CN112524046A - 一种高效抗汽蚀自吸离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离心泵技术领域，具体涉及一种高效抗汽蚀自吸离心泵，包括：动力输入机构、叶轮、泵体和泵盖，动力输入机构的输出端与叶轮中心处固定连接，叶轮穿过泵体中心设置在泵体内，泵体与泵盖固定连接，泵体与泵盖以及动力输入机构与所泵体之间采用密封件密封；泵体水平截面形状呈螺旋渐开线，泵体沿竖直方向的截面形状呈类圆形；叶轮表面的叶片截面设置为圆柱截面段和渐开扭曲曲线段，圆柱截面段与渐开扭曲曲线段固定连接且一体成型，圆柱截面段与叶轮中心端固定连接。本发明对离心泵的叶轮以及泵体进行一定的革新，能够减小汽蚀，在保证原动力功率稳定的情况下，增大扬程和流量且延长了使用寿命，缩短自吸时间，提高了工作效率。

Description

一种高效抗汽蚀自吸离心泵

技术领域

本发明涉及离心泵技术领域，具体涉及一种高效抗汽蚀自吸离心泵。

背景技术

离心水泵是利用叶轮旋转而产生的离心力来工作的。离心水泵在启动前，必须使壳和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水发生离心运动，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳流道流入水泵的压水管路。离心水泵是一种叶片泵，依靠旋转的叶轮在旋转过程中，由于叶片和液体的相互作用，叶片将机械能传给液体，使液体的压力能增加，达到输送液体的目的。离心水泵在一定转速下产生的扬程有一限定值。工作点流量和轴功率取决于与泵连接的装置系统的情况(位差、压力差和管路损失)。扬程随流量而改变。

现有技术当中，由于叶轮旋转角速度较小，叶片机械能传递给液体的压力值的限定，流量扬程无法达标的情况下，离心泵的进出口口径无法做到八寸及其以上，从而离心泵由于动力原因仅限于小流量扬程领域适用，然而增加汽油机作为离心泵的动力，离心泵叶轮高速旋转，可以解决以上问题，然而高速运作的离心泵由于泵的转速过高，会产生较大的汽蚀，此外，现有的离心泵由于叶轮形状的限制，有一定的水阻，限制了排水流畅性，在一定程度上限制了扬程和流量，缩减了离心泵的使用寿命。

有鉴于此，亟待设计出一种高效抗汽蚀自吸离心泵，对离心泵的叶轮以及泵体进行一定的革新，能够减小汽蚀，在保证原动力功率稳定的情况下，增大扬程和流量且延长了使用寿命，缩短自吸时间，提高了工作效率。

发明内容

为了解决以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高效抗汽蚀自吸离心泵，对离心泵的叶轮以及泵体进行一定的革新，能够减小汽蚀，在保证原动力功率稳定的情况下，增大扬程和流量且延长了使用寿命，缩短自吸时间，提高了工作效率。

为了实现上述目标，本发明的技术方案为：一种高效抗汽蚀自吸离心泵，包括：动力输入机构、叶轮、泵体和泵盖，所述动力输入机构的输出端与所述叶轮中心处固定连接，所述叶轮穿过所述泵体中心设置在所述泵体内，所述泵体与所述泵盖固定连接，所述泵体与所述泵盖以及所述动力输入机构与所泵体之间采用密封件密封；所述泵体水平截面形状呈螺旋渐开线，所述泵体沿竖直方向的截面形状呈类圆形；所述叶轮表面的叶片截面设置为圆柱截面段和渐开扭曲曲线段，所述圆柱截面段与所述渐开扭曲曲线段固定连接且一体成型，所述圆柱截面段与所述叶轮中心端固定连接。

进一步的，所述叶片设置为三组且规格相同，三组所述叶片关于所述叶轮中心处环形阵列，且三组所述叶片相互之间的夹角设置为120°。

进一步的，所述圆柱截面段包括：连接端部和圆柱连接部，所述圆柱连接部截面呈四分之一圆环，所述圆柱连接部的圆心落在所述泵体中心外径截面线上，所述连接端部将所述圆柱连接部与所述泵体中心外径连接在一起。

进一步的，所述圆柱连接部和所述连接端部厚度相等。

进一步的，所述渐开扭曲曲线段包括：渐开段和叶轮外沿连接段，所述渐开段与所述圆柱连接部固定连接且一体成型，所述渐开段的内外两侧壁面曲率逐渐增大，所述渐开段厚度自与所述圆柱连接部连接处沿其延伸方向不断增大，所述叶轮外沿连接段与所述渐开段固定连接且一体成型，所述叶轮外沿连接段两侧壁面曲率逐渐增大且与所述叶轮外沿相切。

进一步的，所述泵体包括：中心安装座、增压室和扩散口，所述增压室呈螺旋蜗壳状盘绕在所述中心安装座外表面，所述增压室水平截面呈渐开线，所述渐开线沿延伸方向曲率逐渐增大，所述扩散口设置在所述增压室末端。

有益效果：

本发明提供的一种高效抗汽蚀自吸离心泵，对离心泵的叶轮以及泵体进行了一定的革新，通过改进叶轮叶片形状减小吸能，增加泵的总效率，在保证原动力功率稳定的情况下，减少水阻，排水更为流畅，延长动力使用寿命。同时增加了扬程和流量。将泵体改进为蜗壳状，增加类圆扩散口，可使得水更快排出，从而提高流量，缩短自吸时间。

附图说明

图1为本发明一种高效抗汽蚀自吸离心泵整体结构示意图；

图2为本发明一种高效抗汽蚀自吸离心泵叶轮改进前对比图；

图3为本发明一种高效抗汽蚀自吸离心泵叶轮改进后结构示意图；

图4为本发明一种高效抗汽蚀自吸离心泵进口安放角、正冲角理论示意图；

图5为本发明一种高效抗汽蚀自吸离心泵扩散口结构示意图；

图6为本发明一种高效抗汽蚀自吸离心泵泵体结构示意图；

图中标记：1-动力输入机构，2-叶轮，3-泵体，4-泵盖，21-圆柱截面段，22-渐开扭曲曲线段，31-中心安装座，32-增压室，33-扩散口，211-连接端部，212-圆柱连接部，221-渐开段，222-叶轮外沿连接段。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图所示，本发明公开了一种高效抗汽蚀自吸离心泵，包括：动力输入机构1、叶轮2、泵体3和泵盖4，所述动力输入机构1的输出端与所述叶轮2中心处固定连接，所述叶轮2穿过所述泵体3中心设置在所述泵体3内，所述泵体3与所述泵盖4固定连接，所述泵体3与所述泵盖4以及所述动力输入机构1与所泵体3之间采用密封件密封；所述泵体3水平截面形状呈螺旋渐开线，所述泵体3沿竖直方向的截面形状呈类圆形；所述叶轮2表面的叶片截面设置为圆柱截面段21和渐开扭曲曲线段22，所述圆柱截面段21与所述渐开扭曲曲线段22固定连接且一体成型，所述圆柱截面段21与所述叶轮2中心端固定连接。

本实施例中，所述叶片设置为三组且规格相同，三组所述叶片关于所述叶轮2中心处环形阵列，且三组所述叶片相互之间的夹角设置为120°。

本实施例中，所述圆柱截面段21包括：连接端部211和圆柱连接部212，所述圆柱连接部212截面呈四分之一圆环，所述圆柱连接部212的圆心落在所述泵体3中心外径截面线上，所述连接端部211将所述圆柱连接部212与所述泵体3中心外径连接在一起。

本实施例中，所述圆柱连接部212和所述连接端部211厚度相等。

本实施例中，所述渐开扭曲曲线段22包括：渐开段221和叶轮外沿连接段222，所述渐开段221与所述圆柱连接部212固定连接且一体成型，所述渐开段221的内外两侧壁面曲率逐渐增大，所述渐开段221厚度自与所述圆柱连接部212连接处沿其延伸方向不断增大，所述叶轮外沿连接段222与所述渐开段221固定连接且一体成型，所述叶轮外沿连接段222两侧壁面曲率逐渐增大且与所述叶轮2外沿相切。

本实施例中，所述泵体3包括：中心安装座31、增压室32和扩散口33，所述增压室32呈螺旋蜗壳状盘绕在所述中心安装座31外表面，所述增压室32水平截面呈渐开线，所述渐开线沿延伸方向曲率逐渐增大，所述扩散口33设置在所述增压室32末端。

工作原理：

实施例一

在实际工作过程当中，首先启动动力输入机构1的汽油机，汽油机在工作之后，利用输出轴将动力传递至叶轮2，叶轮2与汽油机输出轴同轴同角速度旋转，水从泵盖4进水口处沿水平方向进入泵体3和增压室32，随着叶轮2持续旋转，在增压室32内带动水做高速运动，水发生离心运动，被叶片甩向叶轮2外沿，最后沿着竖直方向从出水口输出。

实施例二

如图1和图2对比所示，首先确定叶片进口液流角β₁

其中

v_u1由叶轮2入口条件确定的，分为直锥吸入室、环形吸入室：v_u1＝0；

轴面速度

其中F₁—计算点的过水断面面积，k₁—计算点的叶片排挤系数；

排挤系数k₁，

D₁—计算点的直径

S_u1—计算点叶片的圆周厚度

S₁—计算点叶片的流面厚度

δ₁—计算点叶片的真实厚度

β₁—计算点叶片的进口角

λ₁—计算点轴面截线和轴面流线的夹角，一般λ＝60°～90°。

由图1和图2对比可见的，叶片数由5篇缩减至3片，

减小，同时，由于叶片数减少，过水断面面积增大，则轴面速度减小，从而得到进口液流角β₁的值减小。

又因为叶片进口安放角β_1A＝β₁+Δβ即为进口安放角＝液流角+冲角，本方案采用正冲角，即Δβ＞0；在本方案中，采用圆柱截面段21与渐开扭曲曲线段22组合而成叶片，该叶片的进口安放角即为叶片骨线与连接部处叶轮2中心的切线之间的角度，近似为45°角。

对比改进之前的叶片进口安放角，本方案的进口安放角大于改进前的叶片进口安放角，又因为改进之后的液流角小于改进前的液流角，从而可以由上述公式推论出，改进口的正冲角大于改进前的正冲角。

由此，本方案增大了正冲角角度，减小了汽蚀，同时将叶片界面形状改进为圆柱形截面和渐开线扭曲曲线且曲线曲率逐渐增大，减小了吸能，增加了泵的总效率，可保证原动力功率稳定，由于减小了吸能，可延长动力使用寿命。

实施例三

由于叶轮外沿连接段222两侧壁面曲率逐渐增大且与所述叶轮2外沿相切，减小了水阻，排水更为流畅，在一定程度上减小了能量损失，从而增加了扬程和流量。

实施例四

由于泵体3的增压室32呈螺旋蜗壳状盘绕在所述中心安装座31外表面，增压室32水平截面呈渐开线，所述渐开线沿延伸方向曲率逐渐增大，利用蜗壳螺旋状增加室，减小了液体在增压室32内的水击效应，减小了能量损失，使得液体在增压室32内过水更为流畅，同时泵体3末端出水口处设置为类圆扩散口33，使得液体更快更为流畅排出，缓解了排水口的液体能量损失，从而提高了流量，缩短了自吸时间，提升了工作效率。

本发明提供的一种高效抗汽蚀自吸离心泵，对离心泵的叶轮2以及泵体3进行了一定的革新，通过改进叶轮2叶片形状减小吸能，增加泵的总效率，在保证原动力功率稳定的情况下，减少水阻，排水更为流畅，延长动力使用寿命。同时增加了扬程和流量。将泵体3改进为蜗壳状，增加类圆扩散口33，可使得水更快排出，从而提高流量，缩短自吸时间。

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，所有的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高效抗汽蚀自吸离心泵，包括：动力输入机构(1)、叶轮(2)、泵体(3)和泵盖(4)，其特征在于，所述动力输入机构(1)的输出端与所述叶轮(2)中心处固定连接，所述叶轮(2)穿过所述泵体(3)中心设置在所述泵体(3)内，所述泵体(3)与所述泵盖(4)固定连接，所述泵体(3)与所述泵盖(4)以及所述动力输入机构(1)与所泵体(3)之间采用密封件密封；所述泵体(3)水平截面形状呈螺旋渐开线，所述泵体(3)沿竖直方向的截面形状呈类圆形；所述叶轮(2)表面的叶片截面设置为圆柱截面段(21)和渐开扭曲曲线段(22)，所述圆柱截面段(21)与所述渐开扭曲曲线段(22)固定连接且一体成型，所述圆柱截面段(21)与所述叶轮(2)中心端固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种高效抗汽蚀自吸离心泵，其特征在于，所述叶片设置为三组且规格相同，三组所述叶片关于所述叶轮(2)中心处环形阵列，且三组所述叶片相互之间的夹角设置120°。

3.根据权利要求2所述的一种高效抗汽蚀自吸离心泵，其特征在于，所述圆柱截面段(21)包括：连接端部(211)和圆柱连接部(212)，所述圆柱连接部(212)截面呈四分之一圆环，所述圆柱连接部(212)的圆心落在所述泵体(3)中心外径截面线上，所述连接端部(211)将所述圆柱连接部(212)与所述泵体(3)中心外径连接在一起。

4.根据权利要求3所述的一种高效抗汽蚀自吸离心泵，其特征在于，所述圆柱连接部(212)和所述连接端部(211)厚度相等。

5.根据权利要求4所述的一种高效抗汽蚀自吸离心泵，其特征在于，所述渐开扭曲曲线段(22)包括：渐开段(221)和叶轮外沿连接段(222)，所述渐开段(221)与所述圆柱连接部(212)固定连接且一体成型，所述渐开段(221)的内外两侧壁面曲率逐渐增大，所述渐开段(221)厚度自与所述圆柱连接部(212)连接处沿其延伸方向不断增大，所述叶轮外沿连接段(222)与所述渐开段(221)固定连接且一体成型，所述叶轮外沿连接段(222)两侧壁面曲率逐渐增大且与所述叶轮(2)外沿相切。

6.根据权利要求5所述的一种高效抗汽蚀自吸离心泵，其特征在于，所述泵体(3)包括：中心安装座(31)、增压室(32)和扩散口(33)，所述增压室(32)呈螺旋蜗壳状盘绕在所述中心安装座(31)外表面，所述增压室(32)水平截面呈渐开线，所述渐开线沿延伸方向曲率逐渐增大，所述扩散口(33)设置在所述增压室(32)末端。

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