CN104005985B - 一种多叶片式无堵塞泵叶轮设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多叶片式无堵塞泵叶轮设计方法。发明提供了一种多叶片式无堵塞泵叶轮设计方法,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Dj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
技术领域
本发明涉及一种多叶片式无堵塞泵叶轮设计方法,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,包括叶轮叶片外圆直径D2,叶片数Z,副叶片数,叶片型式,叶轮叶片出口宽度b2,叶轮进口直径Dj,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:
μ=vu2/u2
b2=(0.150.2)×D2
式中:D2-叶轮叶片的外圆直径,米;
H-设计工况点的扬程,米;
n-叶轮转速,转/分;
ηh-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;
vu2-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vu2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ns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ηh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,副叶片数和副叶片形式分别与叶片数和叶片形式相对应。
所述叶片宽度b2范围为0.15~0.2倍的叶轮叶片的外圆直径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Dj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Dj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为叶轮叶片的外圆直径,Dj为叶片进口直径,b2为叶轮叶片出口宽度,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:
所述的叶片间的流动滑移程度μ值最大可取0.7,所述的ηh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。所述叶轮叶片出口宽度b2范围为0.15~0.2倍的叶轮叶片外圆直径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Dj为一般离心泵的0.6~0.8倍。当比转数ns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:叶轮叶片外圆直径D2,叶轮叶片出口宽度b2,叶轮进口直径Dj,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=vu2/u2 (2)
b2=(0.15~0.2)×D2 (3)
式中:D2-叶轮叶片外圆直径,米;
H-设计工况点的扬程,米;
n-额定转速,转/分;
ηh-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;
vu2-叶轮出口绝对速度在u2方向上的投影。
2.如权利要求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,叶片形式为圆柱形,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:叶片进口边与轴线平行且共面。
4.如权利要求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,副叶片数和副叶片形式分别与叶片数和叶片形式相对应,副叶片厚度与叶片厚度相等,副叶片宽度为5mm。
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