CN103994100B

CN103994100B - 一种螺旋形单流道无堵塞离心泵叶轮设计方法

Info

Publication number: CN103994100B
Application number: CN201410191924.4A
Authority: CN
Inventors: 欧鸣雄
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Changshu Shian Textile Technology Co ltd
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2034-05-07
Also published as: CN103994100A

Abstract

本发明提供了一种螺旋形单流道无堵塞离心泵叶轮设计方法，该叶轮适用于污水处理、河道清淤和泥沙疏浚等领域。它给出叶轮的主要几何尺寸参数叶轮出口大径D，叶轮进口直径D_j，叶轮后盖板半径R_s，叶轮出口边倾斜角α，叶轮出口边宽度b，叶片包角φ和叶片出口安放角β的设计公式。用本发明设计的螺旋形单流道无堵塞泵叶轮能够改善多相流介质在叶轮内部的流动情况，在输送含大颗粒和易缠绕物体的介质条件下，提高无堵塞泵叶轮的输送能力和稳定性。

Description

一种螺旋形单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螺旋形单流道无堵塞泵叶轮设计方法，具体的说，涉及一种适用于输送含大颗粒和柔性物体介质的无堵塞泵叶轮设计方法。

背景技术

无堵塞离心泵作为一种输送多相流介质的特殊离心泵型式，在输送含有大颗粒或柔性物料介质时，普通的无堵塞离心泵叶轮容易发生堵塞和卡死的现象。尤其是在市政排污、清淤和泥沙输送等场合，不易破碎的大颗粒杂质和长条状的柔性物料在通过叶轮流道时很容易发生堵塞现象，具有复杂形状的柔性物料容易缠绕在叶片或叶轮边缘，从而造成叶轮运行和内部流动的不稳定，甚至出现叶轮卡死的现象。因此，提高普通无堵塞离心泵的无堵塞性能和水力效率是行业内亟待解决的问题之一，为了提高无堵塞离心泵的输送能力和水力性能，其叶轮的结构型式和尺寸几何参数需要进行优化设计，其中单流道无堵塞离心泵叶轮可以有效的改善大颗粒杂质和柔性物料的堵塞问题。

本发明采用的螺旋形单流道无堵塞离心泵叶轮具有内部流道大、叶片变化均匀和轴面流道短的特点，该叶轮采用半开式结构型式，叶轮及叶片的尺寸几何参数经过优化设计，有利于改善大颗粒杂质和柔性物料在叶轮内部的流动情况，提高了叶轮的介质通过能力和稳定性。该叶轮的无堵塞和耐磨损性能均较好，水力效率高，对于输送介质的无损性好，适用于输送含大颗粒杂质和柔性物料的介质。此外，该叶轮的功率曲线较为平坦，不易出现超功率等现象，可保证较大流量范围内的介质输送能力。

发明内容

本发明提供一种螺旋形单流道无堵塞离心泵叶轮设计方法。通过本发明提供的叶轮几何尺寸参数设计方法，可提高单流道无堵塞离心泵的输送能力和水力性能，提高叶轮运行稳定性。本发明提供了叶轮主要几何尺寸参数叶轮出口大径D，叶轮进口直径D_j，叶轮后盖板半径R_s，叶轮出口边倾斜角α，叶轮出口边宽度b，叶片包角φ和叶片出口安放角β的设计公式：

1、叶轮出口大径

其计算公式：

D = 21.7 {(\frac{n_{s}}{100})}^{0.16} \frac{\sqrt{2 g H}}{n}

式中：D——叶轮出口大径，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；

n——叶轮转速，转/分钟。

2、叶轮进口直径

其计算公式：

D_{j} = \sqrt{\frac{Q}{k_{r} \sqrt{2 {gh}_{r}}}}

式中：D_j——叶轮进口直径，米；

Q——叶轮设计工况点流量，立方米/秒；

h_r——叶轮必需汽蚀余量，米；

g——重力加速度，米/平方秒；

k_r——修正系数，k_r＝0.26～0.35。

3、叶轮后盖板半径

其计算公式：R_s＝k_sD

R_s——叶轮后盖板半径，米；

D——叶轮出口大径，米；

k_s——修正系数，k_s＝0.32～0.38。

4、叶轮出口边倾斜角

叶轮出口边倾斜角α＝38°～46°。

5、叶轮出口边宽度

其计算公式：

b = 1.54 {(\frac{n_{s}}{100})}^{1.22} \frac{\sqrt{2 g H}}{n}

b——叶轮出口边宽度，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；

n——叶轮转速，转/分钟。

6、叶片包角

叶片包角φ＝156°～175°。

7、叶片出口安放角

叶片出口安放角β＝23°～28°。

本发明的有益效果是：采用该方法设计的单流道无堵塞离心泵叶轮适用于输送含大颗粒和柔性物料的介质，叶轮的无堵塞性能良好，使用该叶轮的离心泵效率更高，叶轮运行更为平稳。

本发明经用户试用，产品使用效果良好，该叶轮不易发生堵塞等现象，其水力性能和可靠性也得到有效提高。

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平面图。

图中：1—叶轮出口大径D，2—叶轮进口直径D_j，3—叶轮后盖板半径R_s，4—叶轮出口边倾斜角α，5—叶轮出口边宽度b，6—叶轮后盖板，7—叶轮叶片，8—叶片包角φ，9—叶片出口安放角β。

具体实施方式

图1和图2共同确定了这个实施例的叶轮形状和几何尺寸。这是一种半开式结构的螺旋形单流道无堵塞离心泵叶轮，整个叶轮只有一个叶轮叶片7，在叶轮平面图上，叶轮叶片7在叶轮后盖板6上呈螺旋形延伸，叶轮叶片7和叶轮后盖板6在轴向平面内呈平直结构，叶轮后盖板半径3较大，整个叶轮内部流道平直宽敞，可允许较大的固体颗粒和柔性物料通过。本发明通过以下几个关系式来确定叶轮出口大径D1，叶轮进口直径D_j2，叶轮后盖板半径R_s3，叶轮出口边倾斜角α4，叶轮出口边宽度b5，叶片包角和叶片出口安放角β9。

D = 21.7 {(\frac{n_{s}}{100})}^{0.16} \frac{\sqrt{2 g H}}{n}

D_{j} = \sqrt{\frac{Q}{k_{r} \sqrt{2 {gh}_{r}}}}

R_s＝k_sD

α＝38°～46°

b = 1.54 {(\frac{n_{s}}{100})}^{1.22} \frac{\sqrt{2 g H}}{n}

φ＝156°～175°

β＝23°～28°

叶轮进口直径2、叶轮后盖板半径3、叶轮出口边倾斜角4和叶片出口安放角9的大小都与比转速n_s的大小有关，比转速越大，叶轮进口直径2计算公式中的修正系数k_r和叶轮出口边倾斜角4均选择较小值，其选择区间分别为0.26～0.35和38°～46°，叶轮后盖板半径3计算公式中的修正系数k_s和叶片出口安放角9则选择较大值，选择区间分别为0.32～0.38和23°～28°。

Claims

1.一种螺旋形单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出口大径D，叶轮进口直径D_j，叶轮后盖板半径R_s，叶轮出口边倾斜角α，叶轮出口边宽度b，叶片包角φ和叶片出口安放角β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 = 21.7 {(\frac{n_{s}}{100})}^{0.16} \frac{\sqrt{2 gH}}{n}

D_{j} = \sqrt{\frac{Q}{k_{r} \sqrt{2 g h_{r}}}}

R_s＝k_sD

α＝38^o～46^o

b = 1.54 {(\frac{n_{s}}{100})}^{1.22} \frac{\sqrt{2 gH}}{n}

φ＝156°～175°

β＝23°～28°

式中：D是叶轮出口大径，米；n_s是叶轮比转速；

g是重力加速度，米/平方秒；H是叶轮设计工况点扬程，米；

n是叶轮转速，转/分钟；D_j是叶轮进口直径，米；

Q是叶轮设计工况点流量，立方米/秒；k_r是修正系数，k_r＝0.26～0.35；

h_r是叶轮必需汽蚀余量，米；R_s是叶轮后盖板半径，米；

k_s是修正系数，k_s＝0.32～0.38；α是叶轮出口边倾斜角，度；

b是叶轮出口边宽度，米；φ是叶片包角，度；

β是叶片出口安放角，度。