CN106695527A - 一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法 - Google Patents

Abstract

一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法，所述抛光方法配套的抛光装置包括底座、支架、筒体、叶轮、传动轴、稳流器、储水槽、孔板、底部驱动装置和顶部驱动装置，控制顶部驱动装置和底部驱动装置的运转，当底部驱动装置运作一段时间之后，自动停止底部驱动装置，开启顶部驱动装置，运转一段时间之后再停止顶部驱动装置电源，以此循环，实现自动控制。本发明提供一种装置结构简化、体积较小、抛光效率较高、成本较低的离心泵叶轮复合式旋转抛光方法。

Description

一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法

技术领域

本发明涉及离心泵叶轮旋转抛光方法，尤其是一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法。

背景技术

目前，国内大部分离心泵叶轮仍采用传统的砂型铸造工艺，叶轮表面通常较为粗糙。而叶轮作为离心泵的核心部件，其粗糙度对机组的性能有较大的影响。降低叶轮表面的粗糙度对减小叶轮内的水力损失，提高机组效率具有重大作用。为提高过流部件表面的质量等级，需要对叶轮进行抛光。采用传统手工工艺对叶轮进行打磨抛光时，由于叶片是三维扭曲的曲面，力度及方向不易控制，对钳工操作技能要求较高，抛光效率也较低。特别是对于流道较窄的闭式叶轮，手工抛光难度非常大。磨粒流加工是利用携带的粘弹性基体介质(研磨介质)在一定压力下反复摩擦加工表面而达到抛光作用的特种加工。磨粒流加工中磨料的化学性质不活跃而且无腐蚀性，零件材料是通过磨削方式被去除，工件表面的切削力低，经过研磨以后，表面基本不会留有应力。磨粒流去除材料非常干净，工件表面有瑕疵的地方，不会留下其他的杂质来填平，不同材质的工件可以使用同一磨料来加工，从一个工件上去除的材料，不会黏附或者镶嵌在其它的表面上。但是，现有的离心泵叶轮抛光方法，需要磨粒搅拌设备，管路连接也较多，装置结构复杂、体积较大、成本较高。

发明内容

为了克服已有离心泵叶轮抛光方法的装置结构复杂、体积较大、抛光效率较低、成本较高的不足，本发明提供一种装置结构简化、体积较小、抛光效率较高、成本较低的离心泵叶轮复合式旋转抛光方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法，所述抛光方法配套的抛光装置包括包括底座、框架、筒体、叶轮、稳流器、储水槽、孔板、底部驱动装置和顶部驱动装置，所述底座上安装所述底部驱动装置，所述底部驱动装置的输出轴与所述底部传动轴连接，所述筒体位于工作台上，所述筒体内安装叶轮，所述传动轴穿过工作台并伸入筒体内；所述叶轮的上部进口与稳流器的下部出口连通；所述叶轮位于筒体内腔的下侧；所述筒体内腔的上侧设置储水槽，所述储水槽的一圈开有进水孔，所述储水槽的下方出水口与孔板连接，所述孔板与所述稳流器的上部入口相接，所述筒体的上端开有注水孔，所述筒体的下端开有出水孔，所述筒体的上端与所述顶部驱动装置的输出轴联动，所述工作台上安装框架，所述框架上安装所述顶部驱动装置；

流体是磨粒流，当叶轮转动的时候，叶轮周围和内部的流体会对叶轮表面进行打磨、抛光、去掉毛刺；此时产生的离心力会驱使叶轮内的流体从叶轮出口流出，同时在叶轮进口产生一个低压区，将流体吸进去，叶轮口环间隙为3～5mm，以避免口环间隙过小，颗粒对叶轮口环处过度抛光，发生磨蚀；当流体流出叶轮，带有一定动能的流体会沿着流道向上，进入储水槽，储水槽固定在筒体上面，储水槽下面安装了一个稳流器，流体流出储水槽进入稳流器，最后流入叶轮进口，实现一个循环；

控制顶部驱动装置和底部驱动装置的运转，当底部驱动装置运转一段时间之后，自动停止底部驱动装置，开启顶部驱动装置，运转一段时间之后再停止顶部驱动装置电源，以此循环，实现自动控制。

进一步，所述传动轴包括底部传动轴和顶部传动轴，所述底部传动轴与筒体之间由填料进行密封，所述底部传动轴的上端与叶轮通过叶轮轴套和叶轮螺母固连；所述叶轮轴套的作用是通过更换相应叶轮轴套，以便于不同孔径尺寸的叶轮与底部传动轴连，所述叶轮轴套与底部传动轴通过螺纹连接，螺纹旋向与所述叶轮旋转方向一致以避免松动，所述叶轮轴套上开有键槽以固连所述叶轮。

再进一步，所述叶轮口环间隙为3～5mm，以避免口环间隙过小，颗粒对叶轮口环处过度抛光，发生磨蚀；所述口环通过螺钉固连在稳流器出口处，与叶轮相配合，所述口环的内径尺寸为多个，且可根据不同叶轮尺寸更换相应尺寸的口环，以保证叶轮口环间隙为3～5mm；所述挡板通过螺钉固连在稳流器出口外侧，并成一定角度向下倾斜，以避免磨粒停留在挡板上侧，挡板与叶轮前盖板之间形成过流通道。

更进一步，当叶轮工作一段时间之后，将叶轮停下来，然后开启顶部驱动装置，带动筒体匀速转动；在液体内部任取一单位质量液体A(x，y，z)，A所受质量力为f_x＝ω²x，f_y＝ω²y，f_z＝-g；

液体A的平衡微分方程为：

dP＝ρ(f_xdx+f_ydy+f_zdz) (1)

P—压力；ρ—液体密度；ω—旋转角速度

带入积分得：

式中，r—旋转半径，r²＝x²+y²。

假设当筒体旋转稳定时，液面最低点的高度为H₀，则边界条件x＝0，y＝0，z＝H₀，P＝P₀，P₀为标准大气压，C＝P₀+ρgH₀，则相对压强：

单位体积液体能量：

单位体积固体颗粒能量：

ρ₀—水的密度；

所用磨粒的密度ρ₁>ρ₀，由公式(7)得，ω、H₀是定值，z越小，r越小，E＇越小，所以，磨粒会沉降到底部中心处，使得叶轮周围的磨粒的浓度增加；这时候关闭启顶部驱动装置，使筒体静止，开启与叶轮相连的底部驱动装置，使叶轮转动；整个打磨过程中，筒体和叶轮交替转动，使得叶轮总是能在较大浓度的磨粒流下进行打磨抛光。

再进一步，所述筒体的转动速度和时间的关系由下面的公式所得：

d—沉降颗粒直径；ρ₁—沉降颗粒密度；ρ₀—溶剂液体的密度；

η—溶剂液体黏度。

沉降系数是指：在离心法时，大分子沉降速度的量度，等于每单位离心场的速度；沉降系数用s表示，s×10¹³＝S,S为斯维德伯格单位；

沉降时间是指颗粒从样品液面完全沉降到离心管底所需的时间，沉降时间决定于颗粒的沉降速度和沉降距离。

t₁—沉降时间；s—颗粒的沉降系数；ω—转子角速度；r₁,r₂—旋转轴中心到样品液面和转筒底的距离。

更进一步，叶轮转动时，正传和反转交替转动，叶轮的转动角速度和时间的关系遵循以下公式：

ω—叶轮转动的最大速度；

t₂—叶轮转动时间；

y—叶轮转动的速度。

所述叶轮通过与泵轴相配套的不同旋向的螺母进行紧固，防止叶轮反转而造成叶轮松动。

所述叶轮的上部进口空套在稳流器的下部出口的内腔。

本发明的有益效果主要表现在1、本发明提供了一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法，装置内可实现自循环，节约打磨抛光成本，降低人力物力。2、本发明采用了筒体转动使颗粒沉降的方法，使叶轮周围的颗粒浓度增大，简单高效。且筒体的转动时间(颗粒沉降的时间)可以根据筒体的转动速度来确定，节省了抛光时间。3、本发明通过电源控制器控制转筒和叶轮的旋转切换，更加方便。4、本发明叶轮采用正反交替旋转的方式进行旋转，且正反的转动时间和速度可控制，使叶轮打磨效果更加好。

附图说明

图1是离心泵叶轮复合式旋转抛光装置示意图

图2是支架示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法，所述抛光方法配套的抛光装置包括底座1、框架6、筒体7、叶轮21、叶轮轴套23、底部传动轴25、顶部传动轴11、稳流器16、挡板17、口环18、储水槽14、孔板15、底部驱动装置2和顶部驱动装置9，所述底座1上安装所述底部驱动装置2，所述底部驱动装置2的输出轴与所述底部传动轴25连接，所述筒体7位于工作台5上，所述筒体7内安装叶轮21，所述传动轴25穿过工作台并伸入筒体7内，所述传动轴25的上端与叶轮21通过叶轮轴套23和叶轮螺母19(20)固连；所述叶轮轴套23与传动轴25通过螺纹连接，螺纹旋向与叶轮21旋转方向一致以避免松动，所述叶轮轴套23上开有键槽以固连叶轮21；所述叶轮21的上部进口与稳流器16的下部出口连通；所述口环18固连在稳流器16出口处，与叶轮21相配合，且可根据不同叶轮21尺寸更换相应尺寸的口环18；所述叶轮21口环间隙为3～5mm，所述叶轮21位于筒体内腔的下侧，所述筒体内腔的上侧设置储水槽14，所述储水槽14的一圈开有进水孔13，所述储水槽14的下方出水口与孔板15连接，所述孔板15与所述稳流器16的上部入口相接，所述筒体7的上端开有注水孔12，所述筒体7的下端开有出水孔22，所述筒体7的上端与所述顶部驱动装置9的输出轴通过联轴器10和顶部传动轴11联动，所述工作台5上安装框架6，所述框架6上安装所述顶部驱动装置9。

流体是磨粒流，当叶轮转动的时候，叶轮周围和内部的流体会对叶轮表面进行打磨、抛光、去掉毛刺；此时产生的离心力会驱使叶轮内的流体从叶轮出口流出，同时在叶轮进口产生一个低压区，将流体吸进去；当流体流出叶轮，带有一定动能的流体会沿着流道向上，进入储水槽，储水槽固定在筒体上面，储水槽下面安装了一个稳流器，流体流出储水槽进入稳流器，最后流入叶轮进口，实现一个循环；

控制顶部驱动装置和底部驱动装置的运转，当底部驱动装置运作一段时间之后，自动停止底部驱动装置，开启顶部驱动装置，运转一段时间之后再停止顶部驱动装置电源，以此循环，实现自动控制。

进一步，当叶轮工作一段时间之后，流体中的磨粒已经基本分布均匀，导致叶轮周围的磨粒浓度降低，打磨抛光的效率和效果会降低，为了解决这种情况，这时候需要将叶轮停下来，然后开启装置上侧的电机，带动筒体匀速转动，由筒体的旋转沉降作用提高中间叶轮周围的磨粒浓度，在液体内部任取一单位质量液体A(x，y，z)，A所受质量力为f_x＝ω²x，f_y＝ω²y，f_z＝-g；

液体A的平衡微分方程为：

dP＝ρ(f_xdx+f_ydy+f_zdz) (1)

P—压力；ρ—液体密度；ω—旋转角速度

带入积分得：

式中r—旋转半径，r²＝x²+y²。

假设当筒体旋转稳定时，液面最低点的高度为H₀，则边界条件x＝0，y＝0，z＝H₀，P＝P₀，P₀为标准大气压，C＝P₀+ρgH₀，则相对压强：

单位体积液体能量：

单位体积固体颗粒能量：

ρ₀—水的密度。

根据能量最低原理，能量越低越稳定。实验所用磨粒的密度ρ₁>ρ₀，由公式(7)可得，ω、H₀是定值，z越小，r越小，E＇越小，所以，磨粒会沉降到底部中心处，这样使得叶轮周围的磨粒的浓度增加。这时候关闭上部电机，使筒体静止，开启与叶轮相连的电机，使叶轮转动，这样打磨抛光的效率和效果大大提高，整个打磨过程中，筒体和叶轮交替转动，使得叶轮总是能在较大浓度的磨粒流下进行打磨抛光，在不增加磨粒成本的基础上，更加方便地使叶轮达到较好的抛光效果。

再进一步，所述筒体的转动速度和时间的关系可由下面的公式所得：

d—沉降颗粒直径；ρ₁—沉降颗粒密度；ρ₀—溶剂液体的密度；

η—溶剂液体黏度。

沉降系数是指：在离心法时，大分子沉降速度的量度，等于每单位离心场的速度；沉降系数用s表示，s×10¹³＝S,S为斯维德伯格单位。

沉降时间是指颗粒从样品液面完全沉降到离心管底所需的时间。沉降时间决定于颗粒的沉降速度和沉降距离。

t₁—沉降时间；s—颗粒的沉降系数；ω—转子角速度；

r₁,r₂—旋转轴中心到样品液面和转筒底的距离。

可以通过使用电源控制器来控制上部电机和下部电机的运转，当下部电机运作一段时间之后，自动停止下部电机，开启上部电机，运转一段时间之后再停止上部电机电源，以此循环，实现自动控制。具体转筒的旋转时间可以根据使用粒子的种类、溶剂液体的粘度、还有转筒的速度来确定。

叶轮的转动时是正传和反转交替转动的，叶轮的转动角速度和时间的关系遵循以下公式：

ω—叶轮转动的最大速度；

t₂—叶轮转动时间；

y—叶轮转动的速度

通过叶轮的正反转动，可以使叶轮的打磨更加全面，效果更加好。

为了防止叶轮反转而造成叶轮松动，采用了一种防叶轮松动的装置，通过与泵轴相配套的不同旋向的螺母进行紧固。

通过筒体7的转动来使流体中的液体沉降到叶轮21周围，筒体7转动的时间(颗粒沉降的时间)可以根据筒体7的旋转速度来确定。

通过使用电源控制器来控制顶部驱动装置9(变频电机)和底部驱动装置2(变频电机)的运转，当底部驱动装置2运作一段时间之后，自动切断底部驱动装置2电源，开启顶部驱动装置9，运转一段时间之后再切断顶部驱动装置9电源，以此循环，实现自动控制。这样一直交替操作，提高叶轮的抛光效率和效果。

叶轮21是正反交替转动的，转动的速度和时间可以根据需要转动，且叶轮21正转的时间和反转的时间都可以调节，叶轮转动的速度与时间的关系遵循所给的公式。通过叶轮的正反交替转动，可以使叶轮抛光更加均匀高效。

本实施例中，所述叶轮21的上部进口空套在稳流器16的下部出口的内腔。所述底部驱动装置2的输出轴通过联轴器4与所述底部传动轴25连接。所述底部驱动装置2和顶部驱动装置9均为变频电机。所述顶部驱动装置9安装在电机支架8上，所述电机支架8安装在所述框架6上。所述筒体7安装在筒体底座23上，所述筒体底座23安装在工作台5上。

本实施例中，离心泵叶轮复合式旋转抛光装置安装好之后，将出水孔22关闭，打开注水孔12，将磨粒流体注入到筒体7中，底部驱动装置2通过电机底座1固定在地面上，再通过联轴器3，与底部传动轴25相连，底部传动轴通过叶轮轴套23和叶轮螺母19(20)与叶轮21相连，底部驱动装置2转动，带动叶轮21转动，由于叶轮21转动产生的离心力使叶轮内的流体往外运动，从叶轮出口流出，流出的液体带有一定的动能，会继续在筒体7内向上运动，流经储水槽进水孔13，进入储水槽14，储水槽14固定在筒体上，在储水槽14下方安装了一个稳流器16，流体流出储水槽之后进入稳流器16，最后在进入到叶轮进口，实现一个循环，整个循环简单、紧凑。运行一段时间之后，将底部驱动装置2停下，开启顶部驱动装置9，顶部驱动装置9匀速带动筒体7转动，筒体7内的流体也会转动，使得流体内的磨粒旋转沉降，叶轮21周围的流体的磨粒浓度增加，此时，关闭顶部驱动装置9，使筒体7静止，再次开启底部驱动装置2，使叶轮21重新转动，进行打磨、抛光。通过使用电源控制器来控制顶部驱动装置9和底部驱动装置2的运转，当底部驱动装置2运作一段时间之后，自动切断底部驱动装置2电源，开启顶部驱动装置9，运转一段时间之后再切断顶部驱动装置9电源，以此循环，实现自动控制。这样一直交替操作，提高叶轮的抛光效率和效果。

Claims (8)

1.一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法，其特征在于：所述抛光方法配套的抛光装置包括底座、框架、筒体、叶轮、传动轴、稳流器、储水槽、孔板、底部驱动装置和顶部驱动装置，所述底座上安装所述底部驱动装置，所述底部驱动装置的输出轴与所述传动轴连接，所述筒体位于工作台上，所述筒体内安装叶轮，所述传动轴穿过工作台并伸入筒体内，所述传动轴的上端与叶轮连接，所述叶轮的上部敞口与稳流器的下部出口连通；所述叶轮位于筒体内腔的下侧，所述筒体内腔的上侧设置储水槽，所述储水槽的一圈开有进水孔，所述储水槽的下方出水口与孔板连接，所述孔板与所述稳流器的上部入口相接，所述筒体的上端开有注水孔，所述筒体的下端开有出水孔，所述筒体的上端与所述顶部驱动装置的输出轴联动，所述工作台上安装框架，所述框架上安装所述顶部驱动装置；

流体是磨粒流，当叶轮转动的时候，叶轮周围和内部的流体会对叶轮表面进行打磨、抛光、去掉毛刺；此时产生的离心力会驱使叶轮内的流体从叶轮出口流出，同时在叶轮进口产生一个低压区，将流体吸进去；当流体流出叶轮，带有一定动能的流体会沿着流道向上，进入储水槽，储水槽固定在筒体上面，储水槽下面安装了一个稳流器，流体流出储水槽进入稳流器，最后流入叶轮进口，实现一个循环；

控制顶部驱动装置和底部驱动装置的运转，当底部驱动装置运作一段时间之后，自动停止底部驱动装置，开启顶部驱动装置，运转一段时间之后再停止顶部驱动装置电源，以此循环，实现自动控制。

2.如权利要求1所述的一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法，其特征在于：所述传动轴包括底部传动轴和顶部传动轴，所述底部传动轴与筒体之间由填料进行密封，所述底部传动轴的上端与叶轮通过叶轮轴套和叶轮螺母固连；所述叶轮轴套与底部传动轴通过螺纹连接，螺纹旋向与所述叶轮旋转方向一致，所述叶轮轴套上开有键槽以固连所述叶轮。

3.如权利要求1或2所述的一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法，其特征在于：所述叶轮的口环间隙为3～5mm，所述口环通过螺钉固连在稳流器出口处与叶轮相配合，所述口环的内径尺寸为多个；所述挡板通过螺钉固连在稳流器出口外侧，并成一定角度向下倾斜，挡板与叶轮前盖板之间形成过流通道。

4.如权利要求1或2所述的一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法，其特征在于：当叶轮工作一段时间之后，将叶轮停下来，然后开启顶部驱动装置，带动筒体匀速转动；在液体内部任取一单位质量液体A(x，y，z)，A所受质量力为f_x＝ω²x，f_y＝ω²y，f_z＝-g；

液体A的平衡微分方程为：

dP＝ρ(f_xdx+f_ydy+f_zdz) (1)

P—压力；ρ—液体密度；ω—旋转角速度

带入积分得：

$P=\mathrm{\ρ}(\frac{{\mathrm{\ω}}^2{x}^2}{2}+\frac{{\mathrm{\ω}}^2{y}^2}{2}-gz)+C---\left(2\right)$

$=\mathrm{\ρ}(\frac{{\mathrm{\ω}}^2{r}^2}{2}-gz)+C---\left(3\right)$

式中，r—旋转半径，r²＝x²+y²。

假设当筒体旋转稳定时，液面最低点的高度为H₀，则边界条件x＝0，y＝0，z＝H₀，P＝P₀，P₀为标准大气压，C＝P₀+ρgH₀，则相对压强：

$P^{\′}=P-P_0=\mathrm{\ρ}g(\frac{{\mathrm{\ω}}^2{r}^2}{2g}+H_0-z)---\left(4\right)$

单位体积液体能量：

$E=z+\frac{v^2}{2g}+\frac{P^{\′}}{\mathrm{\ρ}g}---\left(5\right)$

$=H_0+\frac{{\mathrm{\ω}}^2{r}^2}{g}---\left(6\right)$

单位体积固体颗粒能量：

$E^{\′}=(\frac{{\mathrm{\ρ}}_1{\mathrm{\ω}}^2}{{\mathrm{\ρ}}_{0}2g}+\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{2g})r^2+H_0+(\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{{\mathrm{\ρ}}_0}-1)z---\left(7\right)$

ρ₀为水的密度；

所用磨粒的密度ρ₁>ρ₀，由公式(7)得，ω、H₀是定值，z越小，r越小，E＇越小，所以，磨粒会沉降到底部中心处，使得叶轮周围的磨粒的浓度增加；这时候关闭启顶部驱动装置，使筒体静止，开启与叶轮相连的底部驱动装置，使叶轮转动；整个打磨过程中，筒体和叶轮交替转动，使得叶轮总是能在较大浓度的磨粒流下进行打磨抛光。

5.如权利要求1或2所述的一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法，其特征在于：所述筒体的转动速度和时间的关系由下面的公式所得：

$s=\frac{d^2({\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_0)}{18\mathrm{\η}}---\left(8\right)$

d是沉降颗粒直径；ρ₁为沉降颗粒密度；ρ₀为溶剂液体的密度；η为溶剂液体黏度；

沉降系数是指：在离心法时，大分子沉降速度的量度，等于每单位离心场的速度；沉降系数用s表示，s×10¹³＝S,S为斯维德伯格单位；

沉降时间是指颗粒从样品液面完全沉降到离心管底所需的时间，沉降时间决定于颗粒的沉降速度和沉降距离。

$t_1=\frac{1}{s}\left(\frac{\ln r_2-\ln r_1}{{\mathrm{\ω}}^2}\right)---\left(9\right)$

t₁是沉降时间；s为颗粒的沉降系数；ω为转子角速度；r₁,r₂分别为旋转轴中心到样品液面和转筒底的距离。

6.如权利要求1或2所述的一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法，其特征在于：叶轮转动时，正传和反转交替转动，叶轮的转动角速度和时间的关系遵循以下公式：

$\left\{\begin{array}{c}y=\mathrm{\&omega;}sin\left(\frac{\mathrm{\&pi;}}{b}{t}_2\right),(a+b)k\&le;t_2<(a+b)k+a\\ y=\mathrm{\&omega;}sin(\frac{\mathrm{\&pi;}}{b}{t}_2-\frac{\mathrm{\&pi;}a}{b}+\mathrm{\&pi;}),(a+b)k+a\&le;t_2<(a+b)(k+1)\end{array}\right.,k=0,1,2,3---\left(10\right)$

ω——叶轮转动的最大速度；

t₂——叶轮转动时间；

y——叶轮转动的速度。

7.如权利要求1或2所述的一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法，其特征在于：所述叶轮通过与泵轴相配套的不同旋向的螺母进行紧固。

8.如权利要求1或2所述的一种离心泵叶轮复合式旋转抛光方法，其特征在于：所述叶轮的上部进口空套在稳流器的下部出口的内腔。