CN207349169U - 一种紧凑型液化天然气潜液泵导叶结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种紧凑型液化天然气潜液泵导叶结构，包括一级叶轮和二级叶轮，所述一级叶轮和所述二级叶轮之间设有导叶，所述导叶包括导叶体和若干导叶背叶片，所述导叶体的外缘上轴向均布若干导叶流道，所述导叶流道上的导叶流道进液口与所述一级叶轮流出的液体连通，所述导叶流道上的导叶流道出液口与相邻两个导叶背叶片构成的导叶背叶片流道进口连通，所述相邻两个导叶背叶片构成的导叶背叶片流道出口斜向延伸进所述二级叶轮的进口。本实用新型代替已有传统LNG潜液泵导叶，解决其水力损失大，对流道冲击较大，径向尺寸大，增高了整体制造成本，降低了整泵效率等技术缺陷。

Description

一种紧凑型液化天然气潜液泵导叶结构

技术领域

本实用新型涉及一种紧凑型液化天然气潜液泵导叶结构，属于液化天然气泵技术领域。

背景技术

清洁能源液化天然气LNG（liquefied natural gas），主要成分是甲烷，无色、无味、无毒且无腐蚀性 ，其体积约为同量气态体积的1/600。LNG作为天然气转变的另一种能源形式，是天然气储存和运输的有效方式，近年来得到了迅速的发展。而在液化天然气的转运、加注过程中，需要使用大量的 LNG 潜液泵，潜液泵是一种特种立式多级离心泵结构。

导叶是 LNG 泵的关键过流部件之一,导叶的主要作用是收集叶轮中甩出的液体,并将液体的动能转化为压能后输送至下一级吸入口或排出口，其性能的好坏对泵的性能有着重要的影响。根据结构特点的不同,现有的导叶主要有径向导叶、流道式导叶和空间导叶。径向导叶的正导叶和反导叶相互隔开,导叶出口的直径相比叶轮直径增大。但只有反导叶而没有正导叶的径向导叶虽然可以缩小径向尺寸,但匹配高转速叶轮时,由于甩出的液体圆周分速度较大,液体会直接进入反导叶从而产生堵塞导致水力性能降低。流道式导叶的工作效率较高,但设计和制造难度较大。空间导叶和流道式导叶类似,正反导叶合为一体,其轴向尺寸较大。由于 LNG 泵转速较高,且其泵体浸没在LNG液体容器中,紧凑的结构设计，和优良的性能特点对提高泵性能，节约泵装置安装空间和生产成本具有重要的意义。

经检索，目前国内对LNG潜液泵的导叶结构有了新的应用和改进，专利申请号201420609714.8《LNG潜液泵导叶》提出一种实用新型LNG潜液泵导叶，包括螺旋形导叶流道，过流孔和背叶片流道，实现了较平滑过流，但在过流能力上依旧不足，且径向尺寸较大，加大了整体尺寸，限制了整泵性能的发挥与提升，增高了制造成本。专利申请号201310548690.X《一种LNG潜液泵》提出一种一级导流盘，较好的增大了过流能力，减小了径向尺寸，但液体由导流盘前腔通过流道流入后腔时，在其方向转向时，会产生较大的冲击损失，而且后腔过大，减少了对液体的约束，使得在进入二级叶轮吸入口之前，液体流态变差，增加了漩涡产生的可能，增加了液体水力损失，同时又影响了二级叶轮的工作状态，增加了能量的损耗，降低了整泵的效率。

实用新型内容

为解决上述问题，本专利实用新型了一种紧凑型液化天然气潜液泵导叶结构，代替已有传统LNG潜液泵导叶，解决其水力损失大，对流道冲击较大，径向尺寸大，增高了整体制造成本，不利于后级叶轮性能的有效发挥，降低了整泵效率等技术缺陷。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种紧凑型液化天然气潜液泵导叶结构，包括一级叶轮和二级叶轮，所述一级叶轮和所述二级叶轮之间设有导叶，所述导叶包括导叶体和若干导叶背叶片，所述导叶体的外缘上轴向均布若干导叶流道，所述导叶流道上的导叶流道进液口与所述一级叶轮流出的液体连通，所述导叶流道上的导叶流道出液口与相邻两个导叶背叶片构成的导叶背叶片流道进口连通，所述相邻两个导叶背叶片构成的导叶背叶片流道出口斜向延伸进所述二级叶轮的进口。

上述方案中，所述导叶体呈圆盘形，所述导叶流道呈圆弧形，位于同一个圆周上，并且圆弧方向相同，所述导叶背叶片呈流线型。

上述方案中，所述导叶流道的截面从进口到出口截面面积线性增大，且各截面的形状近似正方形。

上述方案中，所述导叶体的外缘直径大于所述一级叶轮的出口直径。

上述方案中，所述导叶体的外缘直径与所述一级叶轮的出口直径的直径差为4-10mm。

上述方案中，所述导叶体上设有若干螺纹孔，所述导叶体通过螺钉连接在潜液泵的泵体上。

本实用新型的有益效果：与多级泵常用径向导叶相比，本实用新型无正导叶，通过特定的导叶结构将LNG潜液泵泵内工作腔分隔为前腔和后腔，在前腔内设有一级叶轮，后腔内设有二级叶轮，而在导叶体外缘上轴向均布若干圆弧形导叶流道，既将前后腔连通，又很好地收集了从一级叶轮甩出的液体，将动能有效地转换成压能，较大的减小了径向尺寸。又在导叶体背面设置有若干流线型导叶背叶片，降低了液体对流道的冲击，减小了后腔漩涡的形成，减小了水力损失，提高了过流效率。整个导叶结构较好的实现了液体从一级叶轮出口到二级叶轮进口的过渡，液体转变方向时能量损失小，降低了液流对流道的冲击，减少了液体水力损失，减少了能量的损耗，从而提高LNG潜液泵的效率，并且结构设计更加紧凑，更降低了整体制造成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型在LNG潜液泵上的一个实施例简图。

图2为本实用新型的后视图。

图3为本实用新型中导叶流道的圆周方向展开图。

图4为本实用新型的三维结构示意图。

图中，1为一级叶轮，2为螺钉，3为导叶，4为泵体，5为二级叶轮，3-1为导叶体，3-2为导叶流道，3-3为导叶流道出液口，3-4为导叶背叶片，3-5为螺纹孔，m,n,h为导叶流道的三个截面位置；a₃和b₃为导叶流道进口喉部的宽度和高度；a₄和b₄为导叶流道出液口喉部的宽度和高度；α₃、α₄、α₅、α₆分别为导叶流道进口安放角、导叶流道出液口出液角、导叶背叶片进口安放角、导叶背叶片出口安放角。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的紧凑型液化天然气潜液泵导叶3通过螺钉2固定在LNG潜液泵泵体4上，并将泵内工作腔分隔为前后腔，一级叶轮1设置在前腔，从一级叶轮1出口流出的液体，经过紧凑型液化天然气潜液泵导叶3，将动能转换成压能，又使得液体流动方向发生转换，被较好的引入相连于后腔的二级叶轮5中，实现了从一级叶轮1到二级叶轮5的过渡和能量的传递。

从一级叶轮1出口流出液体，与常用多级泵径向导叶不同，径向方向上没有正导叶，而是通过一种新型的导叶结构来收集液体，并实现能量转换，减小了径向尺寸，使得整体结构紧凑，节约了泵装置安装空间和生产成本。其中导叶结构如图4所示，导叶3包括圆盘形的导叶体3-1，若干圆弧形导叶流道3-2和若干流线型的导叶背叶片3-4，所述若干圆弧形导叶流道3-2轴向均布于导叶体3-1的外缘上，并且每个导叶流道都位于同一个圆周上，圆弧方向相同。所述导叶流道3-2的截面从进口到出口截面面积线性增加，且各截面的形状近似正方形。从所述一级叶轮1出口流出的液体通过所述导叶流道3-2上的导叶流道进液口进入导叶流道实现流道相连通，所述导叶流道3-2上的导叶流道出液口3-3与导叶背叶片3-4流道进口相连通，所述导叶背叶片3-4流道出口斜向延伸进所述二级叶轮5的进口。所述导叶体3-1的外缘直径大于所述一级叶轮1的出口直径，考虑到泵的效率及运行稳定，最优的直径差为4-10mm。所述导叶体3-1上设有若干螺纹孔3-5，所述导叶体3-1通过螺钉2连接在潜液泵的泵体4上。

其中，所述导叶体在外缘上轴向布置导叶流道，而在正面没有设有正导叶，较大的减小了导叶的径向尺寸，使得LNG潜液泵的整体结构更加紧凑，降低了整体制造成本。所述导叶流道设计为圆弧形，所有圆弧形方向相同，与一级叶轮的旋向相对应，且流道的数目也与一级叶轮的叶片数相适配，不与叶轮数相等或互为倍数，能很好的收集液体，将动能转换成压能，使一级叶轮甩出的液体很好且快速地流入流道，减少了水力损失。所述导叶流道轴向均布于同一圆周上，且导叶流道的截面从进口到出口线性增大，且导叶流道截面均近似为正方形，增强了液体的过流，有利于将液体动能转化为压能，并使得液体有较好的流态，从而减少水力损失。所述导叶流道出液口，将导叶流道与导叶背叶片流道相连通，并使得液体能够较平滑的过渡，减小了液体对流道的冲击，降低了能量的损耗。所述导叶背叶片与导叶流道具有同等数目，成流线型，较好的将从导叶流道出液口流出的液体引入二级叶轮，实现了较好的引流效果，有利的消除了液体的旋转分量，减少了后腔漩涡的形成，减小了水力损失，有利于导叶过流效率的提高。

实施例一：如图2所示，导叶流道3-2为圆弧形，均布于导叶体3-1的外缘同一圆周上，根据从一级叶轮1出口流出液体按照ν_uR=K(速度矩保持不变）规律流动的特性，设计得导叶流道进口安放角α_3，使液体光顺地进入流道，减少冲击。液体经由导叶流道出液口3-3进入导叶背叶片流道，导叶流道出液口3-3与导叶背叶片3-4位置相近，出液角度α₄与导叶背叶片进口安放角α₅均按速度矩保持不变的规律设计得到，以此使得液体更好地流入导叶背叶片流道，减小了冲击损失，降低了能量损耗。如图3所示，导叶流道3-2从进口到导叶流道出液口3-3为渐扩结构。m,n,h三个截面位置的导叶流道截面面积依次成线性增加，使得进入导叶流道3-2的液体动能逐渐降低，压能逐渐增高，达到降速增压的效果，正方形截面的设计，增强了导叶流道3-2的过流能力，减小了水力损失。由速度系数法确定导叶流道进口喉部面积F₃（F₃=a₃b₃）,取a₃=b₃；导叶流道出液口喉部面积F₄（F₄=a₄b₄），取a₄=b₄，实现正方形截面的设计。m,n,h导叶流道截面面积依次线性增加，设计所得扩散角度可在6°～10°范围内，实现较好的降速增压效果。导叶背叶片3-4数目与导叶流道3-3数目相同，与导叶流道出液口3-3相对应，成流线型，根据结构工艺加厚，角度变化均匀，几何形状更为符合液流流动趋势，减少了导叶流道内产生旋涡的可能，且消除液体旋转分量，降低了水力损失，有利于导叶过流效率的提高。导叶背叶片出口安放角α₆要尽可能大，接近80°左右，并有一部分出口叶片斜向伸入二级叶轮5进口，以便减小液流的圆周速度分量，使得液体能以更好的流态进入二级叶轮5,有利于二级叶轮5性能的有效发挥，提高效率。导叶体3-1上均布3个螺纹孔3-5，通过螺钉2连接于LNG潜液泵泵体4，限制整个导叶的径向和周向运动，达到固定作用。

本实施例的导叶结构将LNG潜液泵泵内工作腔分隔为前腔和后腔，在前腔内设有一级叶轮，后腔内设有二级叶轮，而在导叶体外缘上轴向均布若干圆弧形导叶流道，既将前后腔连通，又很好地收集了从一级叶轮甩出的液体，将动能有效地转换成压能，导叶体正面没有设置与多级泵常用径向导叶一样的正导叶，较大的减小了径向尺寸。又在导叶体背面设置有若干流线型导叶背叶片，降低了液体对流道的冲击，减小了后腔漩涡的形成，减小了水力损失，提高了过流效率。较好的实现了液体从一级叶轮出口到二级叶轮进口的过渡，液体转变方向时能量损失小，降低了液流对流道的冲击，减少了液体水力损失，减少了能量的损耗，从而提高LNG潜液泵的效率，并且结构设计更加紧凑，更降低了整体制造成本。

Claims (6)

1.一种紧凑型液化天然气潜液泵导叶结构，包括一级叶轮(1)和二级叶轮(5)，所述一级叶轮(1)和所述二级叶轮(5)之间设有导叶(3)，其特征在于，所述导叶(3)包括导叶体(3-1)和若干导叶背叶片(3-4)，所述导叶体(3-1)的外缘上轴向均布若干导叶流道(3-2)，所述导叶流道(3-2)上的导叶流道进液口与所述一级叶轮(1)流出的液体连通，所述导叶流道(3-2)上的导叶流道出液口(3-3)与相邻两个导叶背叶片(3-4)构成的导叶背叶片流道进口连通，所述相邻两个导叶背叶片(3-4)构成的导叶背叶片流道出口斜向延伸进所述二级叶轮(5)的进口。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型液化天然气潜液泵导叶结构，其特征在于，所述导叶体(3-1)呈圆盘形，所述导叶流道(3-2)呈圆弧形，位于同一个圆周上，并且圆弧方向相同，所述导叶背叶片(3-4)呈流线型。

3.根据权利要求2所述的一种紧凑型液化天然气潜液泵导叶结构，其特征在于，所述导叶流道(3-2)的截面从进口到出口截面面积线性增大，且各截面的形状近似正方形。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种紧凑型液化天然气潜液泵导叶结构，其特征在于，所述导叶体(3-1)的外缘直径大于所述一级叶轮(1)的出口直径。

5.根据权利要求4所述的一种紧凑型液化天然气潜液泵导叶结构，其特征在于，所述导叶体(3-1)的外缘直径与所述一级叶轮(1)的出口直径的直径差为4-10mm。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种紧凑型液化天然气潜液泵导叶结构，其特征在于，所述导叶体(3-1)上设有若干螺纹孔(3-5)，所述导叶体(3-1)通过螺钉(2)连接在潜液泵的泵体(4)上。