CN111852937B - 一种离心空化泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种离心空化泵，包括螺旋形蜗壳和离心转轮，所述离心转轮包括前盖板、直叶片和后盖板，所述前盖板和后盖板之间设有若干均布的直叶片，相邻所述直叶片的进口之间均布若干节流挡墙，且若干所述节流挡墙位于前盖板和后盖板之间；相邻的所述节流挡墙之间设有间隙。本发明可以有效控制下游的溃灭压力，从而达到既能输送有机污水又能控制溃灭强度的要求；这种离心空化泵能尽可能的减小能量损失，为空泡提供更多的溃灭能量。

Description

一种离心空化泵
技术领域
本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种离心空化泵。
背景技术
工农业的不断发展导致越来越多的生活污水、工业污水被直接排放到江河湖泊中，当这些污水超过生态的自我净化能力上限就会导致水体富营养化。在这些富营养化的水源中易于滋生藻类等有害微生物，它们的存在将对人类的饮水健康和水中生物的生存构成巨大威胁，因此针对水体富营养化的杀菌灭藻工作迫在眉睫。
王健博士对一种定子-转子型水力空化发生器的空蚀进行研究。他通过切割一台离心泵的叶轮，再加装与叶轮一起转动的转子，同时在前盖板附近设置定子，设计出这种转子-定子空化发生器。这种由转子-定子的相对运动分别产生三种空化形式，空化主要发生在转子和定子的交界面附近。但是他没有考虑这种空化发生器的出口是否能够产生足够的压力，这种压力一方面能够将污水顺利的排出空化发生器，另一方面下游压力的增加会提高空泡的破灭能量，进而达到强化空化效果的目的。
韩国学者Hyunsoo Kim对一种新型空化发生器的空泡数量和空泡破灭强度进行研究。这种新型空化发生器由壳体和转轮构成，在转轮的外径附近开有32个圆孔，转轮两侧的对应位置开有与圆孔数量相等的凹槽，进口在转轮的一侧，液体通过圆孔进入转轮的另一侧。通过转轮的旋转运动，圆孔与凹槽之间的截面积周期性的改变，进而产生空化。转轮的周期改变导致空泡周期性的脱落，由此增加了空泡的溃灭频率。然而这种空化发生器液体的流动方向在圆孔里发生了改变，先由径向转为轴向，再由轴向转为径向，这样则会增加液体的流动损失，这些被耗散掉压力能本可以转化为空泡的能量而储存起来。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种离心空化泵，可以有效控制下游的溃灭压力，从而达到既能输送有机污水又能控制溃灭强度的要求；这种离心空化泵能尽可能的减小能量损失，为空泡提供更多的溃灭能量。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种离心空化泵，包括螺旋形蜗壳和离心转轮，所述离心转轮包括前盖板、直叶片和后盖板，所述前盖板和后盖板之间设有若干均布的直叶片，相邻所述直叶片的进口之间均布若干节流挡墙，且若干所述节流挡墙位于前盖板和后盖板之间；相邻的所述节流挡墙之间设有间隙。
进一步，所述节流挡墙为等腰三角形节流挡墙。
进一步，任一等腰三角形节流挡墙沿离心转轮中心的射线对称。
进一步，等腰三角形节流挡墙沿所述离心转轮圆周方向均匀排布，等腰三角形节流挡墙的收缩率η＝θ2/θ1＝0.7～0.95，其中θ1为相邻两个等腰三角形节流挡墙中心之间的弧度，θ2为任一等腰三角形节流挡墙底边两个端点所在圆弧的弧度。
进一步，靠近直叶片的等腰三角形节流挡墙与直叶片光滑连接；所述直叶片的骨线为过离心转轮中点的射线；直叶片沿圆周方向均匀排布。
进一步，所述直叶片的数量Z1＝5～12。
进一步，等腰三角形节流挡墙的数量Z2＝nZ1，n为正整数。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的离心空化泵，在其空化下游可以通过改变短叶片的数量、长度以及离心转轮的转速，控制下游的溃灭压力，从而达到既能输送有机污水又能控制溃灭强度的要求。
2.本发明所述的离心空化泵，这种离心空化泵的流道比较符合液体流动规律，液体由轴向平缓地过渡到径向，只有在等腰三角形节流挡墙附近才会产生一定的冲击损失，由此尽可能的减小了能量损失。
3.本发明所述的离心空化泵，通过CFX对这种离心空化泵的内部流场进行模拟，结果表明：直叶片能够有效提高下游的溃灭压力，顺利输送有机废水；同时在整个流道内压力降也较低。
附图说明
图1为本发明所述的离心空化泵的结构示意图。
图2为本发明所述的离心转轮的轴面截面图。
图3为本发明所述的离心空化泵数值模拟的水体装配图。
图4为本发明所述的离心空化泵空泡体积分布云图。
图中：
1-螺旋形蜗壳；2-离心转轮；3-前盖板；4-节流挡墙；5-直叶片；6-后盖板。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和图2所示，本发明所述的离心空化泵，包括螺旋形蜗壳1和离心转轮2，螺旋形蜗壳1和离心转轮2同轴装配。所述离心转轮2包括前盖板3、直叶片5和后盖板6，所述前盖板3和后盖板6之间设有若干均布的直叶片5，相邻所述直叶片5的进口之间均布若干节流挡墙4，且若干所述节流挡墙4位于前盖板3和后盖板6之间；相邻的所述节流挡墙4之间设有间隙。
任一等腰三角形节流挡墙沿离心转轮2中心的射线对称。等腰三角形节流挡墙沿所述离心转轮2圆周方向均匀排布，等腰三角形节流挡墙的收缩率η＝θ2/θ1＝0.7～0.95，其中θ1为相邻两个等腰三角形节流挡墙中心之间的弧度，θ2为任一等腰三角形节流挡墙底边两个端点所在圆弧的弧度。
靠近直叶片5的等腰三角形节流挡墙与直叶片5光滑连接；所述直叶片5的骨线为过离心转轮2中点的射线；直叶片5沿圆周方向均匀排布。
如图1所示，直叶片5始于等腰三角形节流挡墙4的底边，终于离心转轮2的出口；靠近直叶片5的等腰三角形节流挡墙4与直叶片5光滑连接；直叶片5的骨线为过离心转轮2中点的射线；直叶片5沿圆周方向均匀排布。
如图3所示，为了保证来流的稳定性和模拟的准确性，分别在进出口加装进水段和出水段，它们的长度为管径的四倍。模拟使用的直叶片5的数量Z1＝6。模拟使用的等腰三角形节流挡墙4的数量Z2＝36。模拟实施例的收缩率η＝0.82。
工作原理：当离心转轮高速旋转时，由于直叶片的旋转运动，在其附近形成低压区，流体由离心转轮的吸入口向出水口流动，在三角形挡墙附近由于过流截面的减小而产生压力降，且三角形挡墙的尾缘附近结构突变导致流动分离，进而产生空化；直叶片的高速旋转将增加流体的压力，三角形节流挡墙下游压力得以恢复，空泡溃灭，释放能量。由于离心转轮的旋转运动和螺旋形蜗壳的非均匀结构，由三角形挡墙产生的空泡将周期性脱落，转速越高空泡的脱落频率越高。
模拟中离心转轮2的转速为2950r/min，进口压力0.1Mpa，流量65m3/h。
模拟所使用的网格总数量为2.1*106，选择标准κ-ε湍流模型，收敛精度为1*10-4。
如图4所示，图中三角形节流挡墙4后面的条状灰色带的空泡体积含量最高，它的颜色为灰色，接着颜色由灰色向白色转变，意味着空泡体积分数越来越小；然后颜色又由白色向黑色转变，空泡体积分数继续减小直至为零。从CFX的后处理结果可以发现：在等腰三角形节流挡墙4的底边下游空泡含量最多，空泡体积从螺旋形蜗壳1的隔舌开始沿着流动方向减小。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种离心空化泵，包括螺旋形蜗壳(1)和离心转轮(2)，所述离心转轮(2)包括前盖板(3)、直叶片(5)和后盖板(6)，所述前盖板(3)和后盖板(6)之间设有若干均布的直叶片(5)，其特征在于，相邻所述直叶片(5)的进口之间均布若干节流挡墙(4)，且若干所述节流挡墙(4)位于前盖板(3)和后盖板(6)之间；相邻的所述节流挡墙(4)之间设有间隙；所述节流挡墙(4)为等腰三角形节流挡墙；等腰三角形节流挡墙沿所述离心转轮(2)圆周方向均匀排布，等腰三角形节流挡墙的收缩率η＝θ2/θ1＝0.7～0.95，其中θ1为相邻两个等腰三角形节流挡墙中心之间的弧度，θ2为任一等腰三角形节流挡墙底边两个端点所在圆弧的弧度。
2.根据权利要求1所述的离心空化泵，其特征在于，任一等腰三角形节流挡墙沿离心转轮(2)中心的射线对称。
3.根据权利要求1所述的离心空化泵，其特征在于，靠近直叶片(5)的等腰三角形节流挡墙与直叶片(5)光滑连接；所述直叶片(5)的骨线为过离心转轮(2)中点的射线；直叶片(5)沿圆周方向均匀排布。
4.根据权利要求1所述的离心空化泵，其特征在于，所述直叶片(5)的数量Z1＝5～12。
5.根据权利要求1所述的离心空化泵，其特征在于，等腰三角形节流挡墙的数量Z2＝nZ1，n为正整数。
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