CN114688095B - 一种立式管道多级离心泵的径向转轴向末级导叶 - Google Patents

一种立式管道多级离心泵的径向转轴向末级导叶 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于立式管道多级离心泵的径向转轴向末级导叶，包括：前盖板、后盖板、主叶片组以及分支叶片组；其中：所述前盖板、所述后盖板、所述主叶片组紧密贴合，并在重合的中心位置处具有贯穿的中心孔；所述前盖板边缘沿外周倒圆角；所述主叶片组包括多个主叶片，所述多个主叶片围绕中心孔沿圆周均布；所述分支叶片组包括多个分支叶片，每个所述多个分支叶片自每个所述主叶片上延伸；所述主叶片、相邻主叶片上的所述分支叶片以及前盖板一同限制出过流流道。本发明实现了当泵正常运转时，水流通过末级导叶可以直接过渡到出水筒，使得过流更加顺畅，可以明显减小水力损失，提升现有立式多级离心泵的效率。

Description

一种立式管道多级离心泵的径向转轴向末级导叶
技术领域
本发明涉及离心泵领域，特别涉及一种用于立式管道多级离心泵的径向转轴向末级导叶。
背景技术
管道多级离心泵由于其安装方便，占地面积小等优点，已广泛应用于生活供水，建筑消防等领域。根据其技术特点，研究该类泵的水力性能，有效提升其节能效果，对于推动我国节能事业的发展具有重要意义。其中导叶是离心泵的转能装置，作用是把叶轮甩出来的流体收集起来，使流体的流速降低，把部分速度能头转变为压力能头后再均匀地引入下一级或者经过扩散管排出。在多级离心泵中，导叶装入带有隔板的中段中。在立式管道多级离心泵中，从叶轮出来的液流往往靠末级导叶收集并输送至水泵出口，因此，对末级导叶设计总的要求是：尽可能保证收集和输送液体的过程中损失最小，并使液体均匀的进入水泵出水段。
现有立式管道多级泵的出水结构主要由密封体001、中段002、出水筒003，叶轮004，末级导叶005等零件组成（如图1所示）。末级导叶005包含正导叶和反导叶。反导叶直接紧靠在密封体的四条筋上，由密封体作轴向定位。对现有出水结构模型进行研究，可以发现，介质从叶轮流向末级导叶，经过了末级导叶的正导叶、反导叶，接着又流向密封体，此时介质与密封体上的筋板产生了撞击，形成了旋涡回流区域，消耗了大量流体能量，在整个过程中，流体需要经过多次转向才能从叶轮出口流至出水筒。现有技术主要存在的缺陷如下：
1) 液流从末级叶轮出来后需要经过末级导叶的正导叶、反导叶，还需要经过筋板和出水筒的转弯段，流道很长，且弯道较多，使得沿程损失和局部损失较大，降低泵效率；
2) 当液流从反导叶流出时，有一定的旋转速度分量，并会直接撞击在密封体和筋板上，从而产生漩涡回流区域，造成较大局部损失，导致效率偏低。
发明内容
本发明的目的：提供一种立式管道多级离心泵的径向转轴向末级导叶，使得泵在正常运转时，水流通过末级导叶直接过渡到出水筒，无需通过密封体的筋板和转弯段，所述末级导叶至少拥有以下优点：
省去了以下几种损失：
（一）撞击密封体筋板造成的局部损失；
（二）流道过长导致的沿程损失；
（三）弯道过多引起的局部损失。
经过上述改进，使得过流更加顺畅，提高了泵的水力性能。
实现上述目的的一种技术方案为：
一种用于立式管道多级离心泵的径向转轴向末级导叶，包括：前盖板、后盖板、主叶片组以及分支叶片组；其中：
所述前盖板、所述后盖板、所述主叶片组紧密贴合，并在重合的中心位置处具有贯穿的中心孔；
所述前盖板边缘沿外周倒圆角；
所述主叶片组包括多个主叶片，所述多个主叶片围绕中心孔沿圆周均布；
所述分支叶片组包括多个分支叶片，每个所述多个分支叶片自每个所述主叶片上延伸；
所述主叶片、相邻主叶片上的所述分支叶片以及前盖板一同限制出过流流道。
进一步地，所述过流流道包括：螺旋段、扩散段以及过渡段，其中：
所述螺旋段用于收集叶轮出流；
所述扩散段用于减小介质流速、增大介质压力；
所述过渡段用于将从扩散段出来的流体从径向转变为轴向，并引入至出水筒中。
进一步地，所述分支叶片由所述主叶片的中部一点背面延伸而出，并且垂直所述前盖板的外侧部位。
进一步地，所述前盖板、后盖板、主叶片组以及分支叶片组一体成形。
进一步地，所述扩散段的出口面积为进口面积的1.5～1.8倍。
进一步地，所述末级导叶安装于立式管道多级离心泵的中段上部，密封体安装于所述末级导叶上部，所述末级导叶与中段和密封体间均采用止口配合。
附图说明
图1为现有技术多级泵的结构示意图；
图2为现有末级导叶的结构示意图；
图3为本发明技术多级泵的结构示意图；
图4为本发明末级导叶的结构示意图；
图5a至图5c末级导叶的结构示意图；
其中：
001-现有立式管道多级泵的密封体
002-现有立式管道多级泵的中段
003-现有立式管道多级泵的出水筒
004-现有立式管道多级泵的叶轮
005-现有多级泵的末级导叶
1-末级叶轮
2-末级导叶
20-中心孔
21-前盖板
22-后盖板
23-主叶片组
231-第一主叶片
232-第二主叶片
24-分支叶片组
241-第一分支叶片
25-过流流道
3-中段
4-出水筒
5-密封体
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明提供了一种用于立式多级泵的径向转轴向末级导叶。如图3所示的末级导叶2，包含前盖板21、后盖板22、主叶片组23、分支叶片组24。主叶片组23包括沿圆周均布的多个主叶片，优选地，主叶片个数为5个。分支叶片组24包括多个分支叶片，每个分支叶片自每个主叶片上延伸，因此，分支叶片个数与主叶片个数相同。前盖板21和后盖板22分别固定在均匀分布的主叶片组、分支叶片组两侧，形成一过流流道25，通道前段为径向，并逐渐转为轴向，前盖板边缘沿外周倒圆角，圆角的大小应保证通道的过流面积变化均匀。
所述主叶片起始于贯穿前后盖板的中心孔20，中心孔内径即为导叶基圆直径D3，基圆直径D3与普通导叶取值方式相同。
末级导叶2的前盖板21、后盖板22、主叶片组23、分支叶片组24一体成形。优选地，材质为灰口铸铁。
为说明一个完整的过流流道的结构，以下以第一主叶片231、第二主叶片232、第一分支叶片241为例。
从第一主叶片231中部B点背面延伸出第一分支叶片241。第一分支叶片241垂直于前盖板21外侧部位，下部边缘与前盖板的凸边造型紧密贴合，且沿圆周均匀分布。
单个的第一主叶片231、从其延伸出的第一分支叶片241以及前盖板21限定了一个三角区域减轻腔。
相邻叶片限定出的空间，为导叶的过流流道25。每组过流流道25分为三个部分，以单个过流流道为例，其中：
第一主叶片231自中心孔一点A起，与中心孔外切线形成一角度，即为导叶进口安放角，进口安放角应符合流体的流动规律，具体计算时可采用常规导叶的计算公式；主叶片进口处厚度为出口处厚度的1/2～1/3，通道的A至B点形成螺旋线段部分，主要作用为收集叶轮出流，并将流体引入扩散段部分；
主叶片23的GF段、BC段和导叶前盖板21、后盖板22共同围成的过流流道25的扩散段，流体在该段中速度减小，压力增大。过渡段的进口面积定义为喉部面积，喉部面积为关键尺寸，大小可采用速度系数法确定，优选地，断面形状接近正方形，具体计算方法与常规导叶设计方法相同。在B点处，末级导叶2进口平面宽度a3和进口轴面宽度b3共同构成了喉部面积F3，计算公式为F3=a3×b3，如图4所示。在C点处，末级导叶2出口平面宽度a4和出口轴面宽度b4共同构成了扩散段出口面积F4，计算公式为F4=a4×b4。优选地，扩散段出口面积与进口面积比F4/ F3=1.5～1.8。确定扩散段长度L时，推荐扩散段长度L=（3～4）a3，从进口至出口需要保证扩散段的扩散角ψ，可按当量圆面积计算扩散角，扩散角ψ按以下公式计算：ψ=2arctan（（F4/π）^0.5-（F3/π）^0.5）/L,推荐的扩散角ψ=7°～10°。
如图5a至图5c所示，第二主叶片232的CD段、第一分支叶片241和前盖板21、后盖板22共同围成了过渡段CDEF。过渡段的作用是将从扩散段出来的流体从径向转变为轴向，并引入至出水筒中。末级导叶2装配在立式管道多级离心泵中的结构如图4所示，所述末级导叶2安装于中段3上部，末级导叶2上部安装有密封体5。末级导叶2与中段3和密封体间均采用止口配合。所述末级叶轮1安装于末级导叶2中心孔内，叶轮流道中心与末级导叶流道中心重合。
当泵工作时，介质从末级叶轮1流入末级导叶2，流动路径如下：流体自末级叶轮1流出后，首先进入螺旋线段部分A-B，螺旋线段部分A-B的作用是收集液流，其形状对性能影响较小，可在保证导叶进口的安放角的情况下采用圆弧形式；经A-B段后为一扩散段BCFG，介质通过BCFG段后压力增加，速度减小，部分速度能转化为压力能；通过BCFG段后，流入CDEF包围形成的过渡段，水流方向逐渐由径向转为轴向，在过渡段内流体通过末级导叶2的分支叶片组24基本消除了流动的旋转分量，最终通过末级导叶2出口进入出水筒4。与先前的结构相比，流动路径缩短，流动转向减少，有效降低了沿程损失和局部损失，提升了泵的效率。

Claims (1)

1.一种用于立式管道多级离心泵的径向转轴向末级导叶，其特征在于，包括：前盖板、后盖板、主叶片组以及分支叶片组；其中：
所述前盖板、所述后盖板、所述主叶片组紧密贴合，并在重合的中心位置处具有贯穿的中心孔；
所述前盖板边缘沿外周倒圆角；
所述主叶片组包括多个主叶片，所述多个主叶片围绕中心孔沿圆周均布；
所述分支叶片组包括多个分支叶片，每个所述多个分支叶片自每个所述主叶片上延伸；
所述主叶片、相邻主叶片上的所述分支叶片以及前盖板一同限制出过流流道；
其中所述过流流道包括：螺旋段、扩散段以及过渡段，其中：
所述螺旋段用于收集叶轮出流；
所述扩散段用于减小介质流速、增大介质压力；
所述过渡段用于将从扩散段出来的流体从径向转变为轴向，并引入至出水筒中；
所述分支叶片由所述主叶片的中部一点背面延伸而出，并且垂直所述前盖板的外侧部位；
所述前盖板、后盖板、主叶片组以及分支叶片组一体成形；
所述扩散段的出口面积为进口面积的1.5～1.8倍；
所述末级导叶安装于立式管道多级离心泵的中段上部，密封体安装于所述末级导叶上部，所述末级导叶与中段和密封体间均采用止口配合。
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