CN203404124U - 一种低比转数叶轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低比转数叶轮及其叶片设计方法，前后盖板均为圆盘结构，叶片形式采用圆柱和扭曲相结合方法进行设计，即工作面（4）或者背面（5）其中一面采用后弯式圆柱叶片形式，另一面采用后弯式扭曲叶片形式，符合流体运动规律，减小水力损失，提高低比转数离心泵的效率；靠近前盖板的进口边叶片厚度2-3mm，而靠近后盖板的进口边叶片厚度5-7mm，有利于提高砂型铸造拔模精度，同时可堵塞部分进口流道，从而减小了叶片进口排挤系数，有利于提高低比转数离心泵的无过载特性。本实用新型可应用于高效无过载低比转速叶轮设计领域。

Description

一种低比转数叶轮

技术领域

本实用新型属于离心泵领域，具体涉及一种高效、无过载的低比转数离心泵叶轮相关技术。 

背景技术

低比转数离心泵因其流量小、扬程高的性能特性，广泛应用于国民经济的农业排灌、城市供水、矿山、石油和石化等各个领域。低比转数离心泵一般指比转数为30～80的离心泵，其叶轮外径大，叶片出口宽度小，所以流道长而窄，通常采用易于拔模的圆柱叶片形式；圆盘摩擦损失及水力损失较大，泵的效率低，是工业领域耗能的设备之一。而且泵在系统中的运行稳定性不高，在大流量区运行易产生过载现象，缩短泵的使用寿命。 

目前，低比数泵叶轮通常采用圆柱叶片形式，便于铸造加工，然而泵的水力效率偏低，易发生过载现象；若采用扭曲叶片形式，泵的效率较高，但不利于铸造加工。关于提高低比数离心泵的效率、无过载性能以及铸造加工工艺，还没有针对叶轮叶片结构的设计方法。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低比转数叶轮，以提高低比转速离心泵水力效率、满足无过载特性，同时便于铸造加工。 

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案如下： 

一种低比转数叶轮，叶轮采用闭式结构，包括前盖板（1）、后盖板（2）和叶片（3），其特征在于：叶片（3）的工作面（4）和背面（5）之中，一面为后弯式圆柱型，另一面为后弯式扭曲型。 

靠近前盖板（1）的进口边叶片厚度为2-3mm，靠近后盖板（2）的进口边叶片厚度为5-7mm。 

根据低比转数离心泵的设计参数，对所述叶轮的叶片几何尺寸进行计算，包括如下步骤： 

步骤一，计算比转数 

n_s=30-80，属于低比转数离心泵的范畴； 

n为叶轮转速，单位是r/min； 

Q为设计点的流量，单位是m³/h； 

H为设计点的扬程，单位是m； 

步骤二，要满足无过载的要求，因此取出口安放角β₂＝13～18°； 

步骤三，叶轮外径D₂是影响扬程的主要参数，再根据设计经验适当加大并圆整D₂，即取D₂计算结果的整数部分加1或2后作为D₂；k_D2为叶轮外径修正系数，取1.021～1.175； 

步骤四，因为选取了较小的叶片出口安放角β₂，为了获得较光顺的叶片型线，以增加流体控制能力和避免流道扩散严重，同时也可扩大泵的高效区，根据设计过程中方格网上型线的调整，取包角

步骤五，在叶轮无过载设计中，由于β₂较小、包角

较大，取叶片数z=5～6； 

步骤六，对叶片进行绘型：叶片圆柱面是根据单流线进行方格保角变换绘制成圆柱式，叶片的扭曲面是根据三流线进行方格保角法绘制成扭曲式； 

步骤七，对叶片进行加厚：在靠近前盖板叶片进口边厚度设计为2～3mm，靠近后盖板叶片进口边厚度设计为5～7mm，叶片出口边宽度为4～5mm。 

本文实用新型的有益效果是：本实用新型通过对叶轮叶片的结构形式进行改进设计，叶片设计采用圆柱和扭曲相结合的形式，不仅易铸造，而由于进口边宽度比一般低比数离心泵的进口边要大，在一定程度上阻塞流道，减小了进口过流断面面积，有利于水力效率的提高，且同时满足了低比转数离心泵的无过载特性。背面设计为扭曲式，可以改善叶轮内部流动分布，有利于提高扬程和效率。 

附图说明

图1为低比转数离心泵叶轮结构示意图； 

图2为叶片结构示意图； 

图中：1前盖板；2后盖板；3叶片；4工作面；5背面。 

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。 

实施例一： 

如图1所示叶轮及其叶片的结构形式，属于闭式叶轮。叶片3的工作面4和背面5之中，一面为后弯式圆柱型，另一面为后弯式扭曲型。图2展示了设计方案中叶片的背面5是扭曲式，进口边靠近前盖板的厚度较小的情形。根据低比转数离心 泵的性能参数后，对叶轮的几何参数进行计算，从而确认叶轮叶片数、空间流线以及叶片厚度。靠近前盖板1的进口边叶片厚度为2- 

3mm，靠近后盖板2的进口边叶片厚度为5-7mm。 

实施例二： 

根据某一台低比转数离心泵的设计参数Q=30m³/h，H=49m，n=2900r/min，对叶轮几何尺寸进行计算，包括如下步骤： 

（1）计算比转数 

$n_s=\frac{3.65n\sqrt{Q}}{H^{3/4}}=\frac{3.65\×2900\×\sqrt{30/3600}}{{49}^{3/4}}=53,$ 属于低比转数离心泵的范畴。 

n为叶轮转速，单位是r/min； 

Q为设计点的流量，单位是m³/h； 

H为设计点的扬程，单位是m； 

（2）根据以往设计经验，综合考虑无过载性能和高效率，取β₂＝15°。 

（3）叶轮外径D₂是影响扬程的主要参数，因无过载设计中选取较小的β₂等，计算得D₂=208.2mm再根据设计经验适当加大并圆整D2，取D₂=209mm。 

（4）因为选取了较小的叶片出口角β₂，为了获得较光顺的叶片型线，以增加流体控制能力和避免流道扩散严重，同时也可扩大泵的高效区。根据设计过程中方格网上型线的调整，取包角φ=l40°。 

（5）在无过载叶轮设计中，由于β₂较小、包角

较大，取叶片数Z=5。 

（6）对叶片进行绘型。叶片工作面根据单流线进行方格保角变换绘制圆柱式，叶片的背曲面根据三流线进行方格保角法进行绘制扭曲式。 

（7）对叶片进行加厚。在靠近前盖板叶片进口边，厚度为2.5mm，靠近后盖板叶片进口边，厚度为7mm。叶片出口边宽度为4mm。 

实施例三： 

根据某一台低比转数离心泵的设计参数Q=24m³/h，H=32m，n=2900r/min，对叶轮几何尺寸进行计算，包括如下步骤： 

（2）计算比转数 

$n_s=\frac{3.65n\sqrt{Q}}{H^{3/4}}=\frac{3.65\×2900\×\sqrt{24/3600}}{{32}^{3/4}}=64.2,$ 属于低比转数离心泵的范畴。 

n为叶轮转速，单位是r/min； 

Q为设计点的流量，单位是m³/h； 

H为设计点的扬程，单位是m； 

（2）根据以往设计经验，综合考虑无过载性能和高效率，取β₂＝13°。 

（3）叶轮外径D₂是影响扬程的主要参数，因无过载设计中选取较小的β₂等，计算得D₂=153.3mm再根据设计经验适当加大并圆整D₂，取D₂=155mm。 

（4）因为选取了较小的叶片出口角β₂，为了获得较光顺的叶片型线，以增加流体控制能力和避免流道扩散严重，同时也可扩大泵的高效区。根据设计过程中方格网上型线的调整，取包角φ=l50°。 

（5）在无过载叶轮设计中，由于β₂较小、包角

较大，取叶片数Z=5。 

（6）对叶片进行绘型。叶片工作面根据单流线进行方格保角变换绘制圆柱式，叶片的背曲面根据三流线进行方格保角法进行绘制扭曲式。 

（7）对叶片进行加厚。在靠近前盖板叶片进口边，厚度为2mm，靠近后盖板叶片进口边，厚度为5mm。叶片出口边宽度为4mm。 

实施例四： 

根据某一台低比转数离心泵的设计参数Q=15m³/h，H=20m，n=2900r/min，对叶轮几何尺寸进行计算，包括如下步骤： 

（3）计算比转数 

$n_s=\frac{3.65n\sqrt{Q}}{H^{3/4}}=\frac{3.65\×2900\×\sqrt{15/3600}}{{20}^{3/4}}=72.3,$ 属于低比转数离心泵的范畴。 

n为叶轮转速，单位是r/min； 

Q为设计点的流量，单位是m³/h； 

H为设计点的扬程，单位是m； 

（2）根据以往设计经验，综合考虑无过载性能和高效率，取β₂＝18°。 

（3）叶轮外径D₂是影响扬程的主要参数，因无过载设计中选取较小的β₂等，计算得D₂=122mm，再根据设计经验适当加大并圆整D2，取D₂=124mm。 

（4）因为选取了较小的叶片出口角β₂，为了获得较光顺的叶片型线，以 增加流体控制能力和避免流道扩散严重，同时也可扩大泵的高效区。根据设计过程中方格网上型线的调整，取包角φ=l20°。 

（5）在无过载叶轮设计中，由于β₂较小、包角较大，取叶片数Z=6。 

（6）对叶片进行绘型。叶片背面根据单流线进行方格保角变换绘制圆柱式，叶片的工作曲面根据三流线进行方格保角法进行绘制扭曲式。 

（7）对叶片进行加厚。在靠近前盖板叶片进口边，厚度为2.5mm，靠近后盖板叶片进口边，厚度为7mm。叶片出口边宽度为5mm。 

本实用新型的工作过程为：水从叶轮进口进入，在旋转的叶片作用下，获得能量，并流到叶轮出口。 

Claims (2)

1.一种低比转数叶轮，叶轮采用闭式结构，包括前盖板（1）、后盖板（2）和叶片（3），其特征在于：叶片（3）的工作面（4）和背面（5）之中，一面为后弯式圆柱型，另一面为后弯式扭曲型。

2.一种如权利要求1所述的低比转数叶轮，其特征在于：靠近前盖板（1）的进口边叶片厚度为2-3mm，靠近后盖板（2）的进口边叶片厚度为5-7mm。

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