CN114483595B - 渣浆泵用准环形压水室水力设计方法和渣浆泵压水室 - Google Patents

渣浆泵用准环形压水室水力设计方法和渣浆泵压水室 Download PDF

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Abstract

本发明涉及矿山用流体机械，提供了一种渣浆泵用准环形压水室水力设计方法，包括步骤S1：选取压水室的若干断面位置；S2：第1断面与第i断面之间选取圆弧线型光滑连接，所述第i断面与第n断面之间选取螺旋线型光滑连接；S3：选取安放角
Figure DDA0003432651310000011
设置隔舌。本发明还提供一种采用本发明渣浆泵用准环形压水室水力设计方法形成的渣浆泵压水室。本发明渣浆泵用准环形压水室水力设计方法，改善固体颗粒在压水室内部流动状态，减少隔舌处磨损，提高效率，延长使用寿命。

Description

渣浆泵用准环形压水室水力设计方法和渣浆泵压水室
技术领域
本发明涉及矿山用流体机械，具体地，涉及一种渣浆泵用准环形压水室水力设计方法。另外，本发明还涉及一种渣浆泵压水室。
背景技术
渣浆泵主要应用于矿山选矿工艺中的磨机出料浆体输送，旋流器给矿、浮选和精尾矿输送等领域。由于渣浆泵输送的浆体中含有大量固体颗粒，造成渣浆泵过流部件磨损严重，渣浆泵的效率下降，使用寿命短，维护检修成本高。
压水室是渣浆泵核心的水力部件，其作用是将叶轮甩出的流体收集，并实现动能向压力能的转换。离心式渣浆泵一般采用介于螺旋线和环形之间的压水室，即准环形压水室或准螺旋形压水室（以下统称准环形压水室），兼顾考虑了颗粒通过能力、磨损和效率等因素。但是，由于渣浆泵输送固体颗粒直径大，浓度高，准环形压水室局部区域的磨损问题依旧严重。
现有技术中，为降低渣浆泵压水室的磨损，提高使用寿命，一般都采用双壳体的形式，在金属压水室内腔设计可更换的橡胶护套，利用橡胶材料的高耐磨性和自身的弹性变形，吸收固体颗粒的动能和冲击，实现减小磨损的目的。在上述技术基础上，为了提高橡胶护套的强度，现有技术还会对隔舌和断面整体进行了加厚，但是，同时也增加了护套的材料成本和泵体的体积。
因此，本发明提供一种渣浆泵用准环形压水室水力设计方法，以解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种渣浆泵用准环形压水室水力设计方法，改善固体颗粒在压水室内部流动状态，减少隔舌处磨损，提高效率，延长使用寿命。
另外，本发明还提供一种渣浆泵压水室，该渣浆泵压水室具有优秀的抗磨损能力和运行可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明渣浆泵用准环形压水室水力设计方法包括如下步骤：
S1：选取压水室的若干断面位置；
S2：第1断面与第i断面之间选取圆弧线型光滑连接，所述第i断面与第n断面之间选取螺旋线型光滑连接；其中，所述第1断面高度为H1，所述第i断面高度为Hi，所述第n断面高度为Hn，所述圆弧线的半径为
Figure SMS_1
，所述螺旋线线型起始于所述第i断面，终止于所述第n断面，所述螺旋线起始半径为/>
Figure SMS_2
，终止半径为/>
Figure SMS_3
， D3为所述压水室的基圆直径；第i断面与第n断面之间的夹角为/>
Figure SMS_4
，i从2至n-1中选取；
S3：选取安放角
Figure SMS_5
设置隔舌，其中，/>
Figure SMS_6
为所述隔舌对应的第0断面与所述第n断面之间的夹角，/>
Figure SMS_7
大于所述第n断面至所述第1断面之间的夹角。
优选地，步骤S1中，将所述压水室分为相邻断面之间夹角为45°的8个断面，所述断面形状为矩形、圆形或梯形。
具体地，所述断面形状为矩形，断面倒圆半径R与断面高度H的比值
Figure SMS_8
，，其中，K取值范围为0.4~0.6。
更具体地，所述断面倒圆半径R包括断面前倒圆半径RF和断面后倒圆半径RB，其中，
Figure SMS_9
。
具体地，步骤S2中，所述第8断面高度H8通过所述第8断面面积F8和所述断面形状计算得出，
Figure SMS_10
其中，RF8为所述第8断面的所述断面前倒圆半径，RB8为所述第8断面的所述断面后倒圆半径，
Figure SMS_11
为浆体质量浓度，Q为渣浆泵设计流量，单位为m3/s，v3为压水室断面平均速度，单位为m/s，b3为压水室宽度，单位为mm。
具体地，所述第i断面高度Hi通过所述第i断面面积Fi和所述断面形状计算得出，
Figure SMS_12
其中，RFi为所述第i断面的所述断面前倒圆半径，RBi为所述第i断面的所述断面后倒圆半径。
具体地，所述第1断面高度H1与所述第i断面高度Hi的比值
Figure SMS_13
，以计算所述第1断面高度H1，其中，/>
Figure SMS_14
取值范围为0.7-1。
具体地，所述隔舌的安放角
Figure SMS_15
。
具体地，在步骤2中，
Figure SMS_16
的取值范围为45°~270°。
进一步地，本发明提供一种渣浆泵压水室，包括压水室，所述压水室采用上述技术方案中任一项所述的渣浆泵用准环形压水室水力设计方法形成。
通过上述方案，本发明的有益效果如下：
本发明渣浆泵用准环形压水室水力设计方法采用的压水室型线由圆弧线和螺旋线两段弧线相切组成，在具有环压水室的优秀通过能力、径向力和磨损性的同时，还兼具螺旋形压水室的高效率，且优化隔舌安放角，有效的减少叶轮外周流动的不均匀性，降低振动和噪声，提高效率，延长使用寿命。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明渣浆泵用准环形压水室水力设计方法的流程图；
图2是渣浆泵用准环形压水室主视图；
图3是图2中A-A处断面图。
附图标记说明
Figure SMS_17
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。
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“设置”、“连接”等应做广义理解，例如，连接可以是直接连接，也可以是通过中间媒介进行间接的连接，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间连接件间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，在未作相应说明的情况下，采用的方位词“顺时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，所接触的仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；对于本发明的方位术语，应当结合实际安装状态进行理解。
本发明提供了一种渣浆泵用准环形压水室水力设计方法，参见图1，具体步骤如下：
S1：选取压水室的若干断面位置；
S2：第1断面1与第i断面之间选取圆弧线型光滑连接，所述第i断面与第n断面之间选取螺旋线型光滑连接；
其中，所述第1断面1高度为H1，所述第i断面高度为Hi，所述第n断面高度为Hn，所述圆弧线的半径为
Figure SMS_18
，所述螺旋线线型起始于所述第i断面，终止于所述第n断面，所述螺旋线起始半径为/>
Figure SMS_19
，终止半径为/>
Figure SMS_20
， D3为所述压水室的基圆直径；第i断面与第n断面之间的夹角为/>
Figure SMS_21
，i从2至n-1中选取；
S3：选取安放角
Figure SMS_22
设置隔舌9，其中，/>
Figure SMS_23
为所述隔舌9对应的第0断面0与第n断面之间的夹角，/>
Figure SMS_24
大于所述第n断面至所述第1断面1之间的夹角。
压水室型线由圆弧线和螺旋线两段弧线相切组成，圆弧线型对应的压水室部位的断面面积相同，从而使断面的水流速度不同，水流存在冲击损失，可减轻对压水室过流部件的磨损；螺旋线型对应的压水室部位的断面面积均匀增大，水流流速相等，冲击损失小，将更多的动能向压能转换，以提高渣浆泵的效率，且将隔舌9设置在圆弧线型对应的压水室部位，以减少对隔舌9的冲击磨损，降低振动和噪声，延长使用寿命。
需要说明的是，参见图2，将断面投影至二维平面上形成射线，射线从基圆的圆心出发，在断面对应射线方向上，基圆外径加上断面高度得出断面所对应的点，将断面所对应的点按照上述技术方案中所述圆弧线和螺旋线连接方式以得出压水室型线，其中，隔舌9对应的第0断面0为从基圆的圆心出发，与隔舌9的头部轮廓相切的射线。
另外，参见图2，在压水室设计中，通常取8个彼此成45°的断面，即用8个断面切割压水室，作为优选实施方式，在步骤S1中，将压水室分为相邻断面之间夹角为45°的8个断面，则在步骤S2中，n为8，第1断面1与第i断面之间选取圆弧线型光滑连接，第i断面与第8断面8之间选取螺旋线型光滑连接。作为其它的具体实施方式，压水室可以选取9个断面、10个断面甚至更多断面，断面数量的选择不应对本发明渣浆泵用准环形压水室水力设计方法所保护范围造成限制。且为了方便理解，以下按照8个断面的优选实施方式进行说明。
具体地，在步骤S1中，还需选取断面形状，断面形状为矩形、圆形或梯形，断面形状是多样的，还可以为其它不规则形状。优选地，断面形状为矩形，参见图3，为了使浆体能够流动流畅，矩形断面需倒圆角，断面倒圆半径R与断面高度H的比值
Figure SMS_25
，其中，K取值范围为0.4~0.6。需要说明的是，断面倒圆半径R包括断面前倒圆半径RF和断面后倒圆半径RB，由于断面前倒圆部位和断面后倒圆部位的浆体流动状态不一致，因此，/>
Figure SMS_26
，具体大小关系根据具体的选矿条件和运行工况参数确定，在浆体对断面前倒圆部位造成的磨损比断面后倒圆部位严重时，/>
Figure SMS_27
，反之则/>
Figure SMS_28
。
具体地，在步骤S2中，第8断面8高度H8通过第8断面8面积F8和断面形状计算的出，先通过浆体质量浓度
Figure SMS_29
、渣浆泵设计流量Q（单位为m3/s）和压水室断面平均速度v3（单位为m/s）计算第8断面8面积F8，
Figure SMS_30
再通过第8断面8的断面形状得出面积的计算公式反推出第8断面8高度H8，参见图3，第8断面8的断面形状为矩形，第8断面8的断面前倒圆半径为RF8，第8断面8的断面后倒圆半径为RB8，压水室宽度为b3（单位为mm），
Figure SMS_31
其中，压水室宽度b3大于叶轮出口宽度b2，以使叶轮前、后盖板与压水室侧壁之间有足够的间隙，有利于回收部分圆盘损失功率。
具体地，第i断面高度Hi通过第i断面面积Fi和断面形状计算得出，先通过F8得出Fi，
Figure SMS_32
再通过第i断面的断面形状得出面积的计算公式反推出第i断面高度Hi，第i断面的断面形状为矩形，
Figure SMS_33
其中，RFi为第i断面的断面前倒圆半径，RBi为第i断面的所述断面后倒圆半径。作为优选实施例，参见图3，选取第4断面4为第i断面，则
Figure SMS_34
为180°，
Figure SMS_35
需要说明的是，断面形状是多变的，不同的断面形状得出的断面面积与断面高度之间的关系也不相同，上述断面面积与断面高度之间的式子仅作为采用矩形的断面形状时的一种具体实施方式。例如，在断面形状为圆形时，根据圆形的断面形状得出断面面积与断面高度之间的关系式；在断面形状为梯形时，根据梯形的断面形状得出断面面积与断面高度之间的关系式。
具体地，再通过第1断面1高度H1与第i断面高度Hi的比值
Figure SMS_36
，以计算第1断面1高度，其中，/>
Figure SMS_37
取值范围为0.7-1。
需要说明的是，基于将压水室分为相邻断面之间夹角为45°的8个断面的优选实施方式，参见图3，第8断面8与第1断面1之间的夹角为45°，隔舌9的安放角
Figure SMS_38
，隔舌9设置在第1断面1至第i断面之间，即使隔舌9设置在压水室圆弧线型型线部位，以减少浆体流动对隔舌9的磨损，且安放角/>
Figure SMS_39
，使隔舌9处间隙增大，有效的减少叶轮外周流动的不均匀性，降低振动和噪声，提高效率，延长使用寿命。
还需要说明的是，在步骤2中，
Figure SMS_40
的取值范围为45°~270°，即第i断面为第2断面2与第7断面7之间的任一断面，该任一断面不仅包含第2断面2、第3断面3、第4断面4、第5断面5、第6断面6和第7断面7，还包含相邻两个断面之间的断面，例如，第2断面2与第3断面3之间的断面，第3断面3与第4断面4之间的断面。
另外，在上述技术方案中，参加图2，
Figure SMS_41
为起始于第8断面8顺时针旋转终止于隔舌9对应的第0断面0形成的夹角，/>
Figure SMS_42
为起始于第i断面（图2中第i断面优选为第4断面4）顺时针旋转终止于第8断面8形成的夹角。
本发明还提供一种渣浆泵压水室，该渣浆泵压水室采用本发明渣浆泵用准环形压水室水力设计方法形成，考虑了渣浆泵的流动特性和磨损特点，有效改善固体颗粒在压水室内部流动状态，具有优秀的抗磨损能力和运行可靠性。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种渣浆泵用准环形压水室水力设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：选取压水室的若干断面位置，将所述压水室分为相邻断面之间夹角为45°的8个断面，所述断面形状为矩形；
S2：第1断面（1）与第i断面之间选取圆弧线型光滑连接，所述第i断面与第8断面（8）之间选取螺旋线型光滑连接；
其中，所述第1断面（1）高度为H1，所述第i断面高度为Hi，所述第8断面（8）高度为H8，所述圆弧线的半径为
Figure QLYQS_1
，所述螺旋线线型起始于所述第i断面，终止于所述第8断面（8），所述螺旋线起始半径为/>
Figure QLYQS_2
，终止半径为/>
Figure QLYQS_3
，D3为所述压水室的基圆直径；第i断面与第8断面（8）之间的夹角为/>
Figure QLYQS_4
，i从2至7中选取；
所述第8断面（8）高度H8通过所述第8断面（8）面积F8和所述断面形状计算得出，
Figure QLYQS_5
其中，RF8为所述第8断面（8）的断面前倒圆半径，RB8为所述第8断面（8）的断面后倒圆半径，
Figure QLYQS_6
为浆体质量浓度，Q为渣浆泵设计流量，单位为m3/s，v3为压水室断面平均速度，单位为m/s，b3为压水室宽度，单位为mm；
S3：选取安放角
Figure QLYQS_7
设置隔舌（9），其中，/>
Figure QLYQS_8
为所述隔舌（9）对应的第0断面（0）与所述第8断面之间的夹角，/>
Figure QLYQS_9
大于所述第8断面至所述第1断面（1）之间的夹角。
2.根据权利要求1所述的渣浆泵用准环形压水室水力设计方法，其特征在于，断面倒圆半径R与断面高度H的比值
Figure QLYQS_10
，
其中，K取值范围为0.4~0.6。
3.根据权利要求2所述的渣浆泵用准环形压水室水力设计方法，其特征在于，所述断面倒圆半径R包括断面前倒圆半径RF和断面后倒圆半径RB，其中，
Figure QLYQS_11
。
4.根据权利要求1所述的渣浆泵用准环形压水室水力设计方法，其特征在于，所述第i断面高度Hi通过所述第i断面面积Fi和所述断面形状计算得出，
Figure QLYQS_12
其中，RFi为所述第i断面的所述断面前倒圆半径，RBi为所述第i断面的所述断面后倒圆半径。
5.根据权利要求4所述的渣浆泵用准环形压水室水力设计方法，其特征在于，所述第1断面（1）高度H1与所述第i断面高度Hi的比值
Figure QLYQS_13
，以计算所述第1断面（1）高度H1，其中，
Figure QLYQS_14
取值范围为0.7-1。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的渣浆泵用准环形压水室水力设计方法，其特征在于，所述隔舌（9）的安放角
Figure QLYQS_15
。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的渣浆泵用准环形压水室水力设计方法，其特征在于，在步骤2中，
Figure QLYQS_16
的取值范围为45°~270°。
8.一种渣浆泵压水室，其特征在于，包括压水室，所述压水室采用权利要求1-7中任一项所述的渣浆泵用准环形压水室水力设计方法形成。
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