CN103925237A

CN103925237A - 一种三流道无堵塞离心泵叶轮设计方法

Info

Publication number: CN103925237A
Application number: CN201410146868.2A
Authority: CN
Inventors: 欧鸣雄; 邱白晶; 管贤平
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu Yamei Pumps Group Co ltd
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2034-04-10
Also published as: CN103925237B

Abstract

本发明提供了一种三流道无堵塞离心泵叶轮设计方法，该无堵塞泵叶轮适用于污水处理、市政工程、建筑和采矿等领域。它给出了叶轮的主要几何尺寸参数叶轮进口直径D_j，叶轮轮毂直径D_h，叶轮进口边倾斜角α₁，叶轮叶顶边倾斜角β，叶轮出口宽度b，叶轮外径D和叶片包角φ的设计公式。用本发明设计的三流道无堵塞离心泵叶轮能够提高泵的过流和抗缠绕能力，改善叶轮内部流动状况，缓解含固颗粒对叶轮的磨损，提高叶轮的运行稳定性和可靠性。

Description

一种三流道无堵塞离心泵叶轮设计方法

技术领域

本发明专利涉及一种三流道无堵塞离心泵叶轮设计方法，具体的说，涉及一种适用于多相流介质的三流道无堵塞离心泵开式叶轮设计方法。

背景技术

无堵塞离心泵作为一种具有广泛用途的离心泵型式，被用于输送含有各种不同形状固体颗粒和纤维介质的液体，例如城市污水、泥沙、纸浆、尾砂和鱼虾贝壳等。常规的离心泵叶轮在输送上述介质时，很容易产生堵塞和缠绕，从而导致叶轮水力性能下降和卡死等现象，容易导致泵机组频繁的失效和故障。因此，为了实现无堵塞泵高效可靠的输送功能，其应具有无堵塞、耐磨损和水力高效等性能，其中叶轮的结构型式和尺寸几何参数是实现良好性能特征的关键。

为了提高无堵塞泵叶轮的水力性能和可靠性，需要对其结构型式和尺寸参数进行优化设计，改善其内部流场的流动情况。本发明采用开式结构的三流道无堵塞离心泵叶轮结构型式，增大了无堵塞泵叶轮的过流面积和叶轮的过流能力，通过有效的设计，使得无堵塞泵叶轮叶片间的流道变化均匀，提高了叶轮的输送能力和水力性能，增强了叶轮部件的耐磨损性能，并最终获得具有良好无堵塞、耐磨损和高效的无堵塞离心泵叶轮。

发明内容

为提高无堵塞离心泵叶轮的性能，本发明提供一种三流道无堵塞离心泵叶轮设计方法。利用以下几个关系式来确定叶轮的主要几何参数,主要包括：叶轮进口直径D_j，叶轮轮毂直径D_h，叶轮进口边倾斜角α₁，叶轮叶顶边倾斜角β，叶轮出口宽度b，叶轮外径D和叶片包角φ。通过本发明提供的叶轮几何尺寸参数设计方法，可提高无堵塞离心泵在输送含砂浆、纤维等介质时的水力性能和输送能力，改善叶轮的水力效率和运行可靠性。实现上述目的所采用的技术方案：1、叶轮进口直径

其计算公式：

D_{j} = (1 + \frac{1}{In (n_{s})}) \sqrt{\frac{H}{n^{2}} + D_{h}^{2}}

式中：D_j——叶轮进口直径，米；

H——叶轮设计工况点扬程，米；

n——叶轮转速，转/分钟；

D_h——叶轮轮毂直径，米；

n_s——叶轮比转速。

2、叶轮轮毂直径

其计算公式：D_h=7.7n_s ^0.4

式中：D_h——叶轮轮毂直径，米；

n_s——叶轮比转速。

3、叶轮进口边倾斜角

叶轮进口边倾斜角α₁=70°～82°。

4、叶轮叶顶边倾斜角

叶轮叶顶边倾斜角β=20°～28°。

5、叶轮出口宽度

其计算公式：

b = \frac{1}{0.37 n_{s}^{0.44}} \frac{Q}{D \sqrt{2 gH}}

式中：b——叶轮出口宽度，米；

n_s——叶轮比转速；

g——重力加速度，米/平方秒；

H——叶轮设计工况点扬程，米。

6、叶轮外径

其计算公式：

D = \frac{1}{k_{D}} \sqrt{\frac{18.6 Q}{n}}

式中：D——叶轮外径，米；

Q——叶轮设计工况点流量，立方米/秒；

n——叶轮转速，转/分钟；

k_D——修正系数，k_D=0.32～0.45。

7、叶片包角

叶片包角φ=155°～175°。

本发明的有益效果是：采用该方法设计的无堵塞离心泵叶轮具有良好的无堵塞性、水力性能和介质输送能力，适用于输送大颗粒物料，叶轮运行更加平稳，并具有耐磨损和可靠性高的特点。

本发明经用户试用，产品使用效果良好，无堵塞性和效率得到提高，延长了设备的持续运转时间，节省了叶轮维护和更换的费用。

附图说明

图1是本发明一个实施例的叶轮轴面图；

图2是是同一个实施例的叶轮叶片平面图。

图中：1—叶轮进口直径D_j，2—叶轮轮毂直径D_h，3—叶轮进口边倾斜角α₁，4—叶轮叶顶边倾斜角β，5—叶轮出口宽度b，6—叶轮外径D，7—叶轮轮毂，8—叶轮后盖板，9—叶片，10—叶片包角φ。

具体实施方式

这是一种开式结构的三流道无堵塞离心泵叶轮，叶轮后盖板（8）和叶片（9）轴向尺寸较为平直，进口流道弯曲率小，叶轮内部流道较宽，水力性能和介质通过性能较好，不易发生堵塞和缠绕。叶片（9）进口边外缘稍稍前伸，提高叶轮的抗汽蚀性能，叶片后端逐渐加厚设计，使得叶轮更易耐磨损，延长叶轮持续运行的周期。本发明通过以下几个关系式来确定叶轮进口直径（1）D_j、叶轮轮毂直径（2）D_h、叶轮进口边倾斜角（3）α₁、叶轮叶顶边倾斜角（4）β、叶轮出口宽度（5）b、叶轮外径（6）D和叶片包角（10）φ。

D_{j} = (1 + \frac{1}{In (n_{s})}) \sqrt{\frac{H}{n^{2}} + D_{h}^{2}}

D_h=7.7n_s ^0.4

α₁=70°～82°

β=20°～28°

b = \frac{1}{0.37 n_{s}^{0.44}} \frac{Q}{D \sqrt{2 gH}}

D = \frac{1}{k_{D}} \sqrt{\frac{18.6 Q}{n}}

φ=155°～175°

图中，叶轮进口边倾斜角（3）、叶轮叶顶边倾斜角（4）、叶片包角（9）和修正系数k_D的大小都与比转速n_s的大小有关，比转速越大，叶轮进口边倾斜角（3）选择较小值，选择区间在70°～82°之间，叶轮叶顶边倾斜角则选择较大值，选择区间在20°～28°之间，叶片包角（10）选择较大值，选择区间在155°～175°之间，修正系数k_D选择较大值，选择区间在0.32～0.45之间。

Claims

1.一种三流道无堵塞离心泵叶轮设计方法，提供了叶轮主要几何尺寸参数叶轮进口直径D_j，叶轮轮毂直径D_h，叶轮进口边倾斜角α₁，叶轮叶顶边倾斜角β，叶轮出口宽度b，叶轮外径D和叶片包角φ的设计公式；其特征在于：叶轮的几何尺寸参数与其设计工况点的性能参数之间适合以下关系：

D_{j} = (1 + \frac{1}{In (n_{s})}) \sqrt{\frac{H}{n^{2}} + D_{h}^{2}};

D_h=7.7n_s ^0.4；

α₁=70°～82°；

β=20°～28°；

b = \frac{1}{0.37 n_{s}^{0.44}} \frac{Q}{D \sqrt{2 gH}};

D = \frac{1}{k_{D}} \sqrt{\frac{18.6 Q}{n}};

φ=155°～175°；

式中：D_j是叶轮进口直径，米；H是叶轮设计工况点扬程，米；

n是叶轮转速，转/分钟；D_h是叶轮轮毂直径，米；

n_s是叶轮比转速；α₁是叶轮进口边倾斜角，度；

β是叶轮叶顶边倾斜角，度；b是叶轮出口宽度，米；

g是重力加速度，米/平方秒；D是叶轮外径，米；

Q是叶轮设计工况点流量，立方米/秒；k_D是修正系数，k_D=0.32～0.45；

φ是叶片包角，度。