CN108194409A - 离心泵叶轮及其制备方法 - Google Patents

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蒋敦军
林成波
卢新全
向宏杰
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Zhejiang LBX Pump Industry Co.,Ltd.
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Shimge Pump Industry Group Co Ltd
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2205—Conventional flow pattern
    • F04D29/2216—Shape, geometry

Abstract

本发明涉及一种离心泵叶轮及其制备方法，叶轮进口直径 K0＝3.5～5.5；dh为叶轮轮毂直径；叶轮出口直径KD2＝19.2(ns/100)1/6；泵体喉部面积F3为：其中叶轮有效出口总面积F2为：Y＝F3/F2，且Y＝0.02～0.04；叶轮有效进口总面积F1为：F2/F1＝1.0～1.3，F2/F1为叶轮流道扩散度；流道数量Z为：F2＝F2i*Z，Z的取值范围为8～24，F2i为单个流道出口面积；进口安放角β1：冲角Δβ＝3～15°，ηv为容积效率，k1为排挤系数，k1的取值为0.85～0.95；出口安放角β2：β2＝18～25°；包角ψ为：150°～220°。其效果：叶轮流道符合流动规律，不存在流道扩散现象，消除流道内出口轴向漩涡，提高产品效率与高效区范围，并可改变轴功率曲线趋势，防止大流量工况下电机过载，提高整体性能。

Description

离心泵叶轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种离心泵叶轮，尤其涉及一种通过设计流道而形成的离心泵叶轮及其制备方法。
背景技术
泵作为日常生活中的一种通用机械，被广泛应用于石油化工、冶金电力、航空航天等领域。随着输送介质的多样化，水泵在输送易汽化介质和低温液化气体等应用领域取得了巨大发展，扬程更高、流量更小的超低比转速离心泵也因此得到了广泛应用。
超低比转速(ns<20)离心泵具有流量小、扬程高的特点，按照常规思路设计的超低比转速离心泵在几何形式上具有叶轮外径大、出口宽度小、流道狭长的特性。因此，它存在以下问题：流道狭长，圆盘摩擦损失较大，效率偏低；叶轮流道扩散度严重，叶片进口处易产生二次回流；出口处易产生轴向漩涡8(如图4所示)及速度梯度过大(由于流道扩散度较大，意味着叶轮出口面积与进口面积比值较大，面积太大时会降低某些部位流体的流动速度，进而产生漩涡。速度梯度大是指在某一区域内，从A点到B点速度变化很大，这样容易消耗能量，降低水泵效率。)，流量扬程曲线易出现驼峰，小流量工况性能极不稳定；轴功率曲线随流量增大急剧上升，在大流量处电机易过载等。特别是小流量超低比转速离心泵，其叶轮出口宽度小至2mm左右时，导致铸造工艺非常困难，铸造废品率极高，根本无法生产理想的小流量超低比转速离心泵叶轮。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题而提供一种离心泵叶轮及其制备方法，叶轮流道符合流动规律，不存在流道扩散现象，消除流道内出口轴向漩涡，提高产品效率与高效区范围，并可改变轴功率曲线趋势，防止大流量工况下电机过载，提高整体性能；能够解决小流量超低比转速离心泵叶轮因流道狭长而小、铸造困难等问题；数控加工成型的过流流道光滑而精准、水力损失小；加工制造方法简单、无需高昂的开模具费用，成本低。
本发明的上述技术目的主要是通过以下技术方案解决的：离心泵叶轮，其特征在于叶轮进口直径K0＝3.5～5.5；dh为叶轮轮毂直径；
叶轮出口直径
泵体喉部面积F3为：其中
叶轮有效出口总面积F2为：Y＝F3/F2，且Y＝0.02～0.04；
叶轮有效进口总面积F1为：F2/F1＝1.0～1.3，F2/F1为叶轮流道扩散度；
流道数量Z为：F2＝F2i*Z，Z的取值范围为8～24，F2i为单个流道出口面积；
进口安放角β1：冲角Δβ＝3～15°，ηv为容积效率，k1为排挤系数，k1的取值为0.85～0.95；
出口安放角β2：β2＝18～25°；
包角ψ为：150°～220°，具体要根据进出口安放角来确定，以保证流道型线：光滑平顺，单向弯曲，不出现S形状，以平直稍凸为好。
叶轮流道符合流动规律，不存在流道扩散现象，消除流道内出口轴向漩涡，提高产品效率与高效区范围，并可改变轴功率曲线趋势，防止大流量工况下电机过载，提高整体性能；能够解决小流量超低比转速离心泵叶轮因流道狭长而小、铸造困难等问题；数控加工成型的过流流道光滑而精准、水力损失小；加工制造方法简单、无需高昂的开模具费用，成本低。
本技术方案改变现有技术先设计叶片形状来确定叶轮，本技术方案是先设计流道来确定叶轮。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：
当考虑效率时，K0＝3.5～4.0。
当兼顾效率与汽蚀时，K0＝4.0～4.5。
当考虑汽蚀时，K0＝4.5～5.5；
各流道面积从叶轮有效进口总面积F1均匀逐渐过渡到叶轮有效出口总面积F2。
制造步骤包括：
确定叶轮进口直径、叶轮出口直径、流道数量、流道型线；
利用数控加工技术分别加工叶轮前盖板和叶轮后盖板，所述流道成型在所述叶轮后盖板上；
铆接或者激光焊接叶轮前盖板和叶轮后盖板，形成整体结构；
加工叶轮轴孔、键槽、口环。
当铆接所述叶轮前盖板和叶轮后盖板时，所述叶轮前盖板和叶轮后盖板上分别均布复数个一一对应的铆钉孔。
采用半沉头铆钉铆接所述叶轮前盖板和叶轮后盖板。
本发明具有的有益效果：叶轮流道符合流动规律，不存在流道扩散现象，消除流道内出口轴向漩涡，提高产品效率与高效区范围，并可改变轴功率曲线趋势，防止大流量工况下电机过载，提高整体性能；能够解决小流量超低比转速离心泵叶轮因流道狭长而小、铸造困难等问题；数控加工成型的过流流道光滑而精准、水力损失小；加工制造方法简单、无需高昂的开模具费用，成本低。
附图说明
图1是本发明的一种剖视结构示意图。
图2是本发明中叶轮后盖板的结构示意图。
图3是本发明中叶轮前盖板的结构示意图。
图4是本发明涉及的现有技术产生轴向漩涡的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：离心泵叶轮，如图1-3所示，所述切口的半径R的大小为：R＝(0.3～0.5)b2，b2为所述叶轮出口宽度。
叶轮进口直径K0＝3.5～5.5；考虑效率时，K0＝3.5～4.0；兼顾效率与汽蚀时，K0＝4.0～4.5；考虑汽蚀时，K0＝4.5～5.5；dh为叶轮轮毂直径；
叶轮出口直径
根据公式求得泵体喉部面积F3，其中泵体喉部是指泵体扩散段的起始位置；
由面积比公式Y＝F3/F2，且Y＝0.02～0.04，求得叶轮有效出口总面积F2；
由叶轮流道扩散度：即F2/F1＝1.0～1.3，求得叶轮有效进口总面积F1；各流道面积从进口F1均匀逐渐过渡到F2。叶轮流道扩散度一般在1.0～1.3之间，如果超过1.3，叶轮流道扩散程度将增加的很明显，严重影响泵的效率。
由F2＝F2i*Z，求得流道数量Z，Z取值8～24，F2i为单个流道出口面积；
进口安放角β1：冲角Δβ＝3～15°，ηv为容积效率，k1为排挤系数，k1的取值为0.85～0.95；
出口安放角β2：β2＝18～25°；
包角ψ为：150°～220°，具体要根据进出口安放角来确定，以保证流道型线：光滑平顺，单向弯曲，不出现S形状，以平直稍凸为好。
离心泵叶轮的制造方法，其步骤包括：
确定叶轮进口直径、叶轮出口直径、流道数量、流道型线；
利用数控加工技术分别加工叶轮前盖板1和叶轮后盖板2，所述流道3成型在所述叶轮后盖板上；
铆接或者激光焊接叶轮前盖板和叶轮后盖板，形成整体结构；
加工叶轮轴孔6、键槽、口环7。键槽形成在轴孔侧壁上。
当铆接所述叶轮前盖板和叶轮后盖板时，所述叶轮前盖板和叶轮后盖板上分别均布复数个一一对应的铆钉孔4。采用半沉头铆钉5铆接所述叶轮前盖板和叶轮后盖板。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。在上述实施例中，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.离心泵叶轮，其特征在于叶轮进口直径K0＝3.5～5.5；dh为叶轮轮毂直径；
叶轮出口直径
泵体喉部面积F3为：其中
叶轮有效出口总面积F2为：Y＝F3/F2，且Y＝0.02～0.04；
叶轮有效进口总面积F1为：F2/F1＝1.0～1.3，F2/F1为叶轮流道扩散度；
流道数量Z为：F2＝F2i*Z，Z的取值范围为8～24，F2i为单个流道出口面积；
进口安放角β1：冲角Δβ＝3～15°，ηv为容积效率，k1为排挤系数，k1的取值为0.85～0.95；
出口安放角β2：β2＝18～25°；
包角ψ为：150°～220°，使流道光滑平顺，单向弯曲。
2.根据权利要求1所述的离心泵叶轮，其特征在于当考虑效率时，K0＝3.5～4.0。
3.根据权利要求1所述的离心泵叶轮，其特征在于当兼顾效率与汽蚀时，K0＝4.0～4.5。
4.根据权利要求1所述的离心泵叶轮，其特征在于当考虑汽蚀时，K0＝4.5～5.5。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的离心泵叶轮，其特征在于各流道面积从叶轮有效进口总面积F1均匀逐渐过渡到叶轮有效出口总面积F2。
6.权利要求1-4中任一项所述的离心泵叶轮的制造方法，其特征在于制造步骤包括：
确定叶轮进口直径、叶轮出口直径、流道数量、流道型线；
利用数控加工技术分别加工叶轮前盖板和叶轮后盖板，所述流道成型在所述叶轮后盖板上；
铆接或者激光焊接叶轮前盖板和叶轮后盖板，形成整体结构；
加工叶轮轴孔、键槽、口环。
7.权利要求6所述的离心泵叶轮的制造方法，其特征在于当铆接所述叶轮前盖板和叶轮后盖板时，所述叶轮前盖板和叶轮后盖板上分别均布复数个一一对应的铆钉孔。
8.权利要求6所述的离心泵叶轮的制造方法，其特征在于采用半沉头铆钉铆接所述叶轮前盖板和叶轮后盖板。
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