CN104989668A - 一种背叶片平衡轴向力旋流泵水力设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种背叶片平衡轴向力旋流泵的水力设计方法。它给出了叶轮外径、叶轮出口宽度、无叶腔宽度、无叶腔进口直径、背叶片径向长度、外径、背叶片宽度、后盖板和壳体壁的间隙和叶片数与背叶片数的设计公式。根据本设计方法设计的旋流泵能平衡部分旋流泵的轴向力，提高旋流泵的效率以及运行可靠性。

Description

一种背叶片平衡轴向力旋流泵水力设计方法

技术领域

本发明涉及一种背叶片平衡轴向力旋流泵水力设计方法，特别是涉及一种旋流泵叶轮和涡室的水力设计方法。

背景技术

在国外污水污物潜水电泵的应用有扩展的趋势，许多场合取代了清水潜水泵。结构上旋流泵叶轮退缩至无叶腔后室，且叶片多采用直叶片形式。独特的结构使其大颗粒和长纤维污物时具有不堵塞性，故也称其为无堵塞泵。由于其内部同时存在贯通流和循环流，造成很大的水力损失。故其最大缺点是泵效率偏低，一般η≤50％。而叶轮和涡室是影响旋流泵性能的核心部件且是轴向力产生重要部位，因此，设计流泵叶轮和涡室的时候，可以通过在后盖板上附加背叶片，平衡部分旋流泵的轴向力，提高旋流泵的效率以及运行可靠性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种背叶片平衡轴向力旋流泵的水力设计方法。通过改变旋流泵叶轮和涡室几个重要设计参数的确定方法并采用半开式叶轮附加背叶片，从而改善旋流泵内部流动状况，平衡部分旋流泵的轴向力，提高旋流泵的效率以及运行可靠性。

实现上述目的所采用的设计方法：

1.叶轮外径

叶轮外径的计算公式

$D_2=9.4(1+\ln \frac{{\mathrm{\ρ}}_m}{{\mathrm{\ρ}}_w})(1.234-0.004n_s){\left(\frac{n_s}{100}\right)}^{1/2}\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}$

式中，D₂—旋流泵叶轮外径，mm；

ρ_m、ρ_w—旋流泵输送介质混合相密度、液相密度，kg/m³；

n_s—旋流泵比转速；

Q—旋流泵流量，m³/s；

n—旋流泵转速，r/min；

2.叶片出口宽度 

叶片出口宽度计算公式

$b_2=(1-\ln \frac{{\mathrm{\ρ}}_m}{{\mathrm{\ρ}}_v}){n_s}^{0.4595}\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}+3e_v$

式中，b₂—叶片出口宽度,mm；

ρ_m、ρ_w—旋流泵输送介质混合相密度、液相密度，kg/m³；

n_s—旋流泵比转速；

Q—旋流泵流量，m³/s；

n—旋流泵转速，r/min；

e_v—旋流泵输送介质中固相颗粒平均直径，mm；

3.无叶腔宽度 

无叶腔宽度计算公式

$B=1.2(1-\ln \frac{{\mathrm{\ρ}}_m}{{\mathrm{\ρ}}_w}){m_s}^{0.5}\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}+5e_v$

式中，B—无叶腔宽度，mm；

ρ_m、ρ_w—旋流泵输送介质混合相密度、液相密度，kg/m³；

n_s—旋流泵比转速；

Q—旋流泵流量，m³/s；

n—旋流泵转速，r/min；

e_v—旋流泵输送介质中固相颗粒平均直径，mm；

4.无叶腔进口直径

无叶腔进口直径计算公式

$b_3=0.5\ln \frac{{\mathrm{\ρ}}_m}{{\mathrm{\ρ}}_w}{n_s}^{0.5}\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}+(1~3)b_2$

式中，b₃—旋流泵无叶腔进口直径，mm；

ρ_m、ρ_w—旋流泵输送介质混合相密度、液相密度，kg/m³；

n_s—旋流泵比转速；

Q—旋流泵流量，m³/s；

n—旋流泵转速，r/min；

e_v—旋流泵输送介质中固相颗粒平均直径，mm；

5.叶片数

叶片数确定公式

Z＝5～7，且叶片为直叶片；

6.背叶片径向长度、外径

背叶片径向长度、外径确定公式

D_e＝0.9D₂

D_r＝0.9D₂-1.1D_h

式中，D_e—背叶片外径，mm；

D_r—背叶片径向长度，mm；

D₂—旋流泵叶轮外径，mm；

D_h—旋流泵轮毂直径，mm；

7.背叶片径向宽度、后盖板和壳体壁的间隙

背叶片径向宽度、后盖板和壳体壁的间隙确定公式

t＝4(e_v+0.05b₂)

s/t＝1.2～1.5

式中，t—背叶片径向宽度，mm；

s—后盖板和壳体壁的间隙，mm；

e_v—旋流泵输送介质中固相颗粒平均直径，mm；

b₂—叶片出口宽度,mm；

8.背叶片数

背叶片数确定方法

背叶片数取与叶轮叶片数相同，布置于叶轮叶片后盖板背面的相应位置，背叶片整体焊接于后盖板上。

本发明的有益效果是：通过改变旋流泵叶轮和涡室几个重要设计参数的确定方法并采用半开式叶轮附加背叶片，从而改善旋流泵内部流动状况，平衡部分旋流泵的轴向力，提高旋流泵的效率以及运行可靠性。

附图说明

图1是本发明一个实施例的叶轮和涡室轴面投影图

图中：1.叶轮外径，2.叶轮出口宽度，3.无叶腔宽度，4.无叶腔进口直径，5.背叶片外径，6.背叶片径向长度，7.背叶片宽度，8.后盖板和壳体壁的间隙，9.叶轮轮毂直径。

具体实施方式

图1确定了旋流泵的叶轮和涡室的形状。它改善旋流泵内部流动状况，平衡部分旋流泵的轴向力，提高旋流泵的效率以及运行可靠性。本发明通过以下几个关系式来确定叶轮外径(1)、叶轮出口宽度(2)、无叶腔宽度(3)、无叶腔进口直径(4)、背叶片径向长度、外径(5、6)、背叶片宽度(7)、后盖板和壳体壁的间隙(8)和叶片数与背叶片数。

$D_2=9.4(1+\ln \frac{{\mathrm{\ρ}}_m}{{\mathrm{\ρ}}_w})(1.234-0.004n_s){\left(\frac{n_s}{100}\right)}^{-1/2}\sqrt[3]{\frac{Q}{n}};$

$b_2=(1-\ln \frac{{\mathrm{\ρ}}_m}{{\mathrm{\ρ}}_v}){n_s}^{0.4595}\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}+3e_v;$

$B=1.2(1-\ln \frac{{\mathrm{\ρ}}_m}{{\mathrm{\ρ}}_w}){n_s}^{0.5}\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}+5e_v;$

$b_3=0.5\ln \frac{{\mathrm{\ρ}}_m}{{\mathrm{\ρ}}_w}{n_s}^{0.5}\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}+(1~3)b_2;$

Z＝5～7，且叶片为直叶片；

D_e＝0.9D₂；

D_r＝0.9D₂-1.1D_h；

t＝4(e_v+0.05b₂)_；

s/t＝1.2～1.5；

背叶片数取与叶轮叶片数相同，布置于叶轮叶片后盖板背面的相应位置，背叶片整体焊接于后盖板上。

以上，为本发明专利参照实施例做出的具体说明，但是本发明并不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其他实施例或变形例。

Claims (7)

1.一种背叶片平衡轴向力旋流泵水力设计方法，其特征在于：旋流泵结构的几何参数叶轮外径与旋流泵设计工况点性能参数之间适合以下关系：

式中，D₂—旋流泵叶轮外径，mm；

ρ_m、ρ_w—旋流泵输送介质混合相密度、液相密度，kg/m³；

n_s—旋流泵比转速；

Q—旋流泵流量，m³/s；

n—旋流泵转速，r/min。

2.如权利要求1所述的一种背叶片平衡轴向力旋流泵水力设计方法，其特征在于：旋流泵结构的几何参数叶片出口宽度与旋流泵设计工况点性能参数之间适合以下关系：

式中，b₂—叶片出口宽度,mm；

ρ_m、ρ_w—旋流泵输送介质混合相密度、液相密度，kg/m³；

n_s—旋流泵比转速；

Q—旋流泵流量，m³/s；

n—旋流泵转速，r/min；

e_v—旋流泵输送介质中固相颗粒平均直径，mm。

3.如权利要求1所述的一种背叶片平衡轴向力旋流泵水力设计方法，其特征在于：旋流泵结构的几何参数无叶腔宽度与旋流泵设计工况点性能参数之间适合以下关系：

式中，B—无叶腔宽度，mm；

ρ_m、ρ_w—旋流泵输送介质混合相密度、液相密度，kg/m³；

n_s—旋流泵比转速；

Q—旋流泵流量，m³/s；

n—旋流泵转速，r/min；

e_v—旋流泵输送介质中固相颗粒平均直径，mm。

4.如权利要求1所述的一种背叶片平衡轴向力旋流泵水力设计方法，其特征在于：旋流泵结构的几何参数无叶腔进口直径与旋流泵设计工况点性能参数之间适合以下关系：

式中，b₃—旋流泵无叶腔进口直径，mm；

ρ_m、ρ_w—旋流泵输送介质混合相密度、液相密度，kg/m³；

n_s—旋流泵比转速；

Q—旋流泵流量，m³/s；

n—旋流泵转速，r/min；

e_v—旋流泵输送介质中固相颗粒平均直径，mm。

5.如权利要求1所述的一种背叶片平衡轴向力旋流泵水力设计方法，其特征在于：旋流泵结构的几何参数背叶片径向长度、外径与旋流泵设计工况点性能参数之间适合以下关系：

D_e＝0.9D₂

D_r＝0.9D₂-1.1D_h

式中，D_e—背叶片外径，mm；

D_r—背叶片径向长度，mm；

D₂—旋流泵叶轮外径，mm；

D_h—旋流泵轮毂直径，mm。

6.如权利要求1所述的一种背叶片平衡轴向力旋流泵水力设计方法，其特征在于：旋流泵结构的几何参数背叶片径向宽度、后盖板和壳体壁的间隙与旋流泵设计工况点性能参数之间适合以下关系：

t＝4(e_v+0.05b₂) 

s/t＝1.2～1.5

式中，t—背叶片径向宽度，mm；

s—后盖板和壳体壁的间隙，mm；

e_v—旋流泵输送介质中固相颗粒平均直径，mm；

b₂—叶片出口宽度,mm。

7.如权利要求1所述的一种背叶片平衡轴向力旋流泵水力设计方法，其特征在于：旋流泵叶轮采用半开式叶轮附加背叶片，叶轮叶片数Z＝5～7并且叶片为直叶片形式。背叶片数取与叶轮叶片数相同，布置于叶轮叶片后盖板背面的相应位置，背叶片整体焊接与后盖板上。