CN109630472B - 抑制空化喘振的离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离心泵领域，提供了一种抑制空化喘振的离心泵，包括：整流板、诱导轮、叶轮、轮缘和轮毂，整流板固定于轮缘的内侧面，且位于诱导轮的入口端，叶轮位于诱导轮的出口端，叶轮包括长短复合叶片，长短复合叶片沿周向分布的相邻叶片不等距分布。本发明通过叶轮长短复合叶片、诱导轮以及整流板的设计，能很好的引导和限制诱导轮进口及诱导轮进水段处回流涡的产生和发展，能较好的抑制高速泵流道内回流涡的产生和发展，改善流道内的流动不稳定现象，抑制空化喘振现象的发生，减小系统压力波动，改善高速离心泵运行时的振动和噪声，提高泵的运行稳定性。

Description

抑制空化喘振的离心泵

技术领域

本发明涉及离心泵领域，特别是涉及一种抑制空化喘振的离心泵。

背景技术

高速离心泵被广泛应用于石油化工及航空航天等领域，由于高速离心泵转速高，流量低等特点，在泵入口容易产生空化，同时在小流量工况下发生空化喘振现象，因此保证高速泵的长期安全、稳定运行是水力设计的关键。

目前，在高速离心泵中加装诱导轮已成为保证泵获取优越空化性能的关键技术。当诱导轮应用于高速离心泵中时，其运转时工况常常会发生变化，并且常常伴随着复杂的空化现象，即使诱导轮正常运行时，由于其叶片流道较扭曲，其内部流动比较复杂；当诱导轮在运行中发生空化时，其内部容易产生空化不稳定流动现象，发生空化喘振现象，引起的系统流量和压力的剧烈波动，产生振动和噪声，严重影响泵的稳定运行。

因此，针对高速离心泵不稳定问题以及改善小流量工况下的空化喘振现象具有重要的意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种抑制空化喘振的离心泵，缓解现有技术中高速离心泵中诱导轮容易发生空化喘振现象，避免引起的系统流量和压力的剧烈波动，产生振动和噪声，严重影响泵的稳定运行的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种抑制空化喘振的离心泵，包括：整流板、诱导轮、叶轮、轮缘和轮毂，所述轮缘为圆柱形中空结构，构造成泵流道，所述轮毂设于所述轮缘的内部，所述整流板固定于所述轮缘的内侧面，且位于所述诱导轮的入口端，所述叶轮位于所述诱导轮的出口端，所述叶轮采用长短复合叶片，所述长短复合叶片沿周向分布的相邻叶片不等距分布。

其中，所述整流板的长度方向为由所述轮缘向所述轮毂延伸，宽度方向为沿所述离心泵轴向方向延伸。

其中，所述长短复合叶片的设计参数根据公式：

且

式中：

为两个相邻长叶片背面之间的夹角；

为长叶片背面与相邻短叶片背面之间的夹角；

Z₁为长叶片的个数。

其中，所述诱导轮的设计扬程根据公式：H₁＝ΔH_ry+k设计，其中，ΔH_ry＝ΔH_r-Δh_r，

式中：k为安全系数，k的取值范围为1≤k≤1.2m；

H₁为诱导轮的设计扬程，单位为米；

ΔH_ry为诱导轮的理论扬程，单位为米；

ΔH_r为整个离心泵的空化余量，单位为米；

C为叶轮的空化比转速；

n为转速，单位为r/min；

q_v为流量，单位为m³/s；

Δh_r为叶轮的空化余量，单位为米。

其中，所述诱导轮的后掠角度

取值范围在120°-150°之间。

其中，所述整流板的设计参数根据公式：0.07(R₃-R₁)≤H₂≤0.1(R₃-R₁)设计，

式中：R₁为轮毂的半径，单位为毫米；

R₃为轮缘的半径，单位为毫米；

H₂为整流板的厚度，单位为毫米。

其中，所述整流板的设计参数根据公式：0.7R₁≤h₁≤0.9R₁，0.2(R₃-R₁)≤h≤0.35(R₃-R₁)设计，

式中：h₁为整流板距离诱导轮的叶片进口边的最短距离，单位为毫米；

h为整流板距离轮毂的距离，单位为毫米。

其中，所述整流板的设计参数根据公式：0.9R₁≤H≤1.1R₁，-10°≤θ≤10°设计，

式中：H为整流板的高度，单位为毫米；

θ为整流板的安装角度。

其中，所述整流板的设计参数根据公式：4≤Z≤6设计，所述整流板周向等距分布于所述轮缘内侧面，且所述整流板数量与所述诱导轮的叶片数互质；

式中：Z为整流板的数量。

(三)有益效果

本发明提供的一种抑制空化喘振的离心泵，通过叶轮长短复合叶片的设计，能很好的引导和限制诱导轮进口及诱导轮进水段处回流涡的产生和发展，有效抑制诱导轮进水段及诱导轮叶片进口处回流涡的产生，改善泵流道内的流动不稳定现象，抑制空化喘振现象的发生，减小系统压力波动，减小高速离心泵运行时的振动和噪声，提高泵的运行稳定性。

附图说明

图1为本发明抑制空化喘振的离心泵的结构示意图；

图2为本发明叶轮的结构示意图；

图3为本发明诱导轮的结构示意图；

图4为本发明抑制空化喘振的离心泵的主视图；

图5为本发明抑制空化喘振的离心泵的纵截面剖视图；

图6为本发明整流板安装角度的结构示意图；

图7为本发明抑制空化喘振的离心泵的展开图。

图中，1、整流板；2、诱导轮；3、叶轮；4、轮缘；5、轮毂；6、蜗壳。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图7所示，本发明公开一种抑制空化喘振的离心泵，包括：整流板1、诱导轮2、叶轮3、轮缘4和轮毂5，所述轮缘4为圆柱形中空结构，构造成泵流道，所述整流板1固定于所述轮缘4的内侧面，且位于所述诱导轮2的入口端，所述叶轮3位于所述诱导轮2的出口端，所述叶轮3包括长短复合叶片，所述长短复合叶片沿周向分布的相邻叶片不等距分布。

具体的，本发明通过对叶轮3的改造，采用长短复合叶片的设计，即采用长叶片和短叶片的复合结构，并且使相邻叶片之间的周向距离不等距分布，能很好的引导和限制诱导轮2进口及诱导轮2进水段处回流涡的产生和发展，有效抑制诱导轮2进水段及诱导轮2叶片进口处回流涡的产生，改善泵流道内的流动不稳定现象，抑制空化喘振现象的发生，减小系统压力波动，减小高速离心泵运行时的振动和噪声，提高泵的运行稳定性。流体先从叶轮3流出，并流进导叶(图中未示出)，再从导叶流入蜗壳6，蜗壳6和导叶均为导流部件。

在其中一个实施例中，所述整流板1的长度方向为由所述轮缘4向所述轮毂5延伸，宽度方向为沿所述离心泵轴向方向延伸，对进入离心泵中的流体进行整流。

在其中一个实施例中，所述长短复合叶片的设计参数根据公式：

且

式中：

为两个相邻长叶片背面之间的夹角；

为长叶片背面与相邻短叶片背面之间的夹角；

Z₁为长叶片的个数。

在其中一个实施例中，所述诱导轮2的设计扬程根据公式：H₁＝ΔH_ry+k设计，其中，ΔH_ry＝ΔH_r-Δh_r，

式中：k为安全系数，k的取值范围为1≤k≤1.2m；

H₁为诱导轮的设计扬程，单位为米；

ΔH_ry为诱导轮的理论扬程，单位为米；

ΔH_r为整个离心泵的空化余量，单位为米；

C为叶轮的空化比转速；

n为转速，单位为r/min；

q_v为流量，单位为m³/s；

Δh_r为叶轮的空化余量，单位为米。

在其中一个实施例中，所述诱导轮2的后掠角度取值范围在120°-150°之间。

在其中一个实施例中，所述整流板1的设计参数根据公式：0.07(R₃-R₁)≤H₂≤0.1(R₃-R₁)设计，

式中：R₁为轮毂的半径，单位为毫米；

R₃为轮缘的半径，单位为毫米；

H₂为整流板的厚度，单位为毫米。

在其中一个实施例中，所述整流板1的设计参数根据公式：0.7R₁≤h₁≤0.9R₁，0.2(R₃-R₁)≤h≤0.35(R₃-R₁)设计，

式中：h₁为整流板距离诱导轮的叶片进口边的最短距离，单位为毫米；

h为整流板距离轮毂的距离，单位为毫米。

在其中一个实施例中,所述整流板1的设计参数根据公式：0.9R₁≤H≤1.1R₁，-10°≤θ≤10°设计，

式中：H为整流板的高度，单位为毫米；

θ为整流板的安装角度。

在其中一个实施例中,所述整流板1的设计参数根据公式：4≤Z≤6设计，所述整流板1周向等距分布于所述轮缘4内侧面，且所述整流板1数量与所述诱导轮2的叶片数互质；

式中：Z为整流板的数量。

实施例1：

根据以上描述，本申请给出一个较佳的实施例。

本实施例的叶轮3叶片的长叶片的个数为3，相邻长叶片背面的夹角

长叶片背面与相邻短叶片背面之间的夹角

诱导轮2的后掠角度

为130°，诱导轮2的设计扬程为5m,整流板1的数量为4个，周向均匀对称布置；整流板1的厚度H₂＝1.6mm；整流板1与诱导轮2进水段连接可采用焊接或整体铸造，并对整流板1侧边及整流板1与诱导轮2进水段连接处进行倒圆，圆角的大小为0.8mm；整流板1与轴线之间的安装角度θ＝0°；整流板1在靠近诱导轮2进水段进口处的边与轴心线垂直，而在靠近诱导轮2叶片进口处的边处采用倾斜边；整流板1与诱导轮2叶片进口边的最短距离h₁＝7.3mm；整流板1的高度H＝9mm；整流板1为平直结构。

根据实施例1的离心泵与现有技术中的离心泵进行性能比较实验，实验结果如下表：

可见，本发明提供的一种抑制空化喘振的离心泵，通过叶轮长短复合叶片的设计，合理分配诱导轮的设计扬程以及整流板的优化设计，能很好的引导和限制诱导轮进口及诱导轮进水段处回流涡的产生和发展，有效抑制诱导轮进水段及诱导轮叶片进口处回流涡的产生，改善泵流道内的流动不稳定现象，抑制空化喘振现象的发生，减小系统压力波动，减小高速离心泵运行时的振动和噪声，提高泵的运行稳定性。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种抑制空化喘振的离心泵，其特征在于，包括：整流板(1)、诱导轮(2)、叶轮(3)、轮缘(4)和轮毂(5)，所述轮缘(4)为圆柱形中空结构，构造成泵流道，所述轮毂(5)设于所述轮缘(4)的内部，所述整流板(1)固定于所述轮缘(4)的内侧面，且位于所述诱导轮(2)的入口端，所述叶轮(3)位于所述诱导轮(2)的出口端，所述叶轮(3)采用长短复合叶片，所述长短复合叶片沿周向分布的相邻叶片不等距分布；

所述整流板(1)的长度方向为由所述轮缘(4)向所述轮毂(5)延伸，宽度方向为沿所述离心泵轴向方向延伸；

所述整流板(1)的设计参数根据公式：0.07(R₃-R₁)≤H₂≤0.1(R₃-R₁)设计，

式中：R₁为轮毂的半径，单位为毫米；

R₃为轮缘的半径，单位为毫米；

H₂为整流板的厚度，单位为毫米；

所述整流板(1)的设计参数根据公式：0.7R₁≤h₁≤0.9R₁，0.2(R₃-R₁)≤h≤0.35(R₃-R₁)设计，

式中：h₁为整流板距离诱导轮的叶片进口边的最短距离，单位为毫米；

h为整流板距离轮毂的距离，单位为毫米；

所述整流板(1)的设计参数根据公式：0.9R₁≤H≤1.1R₁，-10°≤θ≤10°设计，

式中：H为整流板的高度，单位为毫米；

θ为整流板的安装角度；

所述整流板(1)的设计参数根据公式：4≤Z≤6设计，所述整流板(1)周向等距分布于所述轮缘(4)内侧面，且所述整流板(1)数量与所述诱导轮(2)的叶片数互质；

式中：Z为整流板的数量；

所述长短复合叶片的设计参数根据公式：

设计，且

式中：

为两个相邻长叶片背面之间的夹角；

为长叶片背面与相邻短叶片背面之间的夹角；

Z₁为长叶片的个数；

所述诱导轮(2)的设计扬程根据公式：H₁＝ΔH_ry+k设计，其中，

式中：k为安全系数，k的取值范围为1≤k≤1.2m；

H₁为诱导轮的设计扬程，单位为米；

ΔH_ry为诱导轮的理论扬程，单位为米；

ΔH_r为整个离心泵的空化余量，单位为米；

C为叶轮的空化比转速；

n为转速，单位为r/min；

q_v为流量，单位为m³/s；

Δh_r为叶轮的空化余量，单位为米；

所述诱导轮(2)的后掠角度

取值范围在120°-150°之间。

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