮缘直径D_1y、进口轮毂比d_h1分别依式(I)、式(II)、式(III)来确定

$D_0=K_0\sqrt[3]{\frac{Q}{{\mathrm{n\&eta;}}_v}}---\left(I\right)$

$D_{1y}=\sqrt{{D_0}^2+{d_{h1}}^2}---\left(II\right)$

$d_{h1}=\frac{d_h}{D_{1y}}---\left(III\right)$

β_1y＝β'_y1+Δβ_1y，Δβ_1y＝4°～8°；

β_2y＝β'_y2+Δβ_2y，Δβ_2y＝1.5°～3.5°；

S＝πD_ytanβ_3y/Z，β_3y＝(β_1y+β_2y)/2；

式中：

D₀—叶轮进口当量直径，单位mm；

K₀—经验系数，取值范围4.8～5.5；

D_1y—进口轮缘直径，单位mm；

Q—设计工况下的流量，取值范围为20～200m³/h；

η_v—泵的容积效率，取值范围0.9～0.96；

d_h—轮毂直径，单位mm；

n—转速，取值范围为660～1800r/min；

β_1y——叶片进口角；

β_2y——叶片出口角；

v_m1——进口轴面速度；

v_m2——出口轴面速度；

u₁——进口圆周速度；

u₂——出口圆周速度；

v_u2——圆周分速度；

——叶片后掠角，取值范围为80°～150°；

——叶片轮毂包角；

——叶片轮缘包角。

本发明具有有益效果

本发明通过控制纸浆泵叶轮的进口直径当量D₀、进口轮缘直径D_1y、进口轮毂比d_h1，来改善流动状态，同时根据纸浆泵所需要输送的介质来合理选择叶片轮缘外径与前后耐磨衬之间的间距来提高纸浆泵叶轮的堵塞、缠绕甚至卡死的问题。在设计纸浆泵叶轮过程中，采用等螺距的设计方法，利用叶片自身的螺旋性能使得易缠绕的螺旋纤维的介质顺应叶片自身的流动规律，从而大大减少了缠绕甚至卡死的问题，使固体物和长纤维状物顺利通过叶轮，很大程度上提高了整个流水线的工作效率。

附图说明

图1为本发明叶轮的结构示意图。

图2为本发明叶轮的俯视图。

图中：1-前耐磨衬，2-后耐磨衬，3-叶片，4-泵轴，5-轮毂，6-泵体。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明提出的一种等螺距纸浆泵叶轮的结构如图1所示；俯视图如图2所示。

实施例的设计工况流量Q＝120m³/h,扬程H＝30m，转速1480r/min。

本发明通过给定以下几个关系式来确定叶轮进口当量直径D₀、进口轮缘直径D_1y、进口轮毂比d_h1：

通过公式(I)、公式(II)、公式(III)来确定叶轮的进口直径D_j、出口直径D₂、叶片出口宽度b₂：

$D_0=K_0\sqrt[3]{\frac{Q}{{\mathrm{n\&eta;}}_v}}=183.5mm,$ K₀所取数值为5；

$D_{1y}=\sqrt{{D_0}^2+{d_h}^2}=200mm$

$d_{h1}=\frac{d_h}{D_{1y}}=80/200=0.4$

式中：

D₀—叶轮进口当量直径，D₀＝183.5mm；

D_1y—进口轮缘直径，D_1y＝200mm；

d_h1—叶轮进口轮毂比，d_h1＝0.4；

η_v—泵的容积效率，取0.95；

d_h—轮毂直径，取80mm。

确定叶轮叶片的进出口角

v_m1＝2.62m/s，u₁＝15.11m/s)，β_y1'＝10.2°；

加进口冲角后的叶片进口角β_1y＝β'_y1+Δβ_1y 10.2°+1.8°＝12°；

(v_m2＝2.6m/s，u₂＝15.11m/s,v_u2＝2.67m/s)β_y2'＝11.7°；

加出口冲角后的叶片出口角β_2y＝β'_y2+Δβ_2y＝11.7°+2.3°＝14°

确定叶片螺距及叶片轮缘包角轮毂包角

叶片螺距：S＝πD_ytanβ_3y/Z＝46.5，β_3y＝(β_1y+β_2y)/2＝13°；

叶片轮缘包角取235°；

叶片轮毂包角

取叶片数Z＝1。

如图1、图2所示为本发明所述的等螺距纸浆泵叶轮的水力设计方法所设计的一个实施例，所述叶轮叶片前后耐磨衬的厚度为叶轮叶片厚度的150％，且叶片间的螺距从进口边到出口是按等螺距变化的；其中叶片轮缘距前后耐磨衬的距离为叶片厚度的1/2。本发明装置的工作过程如图1所示，纸浆从泵进口流入经过所设计的叶轮作用，最后从泵出口流出。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种等螺距纸浆泵，包括泵体(6)、充当泵体(6)前盖板的前耐磨衬(1)、充当泵体(6)后盖板的后耐磨衬(2)、与泵轴(4)相配合的轮毂(5)和由轮毂(5)以及安装在轮毂(5)上的叶片(3)组成的叶轮，其特征在于：所述前耐磨衬(1)和所述后耐磨衬(2)的厚度均为所述叶轮叶片(3)厚度的120%～150%；所述叶片(3)的数量为1～2枚，所述叶片(3)间的螺距从进口边到出口边是按等螺距变化的；所述叶片(3)轮缘距前耐磨衬(1)和后耐磨衬(2)的距离分别为叶片厚度的1/2～1/3。

2.根据权利要求1所述的一种等螺距纸浆泵的叶轮水力设计方法，其特征在于：所述叶轮的进口当量直径D₀、进口轮缘直径D_1y、进口轮毂比d_h1分别依式(I)、式(II)、式(III)来确定

$D_0=K_0\sqrt[3]{\frac{Q}{{\mathrm{n\&eta;}}_v}}---\left(I\right)$

$D_{1y}=\sqrt{{D_0}^2+{d_{h1}}^2}---\left(II\right)$

$d_{h1}=\frac{d_h}{D_{1y}}---\left(III\right)$

β_1y＝β'_y1+Δβ_1y，Δβ_1y=4°～8°；

β_2y＝β'_y2+Δβ_2y，Δβ_2y=1.5°～3.5°；

S＝πD_ytanβ_3y/Z，β_3y＝(β_1y+β_2y)/2；

式中：

D₀—叶轮进口当量直径，单位mm；

K₀—经验系数，取值范围4.8～5.5；

D_1y—进口轮缘直径，单位mm；

Q—设计工况下的流量，取值范围为20～200m³/h；

η_v—泵的容积效率，取值范围0.9～0.96；

d_h—轮毂直径，单位mm；

n—转速，取值范围为660～1800r/min；

β_1y——叶片进口角；

β_2y——叶片出口角；

v_m1——进口轴面速度；

v_m2——出口轴面速度；

u₁——进口圆周速度；

u₂——出口圆周速度；

v_u2——圆周分速度；

——叶片后掠角，取值范围为80°～150°；

——叶片轮毂包角；

——叶片轮缘包角。