CN108361205B - 一种离心泵叶轮及包含该离心泵叶轮的lng潜液泵 - Google Patents

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Abstract

本发明属于离心泵类机械装置领域，具体涉及一种离心泵叶轮，其包括前盖板、后盖板、主叶片和分流叶片，所述主叶片和分流叶片均倾斜设置在前盖板和后盖板之间，二者呈离心状均匀分布且交替设置，所述主叶片的长度比分流叶片的长度大，相邻两叶片之间形成螺旋形的流道，主叶片和分流叶片的宽度均从进口向出口逐渐变窄。本发明还公开了一种包含上述离心泵叶轮的LNG潜液泵。本发明的离心泵叶轮和LNG潜液泵能够在保证LNG潜液泵流量和扬程的条件下，提高其效率和汽蚀性能，同时还具有结构简单、加工便捷、成本低廉等优点。

Description

一种离心泵叶轮及包含该离心泵叶轮的LNG潜液泵
技术领域
本发明属于离心泵类机械装置领域，更具体地，涉及一种离心泵叶轮及包含该离心泵叶轮的LNG潜液泵。
背景技术
LNG(液化天然气)潜液泵广泛应用于LNG的加压转运，具有良好的气密性和耐低温性能。目前，国内的LNG相关从业企业均采用国外LNG潜液泵，成本花费巨大，且维修和相关技术服务不及时、不到位，严重影响我国LNG企业的发展，同时也使得我国天然气供应受到影响。
然而进一步的研究表明，LNG潜液泵浸入饱和状态下的LNG中，轻微的压降或者温升都可能造成LNG的汽化，进而在泵体内形成汽蚀。汽蚀会对叶轮造成严重侵蚀，也会产生噪声。长期在汽蚀状态下运行会使泵的寿命大大缩短。而由于LNG潜液泵采用全封闭结构且工质具有低温易爆性，使得检修十分不方便，频繁因为汽蚀破坏更换叶轮极不可取。
由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种LNG潜液泵，使其能够减少叶轮气蚀，以便满足潜液泵长期使用的需要。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种离心泵叶轮及包含该离心泵叶轮的LNG潜液泵，其中结合叶轮易被气蚀、且对扬程要求高等特点，相应设计了离心泵叶轮，将该离心泵用于LNG潜液泵，并对LNG潜液泵中的各部件的具体结构和布置方式等方面进行研究和设计，相应可有效解决LNG潜液泵的叶轮易被气蚀、效率和扬程不够等问题，同时具有结构简单、加工便捷、成本低廉等优点。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种离心泵叶轮，其特征在于，其包括前盖板、后盖板、主叶片和分流叶片，其中：
所述前盖板和后盖板为同轴设置的圆环形板，所述前盖板的内径较后盖板的内径大，且向上延伸形成环形结构的流道进口，所述前盖板和后盖板外周之间的间隙为流道出口，所述主叶片和分流叶片均倾斜设置在前盖板和后盖板之间，二者呈离心状均匀分布且交替设置，所述主叶片的长度比分流叶片的长度大，相邻两叶片之间形成螺旋形的流道，主叶片和分流叶片的宽度均从进口向出口逐渐变窄。
通过对离心泵叶轮的结构进行研究和设计，能够在LNG潜液泵中起到增压作用。而叶轮采用长分流叶片，并倾斜设置，其能在保证扬程要求的条件下，同时提高泵的效率和抗汽蚀性能。
进一步优选地，所述主叶片和分流叶片的数量之和为8～10片。
优选地，所述分流叶片进口直径为主叶片出口直径的50％～60％，所述分流叶片向主叶片倾斜，倾斜角度范围为10°～12°。本设计通过分流叶片进口的直径的设置，可使流道具有较大直径，从而具有较大的流量，而叶片的倾斜设置并将倾斜角控制在一定范围内，则可保证离心泵具有高扬程，叶轮采用该结构，能够在保证其具有高扬程、高效率的同时提高其汽蚀性能。
按照本发明的另一方面，提供了一种LNG潜液泵，其特征在于，其包括外壳体、旋转轴、套设在旋转轴上的诱导轮和如上所述的离心泵叶轮、以及设置在外壳体底部的蜗壳，其中：
所述外壳体为一端封闭的筒状结构，其顶部的进口为敞开的喇叭状，所述外壳体的中心轴线处设置有旋转轴，该旋转轴底端穿过外壳体底部的开口，所述旋转轴的端部为圆锥形的导流锥，所述导流锥下方的旋转轴外围设置有诱导轮，所述外壳体底部的旋转轴外围设置离心泵叶轮，所述外壳体的底部还设置有开孔与所述蜗壳相通。
进一步优选地，所述诱导轮包括均匀分布的3个螺旋形叶片，所述螺旋形叶片之间等螺距分布，所述螺旋形叶片的进口为圆弧形，该进口处的切线与进口处与中心的连线的夹角为45°。通过将3个螺旋线叶片等螺距均匀分布，在平衡径向力的同时可以提高诱导轮的做功能力。
优选地，所述螺旋形叶片的水平骨线两侧由外向内逐渐加厚。螺旋线叶片设计为上述形状，可同时改善诱导轮的进口流动状况和提高诱导轮本身抗汽蚀性能，并在保证强度的条件下，尽量使流体流过叶轮时阻力损失最小。
优选地，所述诱导轮顶部与外壳体间存在顶端间隙。本诱导轮的间隙在保证一定动静干涉的条件下，减少叶顶泄流量，提高诱导轮的增压能力和诱导轮本身的抗汽蚀性能。
优选地，所述离心泵叶轮的前盖板与外壳体的内壁贴合，其后盖板与外壳体的底部贴合。该设计能够最大程度的增加离心泵叶轮的流量，减少叶片的压力，提高离心泵叶轮的增压能力和其本身的抗汽蚀性能。
优选地，所述蜗壳的纵剖面为螺旋断面，其中间腔体为圆形。将蜗壳设计成该结构主要作用在于收集叶轮中流出的高速液流，消除液流的旋转速度，将其转化为压力能。
优选地，所述旋转轴底部由外部电机驱动。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明提供了一种离心泵叶轮及包含该离心泵叶轮的LNG潜液泵，其中结合LNG潜液泵易被气蚀、且对扬程要求高等特点，相应设计了离心泵叶轮，将该离心泵用于LNG潜液泵，并对LNG潜液泵中的各部件的具体结构和布置方式等方面进行研究和设计，相应可有效解决LNG潜液泵的叶轮易被气蚀、效率和扬程不够等问题，同时具有结构简单、加工便捷、成本低廉等优点。
(2)通过对离心泵叶轮的结构进行研究和设计，其作为核心部件，能够在LNG潜液泵中起到增压作用。本设计通过将叶轮采用长分流叶片交替设置，并将分流叶片径向尺寸控制在一定范围内，这样可扩大流道通流面积，从而使得LNG潜液泵具有较大的流量。而叶片的倾斜设置则可保证离心泵具有高扬程，叶轮采用该结构，能够在保证其具有高扬程、高效率的同时提高其汽蚀性能。
其能在保证扬程要求的条件下，同时提高泵的效率和抗汽蚀性能，因而尤其适用于LNG潜液泵。
(3)LNG潜液泵专用诱导轮对于其本身的汽蚀性能和扬程有极高要求。本申请诱导轮是一个轴流式叶轮，通过将3个螺旋线叶片等螺距均匀分布，在平衡径向力的同时可以提高诱导轮的做功能力。而将诱导轮置于叶轮前部，起到增压作用，提高叶轮进口处的压力，使得叶轮的汽蚀性能增强。而本发明的螺旋线叶片设计状，可同时改善诱导轮的进口流动状况和提高诱导轮本身抗汽蚀性能，并在保证强度的条件下，尽量使流体流过叶轮时阻力损失最小。本诱导轮的间隙在保证一定动静干涉的条件下，减少叶顶泄流量，提高诱导轮的增压能力和诱导轮本身的抗汽蚀性能。
(4)蜗壳螺旋断面和扩散段截面均为圆形，主要作用在于收集叶轮中流出的高速液流，消除液流的旋转速度，将其转化为压力能。
(5)本发明的离心泵叶轮和LNG潜液泵能够在保证LNG潜液泵的流量和扬程的条件下，提高了其效率和汽蚀性能。同时还具有结构简单、加工便捷、成本低廉等优点。
附图说明
图1为本发明的LNG潜液泵的纵剖面示意图；
图2为本发明的LNG潜液泵的诱导轮的俯视图；
图3为本发明的LNG潜液泵的诱导轮的立体示意图；
图4为本发明的LNG潜液泵的离心泵叶片的俯视图；
图5为本发明的LNG潜液泵的蜗壳的纵剖面图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-进口、2-外壳体、3-诱导轮、4-旋转轴、5-导流锥、6-液流通道、7-离心泵叶轮、8-前盖板、9-后盖板、10-腔体、11-蜗壳、12-中心线、13-切线、14-主叶片、15-分流叶片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图4为本发明的LNG潜液泵的离心泵叶片的俯视图，如图所示，其包括前盖板8、后盖板9、主叶片14和分流叶片15，其中：
所述前盖板8和后盖板9为同轴设置的圆环形板，所述前盖板8的内径较后盖板9的内径大，且向上延伸形成环形结构的流道进口，所述前盖板8和后盖板9外周之间的间隙为流道出口，所述主叶片14和分流叶片15均倾斜设置在前盖板8和后盖板9之间，二者呈离心状均匀分布且交替设置，所述主叶片14的长度比分流叶片15的长度大，相邻两叶片之间形成螺旋形的流道，主叶片14和分流叶片15的宽度均从进口向出口逐渐变窄。
在本发明的一个具体实施例中，所述主叶片14和分流叶片15的数量之和为10片。
在本发明的另一个具体实施例中，所述分流叶片15进口直径为主叶片14出口直径的50％～60％，所述分流叶片15向主叶片14倾斜，倾斜角度范围为10°～12°。
如图1所示，本发明还提供了一种LNG潜液泵，其流量为500～600m3/h，扬程为120～130m，轴功率小于100kW，高效工作区流量范围0.6～1.2倍额定流量，汽蚀余量小于3.0m。
其包括外壳体2、诱导轮3、旋转轴4、导流锥5、液流通道6、离心泵叶轮7、腔体10和蜗壳11；
所述外壳体2为空心旋转体，其前端形成开放式喇叭状的进口1，中段为圆柱体，后端与蜗壳11相连；喇叭状的进口起到集流作用，同时可降低进口流速，增强泵的抗汽蚀性能。
如图3所示，所述诱导轮3由三个螺旋线叶片组成，在平衡径向力的同时可以提高诱导轮的做功能力。叶轮骨线为等螺距，型线采用前苏联的杜莫夫方法，在骨线两侧等距加厚。在保证强度的条件下，尽量使流体流过叶轮时阻力损失最小。
在螺旋线叶轮进口采用了修圆形式。修圆的方式如图2所示，过叶轮进口前缘与轮毂交点的中心线12，叶轮进口前缘与轮毂交点处切线13，这两条线的夹角为45°。该种修圆形式可同时改善诱导轮的进口流动状况和提高诱导轮本身抗汽蚀性能。叶轮螺距类型为等螺距，叶片采用前苏联的杜莫夫方法，在骨线两侧等距加厚。
所述液流通道6为LNG流经诱导轮部分的通道，诱导轮3顶部与外壳体2间存在一定顶端间隙，顶端间隙值大约为诱导轮直径的0.3％～0.5％。本诱导轮顶端间隙在保证一定动静干涉的条件下，减少叶顶泄流量，提高诱导轮的增压能力和诱导轮本身的抗汽蚀性能。
所述旋转轴4为圆柱形轴，由外部电机驱动。
所述导流锥5为翼型结构，安装于轴前端。导流锥的参考翼型为NACA系列翼型，所用结构为翼型翼展的最大厚度处至前缘，其中翼型前缘为进口，翼型最大厚度处与轴相切。使得进口液流流动均匀，可有效减小冲击损失。
所述离心泵叶轮7安置在诱导轮3的后方，通过旋转轴4与诱导轮3串联，并由外部电机驱动。离心泵叶轮7由10个叶片组成，如图4所示，采用分流叶片形式，主叶片14向进口处延伸，出口角沿着前盖板8至后盖板9为定值，进口角沿着前后盖板根据液流三角形确定。
进一步地，可将叶轮7设置为闭式叶轮，采用闭式叶轮，出口宽度为0.07～0.08倍叶轮出口直径。主叶片14和分流叶片15的叶片数分别为4～5片，叶片进出口角由进出口速度三角形确定。分流叶片15进口直径为主叶片14出口直径的50％～60％，分流叶片15偏向主叶片14吸力面的角度范围为10°～12°。出口端叶片厚度为0.01～0.015倍叶轮7出口直径，进口端叶片厚度为0.01～0.012倍叶轮出口直径。本设计可以在保证离心泵具有高扬程、高效率的同时提高其汽蚀性能。
所述前盖板8为圆弧形结构，使气流在叶道内加速运动，且尽量避免产生泄漏，提高叶轮效率。
所述后盖板9靠近轮毂处为圆弧形结构，然后以直线形式顺延至出口。
所述泵的腔体10由旋转轴4、离心泵叶轮7和蜗壳11围成。从诱导轮3出口流出的LNG液流流入腔体，获得能量后，流出叶轮进入蜗壳11中。
如图5所示，所述蜗壳11为螺旋断面为圆形，蜗壳进口处与离心泵叶轮7之间的间隙为叶轮出口直径的3％～5％，蜗壳进口宽度为0.15～0.18倍叶轮出口直径，隔舌安放角为20°～24°。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种LNG潜液泵，其特征在于，其包括外壳体(2)、旋转轴(4)、套设在旋转轴(4)上的诱导轮(3)和离心泵叶轮(7)、以及设置在外壳体(2)底部的蜗壳(11)，其中：
所述外壳体(2)为一端封闭的筒状结构，其顶部的进口(1)为敞开的喇叭状，所述外壳体(2)的中心轴线处设置有旋转轴(4)，该旋转轴(4)底端穿过外壳体(2)底部的开口，所述旋转轴(4)的端部为圆锥形的导流锥(5)，所述导流锥(5)下方的旋转轴(4)外围设置有诱导轮(3)，所述外壳体(2)底部的旋转轴(4)外围设置离心泵叶轮(7)，所述外壳体(2)的底部还设置有开孔与所述蜗壳(11)相通；
所述诱导轮(3)顶部与外壳体(2)间存在顶端间隙，顶端间隙值为诱导轮(3)直径的0.3％～0.5％；
所述离心泵叶轮(7)包括前盖板(8)、后盖板(9)、主叶片(14)和分流叶片(15)，其中：
所述前盖板(8)和后盖板(9)为同轴设置的圆环形板，所述前盖板(8)的内径较后盖板(9)的内径大，且向上延伸形成环形结构的流道进口，所述前盖板(8)和后盖板(9)外周之间的间隙为流道出口，所述主叶片(14)和分流叶片(15)均倾斜设置在前盖板(8)和后盖板(9)之间，二者呈离心状均匀分布且交替设置，所述主叶片(14)的长度比分流叶片(15)的长度大，相邻两叶片之间形成螺旋形的流道，主叶片(14)和分流叶片(15)的宽度均从进口向出口逐渐变窄；
所述主叶片(14)和分流叶片(15)的数量之和为8～10片；所述分流叶片(15)进口直径为主叶片(14)出口直径的50％～60％，所述分流叶片(15)向主叶片(14)倾斜，倾斜角度范围为10°～12°；离心泵叶轮(7)出口端叶片厚度为0.01～0.015倍离心泵叶轮(7)出口直径，进口端叶片厚度为0.01～0.012倍离心泵叶轮(7)出口直径。
2.如权利要求1所述的LNG潜液泵，其特征在于，所述诱导轮(3)包括均匀分布的3个螺旋形叶片，所述螺旋形叶片之间等螺距分布，所述螺旋形叶片的进口为圆弧形，该进口处的切线与进口处与中心的连线(12)的夹角为45°。
3.如权利要求2所述的LNG潜液泵，其特征在于，所述螺旋形叶片的水平骨线两侧由外向内逐渐加厚。
4.如权利要求3所述的LNG潜液泵，其特征在于，所述离心泵叶轮(7)的前盖板(8)与外壳体(2)的内壁贴合，其后盖板(9)与外壳体(2)的底部贴合。
5.如权利要求4所述的LNG潜液泵，其特征在于，所述蜗壳(11)的型线为螺旋线，其出口断面为圆形。
6.如权利要求5所述的LNG潜液泵，其特征在于，所述旋转轴(4)底部由外部电机驱动。
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