CN104005985A - 一种多叶片式无堵塞泵叶轮及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多叶片式无堵塞泵叶轮及其设计方法。发明提供了一种多叶片式无堵塞泵叶轮设计方法以及无堵塞泵叶轮，该无堵塞泵叶轮的特征在于：叶轮设计成半开多叶片式，仅有后盖板(2)，无前盖板。叶片(1)形式为圆柱形，叶片进出口安放角均小于90°，叶片进口直径D_j较小，能有效减少叶轮进口区域的旋涡损失，且该叶轮安装在泵腔内(无退缩到后泵腔)，长纤维、大颗粒等固体杂质从泵进口流入时，在叶轮的旋转带动下，一部分进入无叶腔，一部分进入叶轮，而进入叶轮的固体物在叶轮的作用下大部分直接送入蜗壳，从而减少纤维颗粒物在泵腔内的多次循环，降低流道的拥堵，提高缠绕物的通过能力。本发明结构简单、运行平稳且高效、节能效果显著。

Description

一种多叶片式无堵塞泵叶轮及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种多叶片式无堵塞泵叶轮及其设计方法，特别涉及一种主要适用于输送具有缠绕性长纤维、大颗粒的固体，或者输送流体介质中含有部分气体的无堵塞泵叶轮。属于浆料、污水输送设备技术领域。 

背景技术

目前，在输送纸浆，污水污物介质时，泵常常因在介质中夹杂各种大颗粒、长纤维如长塑料纤维、麻纤维、纸浆纤维等杂质而导致容易运行堵塞，从而影响泵的通过性能和运行效率，降低泵的可靠性和使用寿命；缠绕在叶轮上的纤维不仅减小泵的有效过流面积和造成堵塞，还需时常停机处理，维修频繁，从而影响工作效率并耽误工业生产。因此，泵叶轮实现无堵塞和高效率运行是目前急需解决的关键技术。 

目前市场上抽送纸浆纤维、污水的泵结构形式较多，常见的产品有单双流道泵和旋流式泵。单双流道泵适合输送大颗粒、长纤维物质的流体，单流道泵叶轮由于叶片数为1片，其叶片不能得到对称布置，平衡性差，泵运行时噪声和振动相对较大；双流道泵平衡性稍好于单流道泵，但叶片比一般的离心叶片厚，抗缠绕性差，输送细长纤维时容易造成堵塞，导致泵不能正常工作，甚至会烧毁电机。旋流式泵叶轮一般是叶轮退缩在蜗壳的后泵腔内，叶片为简单的直叶片形，可输送含有固体颗粒或纤维的流体，也可输送含气介质。这种泵泵腔内同时存在循环流和贯通流，水力损失较大，效率往往较低，该类型泵运行时，大流量区时功率容易超载导致烧毁电机。 

经检索，已公开的专利“一种无堵塞旋流泵用的叶轮及无堵塞旋流泵”(申请号：201220259153.4)，其叶片为直叶片形，并且叶轮退缩到后泵腔中，效率较低，且高效区容易过载，泵进口直径较小，当输送含有较长纤维的介质时，造成一定程度的堵塞；已公开的专利“一种半开式叶轮无堵塞切割泵”(申请号：201120437806.9)，其在泵进口处安装用于切割大颗粒和长纤维等杂质的切刀盘，但安装该切刀盘装置，泵的结构变得复杂、成本增加，泵运行时切刀盘消耗一部分功率，导致泵的效率、扬程以及流量下降，而且在泵进口安装切刀盘，其本身使泵有效通过面积减小，泵的通过能力下降，造成一定程度的堵塞。 

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种在输送长纤维、大颗粒固体物时通过性能好，效率高、节能效果显著的多叶片式叶轮及其设计方法。 

为了解决背景技术中存在的问题，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多叶片式无堵塞泵叶轮设计方法，包括叶轮外径D₂，叶片数Z，副叶片数，叶片 型式，叶片宽度b₂，叶轮进口直径D_j，叶片进口安放角β₁，叶片出口安放角β₂，叶片包角θ。 

叶轮外径D₂的关系式： 

$D_2=\frac{60}{\mathrm{\π}\sqrt{{\mathrm{\μ\η}}_h}}\×\frac{\sqrt{\mathrm{gH}}}{n}$

μ＝v_u2/u₂

b₂＝(0.15～0.2)×D₂

式中：D₂-叶轮叶片的外圆直径，米； 

H-设计工况的扬程，米； 

n-叶轮转速，转/分； 

η_h-设计工况的水泵水力效率，％； 

μ-无量纲数，特指叶片间的流动滑移程度； 

u₂-叶轮叶片出口圆周速度； 

v_u2-叶轮出口绝对速度在u₂方向上的投影； 

本发明设计的多叶片式叶轮，叶片为圆柱型叶片，效率高且在大流量区不容易过载，叶轮出口绝对速度在u₂方向上的投影v_u2与叶轮叶片出口圆周速度u₂的比值比一般的无堵塞泵稍小，所述的叶片间的流动滑移程度μ值最大可取0.7；本发明泵输送的是大流量介质，根据基本参数计算的比转速n_s较大，大比转速下，该类型泵的效率下降明显，因此该类型泵水力效率比一般的无堵塞泵水力效率低，所述的η_h值取0.50～0.55。 

所述叶轮为半开式，仅有后盖板，无前盖板；所述叶片数Z值取9～11片，所述叶片形式为圆柱形，所述的副叶片数与叶轮叶片数相对应，副叶片形式与叶片形式相对应。 

所述叶片宽度b₂范围为0.15～0.2倍的叶轮出口直径D₂，所述叶片进口安放角β₁范围为50°～70°，所述叶片出口安放角β₂范围为40°～50°，所述叶片包角范围为30°～45°。所述叶片进口直径D_j为一般离心泵叶片进口计算值的0.6～0.8倍。 

本发明有益效果是，与传统无堵塞叶轮结构相比，在不影响通过性能的前提下，增加叶片数，叶片形式采用圆柱形，叶轮安装在泵腔内，叶片进口直径D_j比普通的离心式无堵塞泵小，叶轮叶片对介质的有效工作面积增大，效率和扬程得到提高；本发明无堵塞叶轮后盖板设有副叶片，副叶片与泵腔间隙为0.15～0.2mm，副叶片数和形式与叶轮叶片数和形式相对应，泵运行时长纤维和固体颗粒经副叶片作用，被甩出，防止纤维和固体颗粒进入密封环，起到保护密封环，延长密封环使用寿命，使泵运行平稳；传统的该类型无堵塞泵叶片为直叶片，流体进入叶片进口，产生很大的冲击，进口处的水力损失较大，本发明叶片进口安放角β₁设计成50°～70°，叶片出口安放角β₂设计成40°～50°，并采用较小的叶 片包角θ，本设计不仅兼顾流体中含有的细长纤维、大颗粒固体的通过性，还改善了流体的流动状态，减少流体对叶片进口的冲击，降低水力损失。 

本发明提供的多叶片式无堵塞叶轮结构简单，容易制造，安装维修方便，长纤维、大颗粒固体大部分不经过叶轮直接送入蜗室，通过性和抗纤维缠绕性能好，效率高，泵运行平稳，使用寿命长。 

附图说明

图1为多叶片式无堵塞泵叶轮正面三维线条图 

图2为多叶片式无堵塞泵叶轮背面三维线条图 

图3为叶片轴面投影图和等高线截线图 

图1中，1.叶片，2.后盖板，3.轮体，4.轴孔，5.键槽 

图2中，6.副叶片 

图3中，D₂为叶轮出口直径，D_j为叶片进口直径，b₂为叶轮出口宽度，θ为叶片包角，β₁为叶片进口安放角，β₂为叶片出口安放角 

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构。 

图1、图2为半开多叶片式无堵塞叶轮，其主要包括叶片(1)、后盖板(2)、轮体(3)、轴孔(4)、键槽(5)、副叶片(6)。泵与驱动电机轴相连接，安装于蜗壳中，当电机旋转时，经轴带动叶轮旋转，可实现浆料、污水介质的输送。 

本发明的叶轮出口直径D₂与设计点扬程H和叶轮转速n的满足一下关系： 

$D_2=\frac{60}{\mathrm{\π}\sqrt{{\mathrm{\μ\η}}_h}}\×\frac{\sqrt{\mathrm{gH}}}{n}$

所述的叶片间的流动滑移程度μ值最大可取0.7，所述的η_h值取0.52～0.56。 

优选实施例的叶轮设计成半开式结构，其特征为仅有后盖板(2)，无前盖板，后盖板的背面设计有副叶片(6)。叶轮叶片(1)形式设计成圆柱形，叶片数Z为9～11枚。与一般的直叶片形叶轮相比，效率和扬程较高，并且叶轮没有安装退缩到后泵腔，抗缠绕性能更好，并能进一步改善流体流动状态。副叶片(6)数与叶片(1)数相对应，副叶片(6)形式与叶片(1)形式相对应；副叶片(6)厚度与叶片(1)厚度相等，副叶片(6)宽度为5mm。所述叶片宽度b₂范围为0.15～0.2倍的叶轮出口直径D₂，所述叶片进口安放角β₁范围为50°～70°，所述叶片出口安放角β₂范围为40°～50°，所述叶片包角θ范围为30°～45°。所 述叶轮进口直径D_j为一般离心泵的0.6～0.8倍。当比转数n_s较大时，叶片进口安放角β₁，叶片出口安放角β₂，叶片包角θ取较小值。叶片进口边与轴线平行且共面。叶片使用特殊材料，经过热处理，提高撞击和耐磨性能。 

本发明的优选实施例可用于含有长纤维(如木浆、废纸浆、稻草、塑料、绳子)、固体颗粒(如木块、塑料块等)介质的输送，也可用于含气液体的输送，应用广泛，运行平稳，无堵塞性、康缠绕性好，效率高，节能显著。 

Claims (4)

1.一种多叶片式无堵塞泵叶轮及其设计方法，无堵塞泵效率低下，容易堵塞，根据设计工况点的扬程H、额定转速n下来设计无堵塞泵叶轮的几何参数，该泵叶轮的主要几何参数包括：叶轮出口直径D₂，叶轮出口宽度b₂，叶轮进口直径D_j，叶轮主要几何参数与设计工况点性能参数之间适合以下关系： 

μ＝v_u2/u₂    (2) 

b₂＝(0.15～0.2)×D₂    (3) 

式中：D₂-叶轮叶片的外圆直径，米； 

H-设计工况的扬程，米； 

n-叶轮转速，转/分； 

η_h-设计工况的水泵水力效率，％； 

b₂-叶轮叶片出口宽度，米； 

μ-无量纲数，特指叶片间的流动滑移程度； 

u₂-叶轮叶片出口圆周速度； 

v_u2-叶轮出口绝对速度在u₂方向上的投影。 

2.如权利要求书1所述的一种多叶片式无堵塞泵叶轮设计方法，其特征在于：设计的叶片数为9～11片；叶片型式为圆柱形，叶片包角θ为30°～45°。叶片进口安放角β₁取50°～70°；叶片出口安放角β₂取40°～50°。 

3.如权利要求书1所述的一种多叶片式无堵塞泵叶轮设计方法，其特征在于：设计的叶轮进口直径D_j为常规离心泵计算值的0.6～0.8倍。叶片进口边与轴线平行且共面。叶片使用特殊材料，经过热处理，提高撞击和耐磨性能。 

4.如权利要求书1所述的一种多叶片式无堵塞泵叶轮设计方法，其特征在于：设计的叶轮为半开式叶轮，有后盖板，无前盖板，后盖板背面有副叶片，副叶片数和形式与叶片数和叶片形式对应，副叶片厚度与叶片厚度相等，宽为5mm。