CN105041720A - 一种高效大过流旋流泵准环形压水室水力设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效大过流旋流泵准环形压水室水力设计方法。它给出了无叶腔基圆直径、环形后缩腔与叶轮间隙、压水室包角、隔舌螺旋角、扩散管扩散角和扩散管高度的设计公式。根据本设计方法设计的旋流泵压水室能很好保证旋流泵的无堵塞性，在水力损失较小的情况下改善泵内流动状况，提高旋流泵压水室对于含杂质液体的通过性和旋流泵水力效率。

Description

一种高效大过流旋流泵准环形压水室水力设计方法

技术领域

本发明涉及一种高效大过流旋流泵压水室水力设计方法，特别是涉及一种旋流泵准环形压水室的水力设计方法。

背景技术

旋流泵的主要结构特征是叶轮退缩在压水室后面的泵腔内，叶轮旋转时在叶轮前面的无叶腔内形成贯通流和循环流。贯通流通过叶轮叶片间流道进入泵室而流出，循环流则在无叶腔内循环。由于循环流中部是低压区，固体颗粒掉入此区域在旋流的带动下流出，因此大部分固态物质可不经过叶轮而直接从无叶腔流出。基于旋流泵结构形式及流动特性的特殊性，旋流泵具有无堵塞性能好、运行平稳及耐磨性好、适用范围广等诸多优点。但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≤60％。虽然旋流泵与普通离心泵有相同的比转速范围，但因其特殊性在矿山、化工等行业中应用日益广泛。

专利“一种无堵塞旋流泵用的叶轮及无堵塞旋流泵”CN201220259153.4(专利号)公开了一种旋流泵叶轮的设计方法。其叶轮边缘为流线型，有利于进口吸入液体并减少冲击损失，在一定工作范围内保证较高的扬程，无堵塞性能优良。专利“一种旋流泵”CN201420638483.3(专利号)公开了一种旋流泵的设计方法。其主要特征在于叶轮安装在泵体右后泵腔，叶轮最左侧端面与泵腔出口通道的最右侧端面平行等，加大了泵的流量，提高了泵的扬程。满足对输送介质无堵塞性能的要求。专利“高耐磨旋流泵”CN99217168.7(专利号)公开了一种高耐磨旋流泵的结构特征，其由进料管、空泵体、泵体座、转子、轴承、出料管、转轴、电机和转子壳体所组成。转子内有六个叶片组成的三对形如山字型的结构，转子一部分位于空泵体右侧，另一部分位于转子壳体内。该专利的高耐磨旋流泵的优点是转子寿命可长达3至4个月，结构简单、安装方便。专利“一种采用不锈钢冲压式叶轮的旋流泵”CN200920255750.8(专利号)公开了一种旋流泵的结构形式。其主要由电机、轴、蜗壳、轮毅、叶轮螺母、后盖板、叶片等组成，叶轮材料为不锈钢，采用冲压成型。旋流泵叶轮分为后盖板，叶片单独成型，再通过焊接与轮毅连接成型叶轮。该专利的旋流泵优点在于：减少了材料，叶轮美观轻巧；提高了叶轮加工的工作效率及产品的合格率；同时减少了环境的污染。

上述已授权的四种专利其发明的主要出发点在于改进叶轮的结构形式、叶轮和无叶腔之间的相互匹配关系等，均未涉及旋流泵的压水室结构及结构形式的改进。影响旋流泵内部流动特性和性能不仅仅在于叶轮，压水室也是影响旋流泵性能的核心部件之一。因此设计旋流泵压水室的时候，应尽量改善泵内流动状况，提高旋流泵压水室对于含杂质液体的通过性和旋流泵水力效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种高效大过流旋流泵准环形压水室水力设计方法。通过改变旋流泵压水室几个重要设计参数的确定方法，从而改善旋流泵内部流动状况，提高旋流泵压水室对于含杂质液体的通过性和旋流泵水力效率。

实现上述目的所采用的设计方法：

1.旋流泵无叶腔基圆直径

$D_3=(11.5+\ln \frac{C_g}{C_v}){\left(\frac{n_s}{100}\right)}^{-0.5}\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}---\left(1\right)$

式中：

D₃-旋流泵无叶腔基圆直径，mm；

Q-旋流泵流量，m³/s；

n_s-旋流泵比转速；

n-旋流泵转速，r/min；

Cg、C_v-旋流泵输送介质液相、固相体积分数，％；

2.旋流泵环形后缩腔与叶轮间隙

$\mathrm{\ϵ}=1.8711{\left(\frac{n_s}{100}\right)}^{-0.5018}\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}---\left(2\right)$

式中：

ε-旋流泵环形后缩腔与叶轮间隙，mm；

n-旋流泵转速，r/min；

Q-旋流泵流量，m³/s；

n_s-旋流泵比转速；

3.旋流泵准环形压水室包角

θ_VIII＝360-θ₀(3)

θ₀＝25.248lnn_s-97.102，θ₀取整(4)

式中：

θ_VIII-准环形压水室包角，°；

θ₀-隔舌安放角，°；

4.隔舌螺旋角α₀

${\mathrm{\α}}_0=\arctan \left(0.019\frac{\mathrm{Qn}}{g{H}_t{b}_2}\right)---\left(5\right)$

式中：

α₀-隔舌螺旋角，°；

b₂-叶轮出口宽度，mm；

D₂-叶轮直径，mm；

H_t-旋流泵理论扬程，m；

Q-旋流泵流量，m³/s；

n-旋流泵转速，r/min；

5.旋流泵准环形压水室断面形状及面积

压水室进口宽度b₃：

b₃＝b₂+0.08D₂(6)

各断面面积确定公式如下：

$F_8=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{VIII}}}{360}\×\frac{Q}{v_3}---\left(7\right)$

F_γ＝(0.6+0.05γ)F₈(8)

$v_3=k_3\sqrt{2\mathrm{gH}}---\left(9\right)$

$k_3=0.51e^{-0.0024n_s}---\left(10\right)$

$F_{\mathrm{\γ}}=b_3\·H_{\mathrm{\γ}}+\left(\frac{\mathrm{\π}-4}{2}\right)R^2---\left(11\right)$

R＝0.5e_v(12)

式中：

F₈-压水室第八断面面积，cm²；

v₃-压水室断面的平均速度，m/s；

k₃-速度系数；

F_γ-压水室第γ断面面积，γ取值1、2、3、4、5、6、7，cm²；

H-旋流泵扬程，m；

g-重力加速度，m/s²；

b₃-压水室进口宽度，mm；

H_γ-压水室第γ断面径向高度，mm；

R-压水室铸造圆角，mm；

n_s-旋流泵比转速；

e_v-旋流泵输送介质中固体颗粒平均直径，mm；

6.旋流泵扩散管形状及布置方式

扩散管采取切向布置，切于第八断面。为保证扩散段有较好的扩压度与较小的流动损失，扩散角不应大于12°，出口流速应接近经济流速。扩散管高度L确定方法如下：

$L=(D_d-\sqrt{4F_8/\mathrm{\π}})/2.3\tan \frac{\mathrm{\θ}}{2}---\left(13\right)$

式中：

θ-扩散管扩散角，°；

L-扩散管高度，mm；

D_d-扩散管出口直径，mm

F₈-压水室第八断面面积，cm²；

本发明的有益效果是：根据本设计方法所设计的旋流泵压水室能够改善泵内流动状况，提高旋流泵压水室对于含杂质液体的通过性和旋流泵水力效率。

附图说明

图1是本发明一个实施例的压水室轴面投影图及压水室流道断面图

图2是同一个实施例的旋流泵结构图

图中：1.无叶腔基圆直径，2.隔舌安放角，3.扩散管高度，4.扩散管扩散角，5.扩散管出口直径，6.隔舌螺旋角，7.压水室进口宽度，8.旋流泵环形后缩腔与叶轮间隙，9.叶轮出口宽度，10.叶轮直径。

具体实施方式

图1和图2共同确定了旋流泵的压水室的形状。它能够改善泵内流动状况，提高旋流泵压水室对于含杂质液体的通过性和旋流泵水力效率。本发明压水室断面为矩形，两拐角用圆角过渡，方便铸造成型、利于加工。其扩散管布置方式为切向布置，切于第八断面。D_d为扩散管出口直径，应为标准直径，便于和现有法兰先匹配。满足D_d为标准直径及扩散管内介质流动速度在经济流速范围内的情况下，L尽量取小值，减小旋流泵整体装置的外形尺寸。本发明通过以下几个关系式来确定无叶腔基圆直径(1)、环形后缩腔与叶轮间隙(8)、压水室包角、隔舌螺旋角(6)、扩散管扩散角(4)和扩散管高度(3)。

$D_3=(11.5+\ln \frac{C_g}{C_v}){\left(\frac{n_s}{100}\right)}^{-0.5}\sqrt[3]{\frac{Q}{n}};$

$\mathrm{\ϵ}=1.8711{\left(\frac{n_s}{100}\right)}^{-0.5018}\sqrt[3]{\frac{Q}{n}};$

θ_VIII＝360-θ₀；

θ₀＝25.248lnn_s-97.102，θ₀取整；

${\mathrm{\α}}_0=\arctan \left(0.019\frac{\mathrm{Qn}}{g{H}_t{b}_2}\right);$

b₃＝b₂+0.08D₂；

$F_8=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{VIII}}}{360}\×\frac{Q}{v_3};$

F_γ＝(0.6+0.05γ)F₈；

$v_3=k_3\sqrt{2\mathrm{gH}};$

$k_3=0.51e^{-0.0024n_s};$

$F_{\mathrm{\γ}}=b_3\·H_{\mathrm{\γ}}+\left(\frac{\mathrm{\π}-4}{2}\right)R^2;$

R＝0.5e_v；

$L=(D_d-\sqrt{4F_8/\mathrm{\π}})/2.3\tan \frac{\mathrm{\θ}}{2};$

θ≤12°：

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 (6)

1.一种高效大过流旋流泵准环形压水室水力设计方法，其特征在于：旋流泵压水室结构的几何参数无叶腔基圆直径适合以下关系：

式中：

D₃-旋流泵无叶腔基圆直径，mm；

Q-旋流泵流量，m³/s

n_s-旋流泵比转速；

n-旋流泵转速，r/min；

Cg、C_v-旋流泵输送介质液相、固相体积分数，％。

2.如权利要求1所述的一种高效大过流旋流泵准环形压水室水力设计方法，其特征在于：旋流泵压水室结构的几何参数环形后缩腔与叶轮间隙适合以下关系：

式中：

ε-旋流泵环形后缩腔与叶轮间隙，mm。

3.如权利要求1所述的一种高效大过流旋流泵准环形压水室水力设计方法，其特征在于：旋流泵压水室的几何准环形压水室包角适合以下关系：

θ_VIII＝360-θ₀(3)

θ₀＝25.248lnn_s-97.102，θ₀取整(4)

式中：

θ_VIII-准环形压水室包角，°；

θ₀-隔舌安放角，°。

4.如权利要求1所述的一种高效大过流旋流泵准环形压水室水力设计方法，其特征在于：旋流泵压水室结构的几何参数隔舌螺旋角适合以下关系：

式中：

α₀-隔舌螺旋角，°；

b₂-叶轮出口宽度，mm；

H_t-旋流泵理论扬程，m。

5.如权利要求1所述的一种高效大过流旋流泵准环形压水室水力设计方法，其特征在于：旋流泵压水室断面采用矩形断面，两拐角用圆角过渡，方便铸造成型、利于加工；其进口宽度适合以下关系：

b₃＝b₂+0.08D₂(6)

压水室各断面面积适合以下关系：

F_γ＝(0.6+0.05γ)F₈(8)

R＝0.5e_v(12)

式中：

F₈-压水室第八断面面积，cm²；

D₂-叶轮直径，mm；

v₃-压水室断面的平均速度，m/s；

k₃-速度系数；

F_γ-压水室第γ断面面积，γ取值1、2、3、4、5、6、7，cm²；

H-旋流泵扬程，m；

g-重力加速度，m/s²；

b₃-压水室进口宽度，mm；

H_γ-压水室第γ断面径向高度，mm；

R-压水室铸造圆角，mm；

e_v-旋流泵输送介质中固体颗粒平均直径，mm。

6.如权利要求1所述的一种高效大过流旋流泵准环形压水室水力设计方法，其特征在于：扩散管采取切向布置，切于第八断面；为保证扩散段有较好的扩压度与较小的流动损失，扩散角不应大于12°，出口流速应接近经济流速；扩散管高度L适合以下关系：

D_d为扩散管出口直径，应为标准直径，便于和现有法兰先匹配；满足D_d为标准直径及扩散管内介质流动速度在经济流速范围内的情况下，L尽量取小值，减小旋流泵整体装置的外形尺寸；

式中：

θ-扩散管扩散角，°；

L-扩散管高度，mm；

D_d-扩散管出口直径，mm。