CN105179306B - 一种半开式磨碎泵叶轮水力设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半开式磨碎泵叶轮水力设计方法，提供叶轮的主要几何参数，包括磨碎泵叶轮无叶腔宽度L、叶轮外径和壳体的间隙e、叶轮出口直径D₂、叶片出口宽度b₂等。采用本发明设计的半开式磨碎泵的叶轮不仅提高了叶轮的水力效率和泵的稳定性能。而且有助于计算机编程，能很大程度上取代半开式磨碎泵原来相似设计法和速度系数法。

Description

一种半开式磨碎泵叶轮水力设计方法

技术领域

本发明涉及一种磨碎泵的主要零件的设计方法,特别涉及一种半开式磨碎泵叶轮水力设计方法。该新型磨碎泵叶轮稳定性能好，适用于长寿命和性能宽领域。

背景技术

磨碎泵是一种输送杂质污水和固体颗粒等介质，与清水泵的区别主要在于对磨损特性和通过能力要求比较高。

随着工农业生产的不断发展，在化工、矿山、食品、建筑、造纸等诸多行业的工业流程、生活污水和工业废水等的排放中，都需要大量输送含有固体颗粒悬浮物或者纤维状悬浮物液体的磨碎泵。磨碎泵主要由泵壳、叶轮、动刀盘、静刀盘、电机等部件组成，而叶轮是磨碎泵最核心的水力部件，也是唯一的动元件，叶轮的几何参数对磨碎泵性能影响很大，因此叶轮对磨碎泵的水力性能具有重要影响。

现有技术的磨碎泵叶轮的水力设计方法没有给出系统的设计方法，很大程度上仍主要依赖于经验公式，可操作性不强，在实际设计中仍然过分依赖工程技术人员的经验。很难满足磨碎泵稳定性能好的要求，而且很难做到计算机编程应用和计算机辅助设计。如今磨碎泵是流体机械中的一个热门领域，仅仅依靠改造叶轮形状有时不能满足提高其稳定性的要求，需要对磨碎泵叶轮的水力设计方法做进一步完善。

专利号为201120437834.0号的中国实用新型专利中公开了一种闭式叶轮无堵塞磨碎泵改进方法，这种改进方法是在闭式叶轮无堵塞泵的进口处安装用于切碎杂物的切刀盘，它可以有效的将进入闭式叶轮无堵塞泵进口的杂物切割磨碎，使杂物的大小被切割到适于闭式叶轮无堵塞泵输送的颗粒大小范围以内，从而使闭式叶轮无堵塞泵能够输送含有大颗粒和长纤维的液体。专利号为201120437821.3号的中国实用新型专利公开了一种开式叶轮无堵塞粉碎泵改进方法，这种改进方法是在开式叶轮无堵塞泵的进口处安装用于切碎杂物的切刀盘,它可以有效的将进入开式叶轮无堵塞泵进口的杂物切割磨碎。但是目前的磨碎泵中一直没有涉及半开式叶轮，而半开式叶轮的通透性比闭式叶轮好，效率比开式叶轮高，所以相对来说半开式叶轮在磨碎泵中的应用前景很高。

针对上述存在的缺陷，本发明人发明了一种半开式磨碎泵叶轮水力设计方法，不仅给出了排污泵叶轮参数系统的、精确的设计方法，还解决了双流道排污泵叶轮性能失稳的问题，增强了半开式磨碎泵的可靠性，提高磨碎泵的水力效率，尽量减少堵塞，延长泵的使用寿命和维修周期，最重要的是有助于计算机编程应用和计算机辅助设计，能很大程度上取代排污泵原来的相似设计法和速度系数法。

发明目的

随着我国经济的快速发展和工农业生产的快速发展，在化工、矿山、食品、建筑、造纸等诸多行业的工业流程、生活污水和工业废水等的排放已成为人们越来越关注的问题。目前国内对于磨碎泵类产品的需求量很大。如何实现磨碎泵泵在保证水利效率高的同时，进一步提高其通透性，并能稳定运行，已经成为当前磨碎泵发展的紧迫问题。现有设计方法，理论设计与实际模型出入较大，很难达到预想效果。本发明的目的在于避免磨碎泵性能失稳，增强磨碎泵的可靠性，增长泵的寿命和维修周期，防止堵塞，以减少检修人员的工作量。还有助于计算机编程应用和计算机辅助设计，能很大程度上取代磨碎泵原来相似设计法和速度系数法，而且计算更精确，使理论设计与实际模型更符合。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种磨碎泵叶轮水力设计方法。通过改善叶轮的几个重要参数的设计方法，改善流动情况，提高磨碎泵水力效率和稳定性能。

实现上述目的所采用的技术方案是：

(1)叶轮出口直径D₂

式中：

D₂—叶轮出口直径，米；

Q—设计流量，米³/秒；

n_s—比转数；

n—转速，转/分；

(2)叶片出口宽度b₂

式中：

b₂—叶片出口宽度，米；

Q—设计流量，米³/秒；

n_s—比转数；

n—转速，转/分；

(3)叶轮外径和壳体的间隙e

式中：

e—叶轮外径和壳体的间隙，米；

D₂—叶轮出口直径，米；

n_s—比转数；

(4)叶轮进口当量直径D₀

D₀＝-188.2D₂ ²+41.881D₂-2.109 (4)式中：

D₀—叶轮进口当量直径，米；

D₂—叶轮出口直径，米；

(5)无叶腔宽度L

式中：

L—无叶腔宽度，米；

D₂—叶轮出口直径，米；

n_s—比转数；

根据上述步骤，可以得到一种相对系统的、精确的叶轮主要参数的设计方法。

通过上述计算方法确定磨碎泵叶轮主要几何参数，包括磨碎泵叶轮无叶腔宽度L、叶轮进口当量直径D₀、叶轮外径和壳体的间隙e、叶轮出口直径D₂、叶片出口宽度b₂等，不同于传统相似法与速度系数法，更能确保水力部件尺寸的相互匹配，计算更精确，使理论设计与实际模型更符合，而且更有利于计算机的应用与编程。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1是磨碎泵叶轮的部分装配图。

图2是磨碎泵叶轮的轴面图。

图中：1.泵壳，2.轴，3.轴封，4.半开式叶轮，5.轴套，6.叶轮螺母，7.动刀盘，8.静刀盘

具体实施方式

本发明通过以下几个公式来确定无叶腔宽度L、叶轮进口当量直径D₀、叶轮外径和壳体的间隙e、叶轮出口直径D₂、叶片出口宽度b₂等叶轮的几个参数。

此实施例是在给定设计流量Q、转速n，计算叶轮水力参数：

D₀＝-188.2D₂ ²+41.881D₂-2.109 (3)

本发明采用精确公式设计法进行水力设计，使泵的水力效率和通透性得到很大提高，具有良好的经济效益，更有利于计算机的编程应用。由于本发明的设计方法不同于传统相似法与速度系数法，更能确保水力部件的尺寸的相互匹配。而且计算更精确，使理论设计与实际模型更符合。

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 (4)

1.一种半开式磨碎泵叶轮水力设计方法，提供叶轮的主要几何参数，包括磨碎泵叶轮无叶腔宽度L、叶轮进口当量直径D₀、叶轮外径和壳体的间隙e、叶轮出口直径D₂、叶片出口宽度b₂，其特征在于：叶轮几何参数与泵设计工况点性能参数之间适合以下关系:

$L=\frac{-0.0004779{n_s}^3+0.3126{n_s}^2+1.588n_s+0.5809}{5{n_s}^2+0.8145n_s+0.0725}\·D_2$

D₀＝-188.2D₂ ²+41.881D₂-2.109

式中：

D₀—叶轮进口当量直径，米；

D₂—叶轮出口直径，米；

n_s—比转数。

2.根据权利要求1所述的半开式磨碎泵叶轮水力设计方法，其特征在于：叶轮外径和壳体的间隙e设计公式：

$e=(0.3959e^{\[-{\left(\frac{n_s+91.63}{87.32}\right)}^2\]}+0.1425e^{\[-{\left(\frac{n_s-34.082}{196}\right)}^2\]})\·D_2$

式中：

e—叶轮外径和壳体的间隙，米。

3.根据权利要求1所述的半开式磨碎泵叶轮水力设计方法，其特征在于：叶轮出口直径D₂设计公式如下：

$D_2=\left\{\begin{array}{cc}\frac{0.02740485{n_s}^4+79.3628{n_s}^3+2430.065{n_s}^2-494.802n_s+109.40435}{{n_s}^{3\mathrm{.5}}+13.29{n_s}^{2.5}+9.449{n_s}^{1.5}+0.6675{n_s}^{0.5}}\&CenterDot;\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}& 0<n_s<120\\ \frac{0.01639055{n_s}^4+90.25555{n_s}^3+85.0102{n_s}^2-74.5569n_s+17.47515}{{n_s}^{3\mathrm{.5}}+0.1374{n_s}^{2\mathrm{.5}}+0.4412{n_s}^{1\mathrm{.5}}+0.6463{n_s}^{0\mathrm{.5}}}\&CenterDot;\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}& 120<n_s<300\end{array}\right.$

式中：

Q—设计流量，米³/小时；

n—转速，转/分。

4.根据权利要求1所述的半开式磨碎泵叶轮水力设计方法，其特征在于：叶片出口宽度b₂设计公式如下：

$b_2=\left\{\begin{array}{cc}\&lsqb;0.12073e^{(-0.09213n_s)}+0.02123e^{(-0.003337n_s)}\&rsqb;\&CenterDot;{n_s}^{5/6}\&CenterDot;\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}& 0<n_s<120\\ 0.05799{n_s}^{0.67823}-0.01334& 120<n_s<300\end{array}\right.$

式中：

b₂—叶轮出口宽度，米。