CN107299911B - 一种双流道超空化离心泵叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双流道超空化离心泵叶轮，该叶轮主要由叶片(1)、叶轮前盖板(2)、叶轮后盖板(3)组成，其主要特征是：改造普通离心泵的叶片(1)的几何结构，采用螺旋状双叶片结构，并改造叶片进口前缘与叶片背面前段的几何形状，使叶片背面能够被稳定的长超空泡覆盖，同时能够让固体颗粒物顺利无阻通过叶轮，不对叶片的外缘造成破坏，减小流体阻力，并在一定程度上有效的提高叶轮的效率和水力性能，使离心泵能够稳定运行。

Description

一种双流道超空化离心泵叶轮

技术领域

本发明涉及一种离心泵的叶轮的设计方法,特别涉及一种双流道超空化离心泵叶轮水力设计方法。

背景技术

随着不断发展的工农业，在化工、矿山、食品、建筑、造纸等诸多行业的工业流程中，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双流道离心泵。该离心泵主要由泵壳、叶轮、电机等部件组成，而叶轮是叶片泵最核心的水力部件，也是唯一的动元件，叶轮的几何参数对离心泵性能影响很大，因此叶轮对离心泵的水力效率和水力性能具有重要影响。

双流道离心泵的叶轮由两个呈空间扭曲的通道组成，从叶轮中心的进口到出口，通道要求宽敞、圆滑、介质通过能力强、流道对称性好、运行平稳、可靠性高，因而对双流道离心泵叶轮的超空化性能的要求也越来越高。

现有技术的双流道离心泵叶轮的水力设计并没有涉及到叶片超空化减阻，很大程度上还是主要依赖于叶轮本身的材料的减阻性能，造价较高，与现在倡导的节约型社会的目标相悖。如今双流道离心泵是流体机械中的一个热门领域，仅仅依靠改造原有的水力设计方法无法实现叶片超空化减阻的目标，因此本发明人在此提出了一种双流道超空化离心泵叶轮，可以将空化很好的利用，并在一定的程度上达到减阻增效的目的。

专利号为201310638000.X号的中国发明专利中公开了一种基于多目标遗传算法的双流道泵优化方法，这种设计方法将湍流计算同优化算法相结合，通过优化算法寻找双流道泵结构参数的最优解，并没有给出超空化减阻的叶轮设计方法。专利号为201110349413.7号的中国发明专利公开了一种带粉碎功能双流道泵的双流道叶轮设计方法，在该发明专利中，发明人给出了叶片主要几何参数外径、出口宽度、进口直径和叶片包角的设计公式的结构设计方法，此设计方法够改善流动情况，提高双流道泵的扬程和效率，及运行可靠性。但是此专利几个几何参数没有给出具体参数的设计，只是一个大体的取值范围，更多的还是依靠经验设计，并且也没有提出叶片超空化的减阻模型。

针对上述存在的缺陷，本发明人发明了“一种双流道超空化离心泵叶轮”，不仅给出了双流道离心泵叶轮叶片超空化的设计方法，还在一定程度上解决了双流道离心泵叶片减阻增效的作用，因而改善了双流道离心泵性能失稳的问题，增强了双流道离心泵的可靠性，在一定程度上提高了双流道离心泵的水力效率，延长泵的使用寿命和维修周期。

发明目的

随着我国经济的快速发展和全球能源的日益减少，如何节约能源已成为人们越来越关注的问题。目前国内对于泵类产品的需求量很大，每年发电量的20％～25％都会消耗在泵类产品上。如何实现双流道离心泵在保证水力效率高的同时，进一步提高其稳定性能以及介质通过性，已经成为当前双流道离心泵发展的紧迫问题。因此本发明的目的在于让双流道离心泵的叶轮叶片出现超空化，减小泵的摩擦阻力损失，在一定程度上增强双流道离心泵的可靠性，提高泵水力效率，增长泵的寿命和维修周期，以减少检修人员的工作量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种双流道超空化离心泵叶轮设计方法。通过改善叶轮叶片等几个重要几何参数，改善流动情况，提高双流道离心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.该双流道离心泵叶轮，主要由叶片(1)、叶轮前盖板(2)、叶轮后盖板(3)组成，其主要特征是：改造普通离心泵的叶片(1)的几何结构，采用螺旋状双叶片结构，并改造叶片进口前缘与叶片背面前段的几何形状，使叶片背面能够被稳定的长超空泡覆盖，同时能够让固体颗粒物顺利无阻通过叶轮，不对叶片的外缘造成破坏，有效的提高叶轮的效率和水力性能，使离心泵能够稳定运行。其叶片的主要特征是：具有两片包角为180°的螺旋状叶片，采用双叶片叶轮能够提升叶轮叶片的工作面长度，能对进入叶轮内部的流体的做功效率提高，具有较好的吸入性能，因为进口导向和螺旋推进作用，从而提高泵的通过性能和水力效率。

2.叶片进口前缘采用圆润的圆形过度形状，在双流道超空化离心泵运行过程中时，液体中存在的固体颗粒能够顺畅无阻的通过叶片前缘，不改变流动的方向，不发生堵塞，达到流动平稳和不损坏叶片的要求，可运用在运输含颗粒物及纤维物质的液体的环境下。在叶片前缘端点绕着吸入口旋转45°为叶片前缘后端点，在叶片前缘后端点径向位置附近，设计一个深凹槽C，深凹槽C中产生初始空穴，之后初始空穴生长长大为一个长形的超空泡覆盖于叶片背部。使得叶片在运行过程中只有工作面与液体之间的单边摩擦，可以减小叶片的摩擦阻力，从而提高双流道超空化离心泵的效率。

3.单叶片背面围绕吸入口的曲线方程为

式中：

L_n—叶片背面围绕吸入口的曲线方程，单位m，

D_x—叶轮吸入口直径，单位m，

θ—叶片背面曲线上的点相对于起点的夹角，取值范围为0°～135°，单位：度。

4.叶片工作面围绕吸入口的曲线方程为

式中：

L_w—叶片工作面围绕吸入口的曲线方程，单位m，

θ₂—叶片工作面曲线上的点相对于起点的夹角，取值范围为0°～180°，单位：度。

D_x—叶轮吸入口直径，单位m，

根据上述步骤，可以得到一种相对系统的、精确的双流道离心泵超空化叶轮主要参数的设计方法。

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是双流道离心泵叶轮的平面图。

图2是双流道离心泵叶轮的轴面图。

图中(1)流道

具体实施方式

本发明主要是通过对双流道离心泵叶轮结构的改变来改善叶片超空化性能，达到叶轮流道减阻增效的作用。

此实施例是在给定原有双流道离心泵叶轮的基础上，对叶轮的叶片结构以及形状进行了改进：

图1和图2共同确定了本实施例：

1.叶片工作面围绕吸入口的曲线方程为

单叶片背面围绕吸入口的曲线方程为

2.叶片进口前缘采用圆润的圆形过度形状，在双流道超空化离心泵运行过程中时，液体中存在的固体颗粒能够顺畅无阻的通过叶片前缘，不改变流动的方向，不发生堵塞，达到流动平稳和不损坏叶片的要求，可运用在运输含颗粒物及纤维物质的液体的环境下。在叶片前缘端点绕着吸入口旋转45°为叶片前缘后端点，在叶片前缘后端点径向位置附近，设计一个深凹槽C，深凹槽C中产生初始空穴，之后初始空穴生长长大为一个长形的超空泡覆盖于叶片背部。使得叶片在运行过程中只有工作面与液体之间的单边摩擦，可以减小叶片的摩擦阻力，从而提高双流道超空化离心泵的效率。

3.其叶片的主要特征是：具有两片包角为180°的螺旋状叶片，采用双叶片叶轮能够提升叶轮叶片的工作面长度，能对进入叶轮内部的流体的做功效率提高，具有较好的吸入性能，因为进口导向和螺旋推进作用，从而提高泵的通过性能和水力效率。

本发明采用改造双流道离心泵叶轮结构的设计方法，使泵叶轮叶片可以实现超空化，让空泡覆盖到整个叶片，达到减小阻力，并在一定程度上提高其水力效率和稳定性，具有良好的经济效益，符合节约型社会的要求。

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 (2)

1.一种双流道超空化离心泵叶轮，该叶轮主要由叶片(1)、叶轮前盖板(2)、叶轮后盖板(3)组成，其主要特征是：改造普通离心泵的叶片(1)的几何结构，采用螺旋状双叶片结构，并改造叶片进口前缘与叶片背面前段的几何形状， 该叶轮叶片进口前缘采用圆润的圆形过度形状，其中单叶片背面围绕吸入口的曲线方程为

式中：

L_n—叶片背面围绕吸入口的曲线方程，单位m，

D_x—叶轮吸入口直径，单位m，

θ—叶片背面曲线上的点相对于起点的夹角，取值范围为0°～135°，单位：度。

2.根据权利要求1所述的双流道超空化离心泵叶轮，其特征是：叶片工作面围绕吸入口的曲线方程为

式中：

L_w—叶片工作面围绕吸入口的曲线方程，单位m，

D_x—叶轮吸入口直径，单位m，

θ₂—叶片工作面曲线上的点相对于起点的夹角，取值范围为0°～180°，单位：度。