CN106996390A - 一种工业离心泵的耐磨损叶轮设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业离心泵的耐磨损叶轮设计方法，给出叶轮的主要几何尺寸参数叶轮外径D，叶轮进口直径D _j ，叶轮出口宽度b，叶片工作面进口角，叶片工作面出口角和叶片包角的设计公式。用本发明设计的工业离心泵耐磨损叶轮具有服役周期长和磨损速率低的特点，该方法可以提高工业离心泵叶轮的运行稳定性。本发明的叶轮适用于石化、煤化工、冶炼、电力和矿山等领域。

Description

一种工业离心泵的耐磨损叶轮设计方法

技术领域

本发明专利涉及一种工业离心泵的叶轮设计方法，具体的说，涉及一种适用于输送含固体颗粒介质的工业离心泵耐磨损叶轮设计方法。

背景技术

工业离心泵是一种十分重要的通用流体机械，具有效率高、性能范围广、流量稳定和可靠性好等特点，其被广泛应用于石油化工、煤化工、冶炼、电力、建筑和矿山等领域。叶轮作为工业离心泵的核心能动部件，在输送含有泥沙、浆料和矿渣等固体颗粒的两相流介质时，其表面很容易发生过度磨损和磨蚀等现象，影响了叶轮的使用寿命和可靠性，导致离心泵的输送能力在短时间内明显降低，泵的流量、扬程和效率等运行参数显著下降，同时影响了整个系统的运行稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业离心泵的耐磨损叶轮设计方法，以降低叶轮部件过流表面的磨损速率，提高叶轮的运行范围和介质输送能力，提高叶轮的使用寿命和稳定性。

为了解决以上技术问题，本发明提供了叶轮主要几何尺寸参数叶轮外径D，叶轮进口直径D_j，叶轮出口宽度b，叶片工作面进口角β₁，叶片工作面出口角β₂和叶片包角θ的设计公式：

1、叶轮外径

其计算公式：

式中：D——叶轮外径，米；

Ns——叶轮比转速；

Q——叶轮设计工况点流量，立方米/秒；

n——叶轮设计转速，转/分钟。

2、叶轮进口直径

其计算公式：

式中：D_j——叶轮进口直径，米；

Ns——叶轮比转速；

Q——叶轮设计工况点流量，立方米/秒；

n——叶轮设计转速，转/分钟。

3、叶轮出口宽度

其计算公式：

式中：b——叶轮出口宽度，米；

H——叶轮设计工况点扬程，米；

g——重力加速度，米/平方秒。

4、叶片工作面进口角

其计算公式：

式中：β₁——叶片工作面进口角，度；

k₁——修正系数，k₁＝1.6～2.4；

Q——叶轮设计工况点流量，立方米/秒；

n——叶轮设计转速，转/分钟

D_j——叶轮进口直径，米。

5、叶片工作面出口角

叶片工作面出口角β₂＝26°～34°。

6、叶片包角

叶片包角θ＝75°～94°。

本发明的有益效果是：本发明设计的工业离心泵叶轮部件，具有过流通道宽、水力性能好和颗粒冲击小等优点，过流通道面积的增大，有效降低了固体颗粒在介质中的流动速度，叶轮内部流场总体流速趋于均匀和平稳，减小了以往叶轮内部的轴向涡旋和冲击的影响，降低叶轮部件过流表面的磨损速率，显著延缓叶轮部件的过度磨损时间，提高叶轮的使用寿命。此外，叶轮的扬程曲线变得较为平坦，流量运行范围增大，保证了工业离心泵在较大流量范围内的供压和介质输送能力，提高了叶轮在输送含固体颗粒两相流介质时的水力性能和运行可靠性。总之，采用本发明设计的工业离心泵叶轮具有良好的耐磨损能力和水力性能，扬程曲线更为平坦，流量运行范围增大，叶轮的使用寿命更长，运行更加平稳和可靠。

本发明经用户试用，产品使用效果良好，能有效延长叶轮部件的使用寿命，降低叶轮备件的更换频率和次数，同时叶轮的可运行流量范围明显增大，运行更加稳定。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1是本发明一个实施例的叶轮轴面图；

图2是是同一个实施例的叶轮叶片平面图。

图中：1.叶轮外径D，2.叶轮进口直径D_j，3.叶轮前盖板，4.叶轮出口宽度b，5.叶轮后盖板，6.叶轮叶片，7.叶片工作面出口角β₂，8.是叶片工作面进口角β₁，9.叶片背面，10.叶片工作面，11.叶片包角θ。

具体实施方式

图1和图2共同确定了这个实施例的叶轮形状和几何尺寸。这是一种闭式结构的工业离心泵叶轮，叶轮前盖板3和叶轮后盖板5的外径尺寸一致，叶轮进口和轴向流道的过流面积均较大，可以允许较大直径的固体颗粒直接通过。叶轮叶片6采用直叶片型式，并沿着叶轮的周向均匀分布，叶片工作面进口角和出口角分别为β₁和β₂。本发明通过以下几个关系式来确定叶轮外径D1，叶轮进口直径D_j2，叶轮出口宽度b4，叶片工作面进口角β₁8，叶片工作面出口角β₂7和叶片包角θ11。

β₂＝26°～34°

θ＝75°～94°

图中，叶片工作面出口角β₂ 7和叶片包角θ11均与叶轮比转速Ns有关，叶轮比转速越大，叶片工作面出口角β₂ 7选择较小值，而叶片包角θ11选择较大值，其选择区间分别为26°～34°和75°～94°。修正系数k₁的大小也与叶轮比转速Ns有关，叶轮比转速越大，修正系数k₁选择较大值，其选择区间为1.6～2.4。

Claims (1)

1.一种工业离心泵的耐磨损叶轮设计方法，提供了叶轮主要几何尺寸参数叶轮外径D，叶轮进口直径D_j，叶轮出口宽度b，叶片工作面进口角β₁，叶片工作面出口角β₂和叶片包角θ的设计公式；其特征在于：所述叶轮的几何尺寸参数与其设计工况点的性能参数之间适合以下关系：

$D=(69.5-13.6\ln (Ns\left)\right)\sqrt{\frac{Q}{n}}$

$D_j=\frac{(0.07Ns-0.0002{\mathrm{Ns}}^2+665){\mathrm{Ns}}^{0.47}\sqrt{\frac{Q}{n}}}{1000}$

$b=(2.23-0.011Ns)\left(1.95ln\right(Ns)-7.84)\frac{\sqrt{2gH}}{n}$

${\mathrm{\β}}_1=k_1\arctan \left(\frac{24.2Q}{{\mathrm{nD}}_j^3}\right)$

β₂＝26°～34°

θ＝75°～94°

式中：D是叶轮外径，单位：米；D_j是叶轮进口直径，单位：米；Ns是叶轮比转速；

Q是叶轮设计工况点流量，单位：立方米/秒；n是叶轮设计转速，单位：转/分钟；

b是叶轮出口宽度，单位：米；H是叶轮设计工况点扬程，单位：米；

g是重力加速度，单位：米/平方秒；β₁是叶片工作面进口角，单位：度；

k₁是修正系数，k₁＝1.6～2.4；β₂是叶片工作面出口角，单位：度；

θ是叶片包角，单位：度。