CN112696356B - 一种具有等量分流蜗壳及可拆卸分流叶片的离心泵 - Google Patents

一种具有等量分流蜗壳及可拆卸分流叶片的离心泵 Download PDF

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Abstract

本发明属于离心泵设计领域，具体公开了一种具有等量分流蜗壳及可拆卸分流叶片的离心泵，包括蜗壳和叶轮，所述蜗壳的倾斜隔板将蜗壳分隔为内蜗室和外蜗室，两个蜗室等量出流；所述蜗壳的螺旋段进口为变宽度进口；所述叶轮为半开式叶轮，包括叶轮后盖板(7)、长叶片，并可安装不同设计参数的可拆卸分流叶片，所述分流叶片具有底板，底板通过螺钉固定于叶轮后盖板上。本发明提供的离心泵蜗壳设置倾斜隔板，在非设计工况条件能有效的减小叶轮径向力，等量出流的隔板设计使出口处隔板两侧工质流速均匀。可拆卸替换的分流叶片设计能实现根据实际工况决定是否使用分流叶片以及使用何种参数分流叶片，以达到最佳工作效能。

Description

一种具有等量分流蜗壳及可拆卸分流叶片的离心泵
技术领域
本发明属于离心泵设计领域，特别指一种具有等量分流蜗壳及可拆卸分流叶片的离心泵。
技术背景
低比转速离心泵由于其流量小、扬程高而被广泛应用于农业排灌、石油化工、冶金及航空航天等诸多领域输送小流量高扬程工质。但目前主要使用的仍为常规的单蜗室泵，随着各领域的不断发展，对低比转速离心泵的技术要求越来越高。双蜗室离心泵不仅具备普通低比转速离心泵流量小、扬程高的特点，还在非设计工况条件有效的减小叶轮径向力小、提高扬程及效率高及运行稳定。等量出流的倾斜隔板设计使出口处隔板两侧工质流速均匀，减小水力损失，提高运行稳定性。
分流叶片的使用可以降低流道的扩散，减小脱流和边界层分离，从而进一步提高扬程，或在相同扬程条件下减小叶轮直径，减小能耗，提高效率。可拆卸替换的分流叶片实现了可根据实际工况决定是否使用分流叶片以及使用何种参数的分流叶片，以达到最佳效果。
发明内容
为了提高低比转速离心泵扬程、效率，减小非设计工况条件叶轮径向力，降低流道的扩散，减小脱流和边界层分离，提高运行稳定性而提出本发明。
为达到以上目的，采用如下技术方案：
一种具有等量分流蜗壳及可拆卸分流叶片的离心泵，包括：等量分流蜗壳及具有可拆卸分流叶片的叶轮；
所述等量分流蜗壳包括：倾斜隔板、隔舌、变进口宽度螺旋段和扩散段；
所述叶轮包括：后盖板、长叶片、可拆卸分流叶片及替换叶片；
等量分流蜗壳倾斜隔板位于所述变进口宽度螺旋段内，隔板倾角μ＝15°～25°；
等量分流蜗壳隔舌位于所述变进口宽度螺旋段内部，隔舌安放角
Figure BDA0002835263570000011
式中：k1—系数，k1＝0.93～1.69；
ns—比转速，ns＝30～80。
等量分流蜗壳变进口螺旋段位于所述扩散段前段，该段蜗壳进口宽度b3满足：
Figure BDA0002835263570000012
式中：D3—基圆直径；
δ—以基圆圆心为原点，与水平方向所成夹角；
Figure BDA0002835263570000013
—隔舌安放角；
kD2—叶轮出口直径D2修正系数；
kb2—叶轮出口宽度b2修正系数。
等量分流蜗壳扩散段位于变进口螺旋段后段，扩散段扩散角λ＝k2ns/10，扩散段长度L＝k3D3cosθ，
式中：k2—系数，k2＝1.07～4.62；
k3—系数，k3＝1.22～1.3。
叶轮为半开式叶轮，长叶片、可拆卸分流叶片及替换叶片均为直叶片，长叶片在叶轮圆周方向上均匀分布，可拆卸分流叶片及替换叶片均固定在分流叶片底板上，可通过螺钉固定于后盖板上相邻长叶片形成的流道中；
所述可拆卸分流叶片周向偏置度为θ’＝0.6～0.7θ，θ为两相邻长叶片之间夹角，分流叶片偏转角α’＝-10°～10°，分流叶片进口直径D’＝0.5～0.7D2，D2为叶轮出口直径。
所述叶轮后盖板具有与分流叶片底板形状相同的凹槽及相同位置、数量的螺纹孔，可与分流叶片底板相配合并通过螺钉固定。
以基圆圆心为坐标原点，倾斜隔板的曲线方程满足：
f(x)＝1.6[1-cos(4.23×10-6x)-9.1×10-3sin(4.23×10-6x)]D3×106；
倾斜隔板截面形状满足双曲线方程，起始位置为自隔舌绕基圆旋转180°处，终止位置为自倾斜隔板起始点旋转180°处。倾斜隔板起始端圆角半径Rc1和末端的圆角半径Rc2、隔舌圆角半径Rt均满足：
Figure BDA0002835263570000023
倾斜隔板将蜗壳分割为内蜗室和外蜗室，内蜗室第Ⅰ'至第Ⅳ'断面高度h满足以下关系式：
Figure BDA0002835263570000021
外蜗室截面高度与截面面积之间的关系为：
Figure BDA0002835263570000022
式中：h—内蜗室断面高度；
H—外蜗室断面高度；
r—内蜗室断面圆角半径；
R—外蜗室断面圆角半径；
γ—蜗室截面倾角。
本发明的有益效果在于：
(1)离心泵蜗壳设置倾斜隔板，在非设计工况条件能有效的减小叶轮径向力，等量出流的隔板设计使出口处隔板两侧工质流速均匀。
(2)可拆卸替换的分流叶片设计能实现根据实际工况决定是否使用分流叶片以及使用何种参数分流叶片，以达到最佳工作效能。
附图说明
图1为本发明等量分流蜗壳示意图；a-蜗壳平面图；b-蜗壳断面图；
图2为本发明具有可拆卸分流叶片的半开式叶轮示意图；
图3为本发明蜗壳叶轮装配示意图；
图4为传统方法(a)和本发明方法(b)的泵出口速度云图对比图。
图中：1蜗壳，2叶轮，3倾斜隔板，4隔舌，5螺旋段，6扩散段，7后盖板，8长叶片，9分流叶片，10底板，11螺钉，12内蜗室，13外蜗室。
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所示，一种具有等量分流蜗壳及可拆卸分流叶片的离心泵，其比转速ns＝48，离心泵包括蜗壳和置于蜗壳内部的叶轮两个主要部分，基圆直径D3＝348mm，蜗壳的倾斜隔板将蜗壳分隔为内、外蜗室两个蜗室，倾斜隔板的曲线方程为：f(x)＝1.6[1-cos(4.23×10-6x)-9.1×10-3sin(4.23×10-6x)]D3×106，隔板倾角μ＝15°～25°，均匀变化，隔板起始位置为自隔舌绕基圆旋转180°处，终止位置为自倾斜隔板起始点旋转180°处。隔板起始端圆角半径Rc1和末端的圆角半径Rc2、隔舌圆角半径Rt均满足：Rc1＝Rc2＝Rt＝4.5mm。
倾斜隔板将蜗壳分割为内蜗室(13)和外蜗室(14)，内蜗室第Ⅰ'至第Ⅳ'断面高度h满足关系式：
Figure BDA0002835263570000031
外蜗室截面高度与截面面积之间的关系为：
Figure BDA0002835263570000032
蜗壳的隔舌的安放角
Figure BDA0002835263570000033
蜗壳的螺旋段进口宽度随位置变化：
Figure BDA0002835263570000034
所述蜗壳的扩散段扩散角λ＝10°，长度L＝370mm；
所述叶轮为半开式叶轮，叶轮出口直径D2＝330mm，可安装可拆卸分流叶片，长叶片和分流叶片均为直叶片，数量均为6，各分流叶片通过3枚M3螺钉固定于叶轮后盖板上。
所述可拆卸分流叶片周向偏置度为θ’＝30°，分流叶片偏转角为α’＝5°，分流叶片进口直径D’＝230mm。
如图4所示，通过本发明等量出流的隔板设计，使出口处隔板两侧工质流速均匀。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种具有等量分流蜗壳及可拆卸分流叶片的离心泵，其特征在于，包括：等量分流蜗壳(1)及具有可拆卸分流叶片的叶轮(2)；
所述等量分流蜗壳包括：倾斜隔板(3)、隔舌(4)、变进口宽度螺旋段(5)、扩散段(6)、内蜗室(12)和外蜗室(13)；
所述具有可拆卸分流叶片的叶轮包括：后盖板(7)、长叶片(8)、可拆卸分流叶片(9)及底板(10)、螺钉(11)；
所述等量分流蜗壳倾斜隔板位于所述变进口宽度螺旋段内，隔板倾角μ＝15°～25°；
所述等量分流蜗壳隔舌位于所述变进口宽度螺旋段内，隔舌安放角
Figure FDA0003521046190000011
式中：k1—系数，k1＝0.93～1.69；
ns—比转速，ns＝30～80；
所述等量分流蜗壳变进口宽度螺旋段位于所述扩散段前段，该段蜗壳进口宽度b3满足：
Figure FDA0003521046190000012
式中：D3—基圆直径；
δ—以基圆圆心为原点，与水平方向所成夹角；
Figure FDA0003521046190000013
—隔舌安放角；
kD2—叶轮出口直径D2修正系数；
kb2—叶轮出口宽度b2修正系数；
所述等量分流蜗壳扩散段位于变进口宽度螺旋段后段，扩散段扩散角λ＝k2ns/10，扩散段长度L＝k3D3cosθ，
式中：k2—系数，k2＝1.07～4.62；
k3—系数，k3＝1.22～1.3；
所述叶轮为半开式叶轮，所述长叶片、可拆卸分流叶片均为直叶片，所述长叶片在叶轮圆周方向上均匀分布，所述的可拆卸分流叶片及替换叶片均固定在分流叶片底板上，可通过螺钉固定于后盖板上相邻长叶片形成的流道中；
所述可拆卸分流叶片周向偏置度为θ’＝0.6～0.7θ，θ为两相邻长叶片之间夹角；
分流叶片偏转角为α’＝-10°～10°，分流叶片进口直径D’＝0.5～0.7D2，D2为叶轮出口直径；
所述叶轮后盖板具有与分流叶片底板形状相同的凹槽及相同位置、数量的螺纹孔，可与分流叶片底板相配合并通过螺钉固定。
2.根据权利要求1所述的具有等量分流蜗壳及可拆卸分流叶片的离心泵，其特征在于，以基圆圆心为坐标原点，倾斜隔板的曲线方程满足：
f(x)＝1.6[1-cos(4.23×10-6x)-9.1×10-3sin(4.23×10-6x)]D3×106；
隔板起始位置为自隔舌绕基圆旋转180°处，终止位置为自倾斜隔板起始点旋转180°处；倾斜隔板起始端圆角半径Rc1和末端的圆角半径Rc2、隔舌圆角半径Rt均满足：
Figure FDA0003521046190000021
3.根据权利要求1所述的具有等量分流蜗壳及可拆卸分流叶片的离心泵，其特征在于：倾斜隔板将蜗壳分隔为内蜗室和外蜗室，内蜗室第Ⅰ'至第Ⅳ'断面高度h满足以下关系式：
Figure FDA0003521046190000022
外蜗室截面高度与截面面积之间的关系为：
Figure FDA0003521046190000023
式中：b3—蜗壳进口宽度；
h—内蜗室断面高度；
H—外蜗室断面高度；
r—内蜗室断面圆角半径；
R—外蜗室断面圆角半径；
γ—蜗室截面倾角。
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