CN216617988U - 一种低扬程泥泵叶轮 - Google Patents

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刘明明
胡京招
武永顶
王文魁
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Abstract

本实用新型涉及疏浚泥泵水力设计技术领域，一种低扬程泥泵叶轮，为一种悬臂式闭式离心叶轮,包括叶轮前盖板(1)、导流帽(2)、叶片组、叶轮后盖板(4)、轮毂(5)，所述叶轮前盖板(1)、导流帽(2)、叶片组、叶轮后盖板(4)、轮毂(5)围成构成了叶轮过流部分,其特征在于，叶片组为由特制叶片(3)构成，所述的叶片(3)为扭曲型叶片，叶片数为3个，圆周均布。采用该叶轮设计的泥泵扬程比通用叶轮降低20m，且效率达到86％，与采用管线缩口的实施效果相比，在短排距工况，单位能耗降低10％以上，有效减少柴油机驱动这类设备的燃油消耗，提高了挖泥船的施工经济性。

Description

一种低扬程泥泵叶轮
技术领域
本实用新型涉及疏浚泥泵水力设计领域，属于疏浚泥泵、流体力学等跨技术领域。
背景技术
泥泵是挖泥船的关键设备，当挖泥船的排泥管线长度(排距)发生变化时，尤其是短排距工况，泥泵流量过大会造成功率过载，目前挖泥船泥泵多为柴油机直接驱动，转速调节受到限制，只能在排口增加缩口来减小流量，但是增加缩口相当于增加了管阻，缩口相当于“消能器”，浪费了能量。如果通过更换叶轮，改变泥泵的外特性，即短排距时采用低扬程叶轮，进而提高泥泵在较短排距下的适应性，能有效降低挖泥船的施工油耗，节约成本，提高疏浚效益。
目前3500m3/h系列绞吸挖泥船在粉砂施工管线1公里-3公里，排出管路内径850mm，只能通过缩口来降低流速，缩口直径甚至仅300mm，大大增加了不必要的能耗，如能通过更换为低扬程专用泥泵叶轮来控制流速，代替采用缩口的流量调节方式，可以降低施工能耗，节约疏浚成本，提高该系列绞吸挖泥船在短排距工况施工的经济性。
发明内容
现有3500m3/h绞吸船舱内泥泵转速调节受限，在短排距工况的泥泵扬程过高、流量过大，为防止泥泵功率过载，不得不采用管线缩口来降低流量，但是缩口造成能耗浪费，为此本实用新型提供了一种低扬程的泥泵叶轮，采用该叶轮设计的泥泵扬程比原叶轮降低20m，且效率达到86％，与采用管线缩口的实施效果相比，在短排距工况，单位能耗降低10％以上，有效减少柴油机驱动这类设备的燃油消耗，提高了挖泥船的施工经济性。
本实用新型需要保护的技术方案是：一种低扬程泥泵叶轮，为一种悬臂式闭式离心叶轮，包括叶轮前盖板(1)、导流帽(2)、叶片组、叶轮后盖板(4)、轮毂(5)，它们相互之间的关系和各自功能已为公知，所述叶轮前盖板(1)、导流帽(2)、叶片组、叶轮后盖板 (4)、轮毂(5)围成构成了叶轮过流部分；本实用新型创新在于，即其特征在于；叶片组为由特制叶片(3)构成，所述的叶片(3)为扭曲型叶片，叶片数为3个，圆周均布，叶片厚度取值为60～90mm，叶片出口宽度B2为叶轮吸口直径D1的42.5％，叶轮流道通过最大球体直径为叶轮吸口直径D1的42％，叶片包角
Figure DEST_PATH_GDA0003494651780000011
取值140°～165°，且叶片后盖板(4)交线的包角比叶片前盖板(1)交线的包角大20°。
获得本实用新型上述结构，可通过以下方法设计获得：叶片型线方程由两部分组成，包括叶片与前盖板交线方程和叶片与后盖板交线方程：
叶片与前盖板交线方程，如下
Figure DEST_PATH_GDA0003494651780000021
叶片与后盖板交线方程，如下
Figure DEST_PATH_GDA0003494651780000022
其中，r1为叶轮吸口半径，单位mm；θ为叶片在圆周方向的角度，叶片前盖板交线进口为起始20°，叶片后盖板交线进口为起始0°，叶片出口为终点
Figure DEST_PATH_GDA0003494651780000023
为叶片包角，rs(θ) 和rh(θ)分别为前盖板交线和后盖板交线上任一点到叶轮中心的距离，单位mm。
所述的设计方法，其特征在于，
Figure DEST_PATH_GDA0003494651780000024
为140-165°。
所述的设计方法，其特征在于，
Figure DEST_PATH_GDA0003494651780000025
为155°。
附图说明
图1为本实施例叶轮轴面投影图。
图2为本实施叶片型线图。
图3为三维叶轮零件图，1-前盖板，2-导流帽，3-叶片，4-后盖板，5-轮毂。
图4为叶轮水体流道三维图以及通过球径图。
图5为双壳泥泵三维装配图，6-泵壳，7-耐磨衬板，8-大盖，9-前盖，10-叶轮，11-叶轮吸口防磨环，12-外壳，13-轴承筒组件，14-泵轴，15-轴承座。
图6为本实施例(
Figure DEST_PATH_GDA0003494651780000026
为155°)泥泵清水性能对比曲线1(流量-扬程)
图7为本实施例(
Figure DEST_PATH_GDA0003494651780000027
为155°)泥泵清水性能对比曲线2(流量-功率)
图8为本实施例(
Figure DEST_PATH_GDA0003494651780000028
为155°)泥泵清水性能对比曲线3(流量-效率)
具体实施方式
本实用新型泥泵叶轮，为一种低扬程泥泵叶轮，应用于绞吸挖泥船短排距施工。
本实用新型低扬程泥泵叶轮组装应用:
实施应用时，为了设计得到低扬程、低功率的高效泥泵，通过采用本实用新型的悬臂式闭式离心叶轮以降低泥泵扬程，泥泵内腔可以由本实用新型悬臂式闭式离心叶轮及单流道泵壳组成，内部的叶轮及外部的泵壳均采用高铬铸铁铸造而成。泵轴与叶轮轮毂通过螺纹连接，叶轮吸口有防磨环，吸口处有防磨衬套，叶轮与泵盖间有防磨衬板。泵壳由衬板、泵盖支撑并固定，泵壳流道断面形状为圆角矩形，泵壳流道宽度值取叶轮流道宽度与叶轮前后盖板厚度值以及叶轮盖板与耐磨衬板的间隙值之和，叶轮前后盖板厚度值取50-60mm，叶轮盖板与耐磨衬板的间隙值取3-5mm，泵壳的内、外缘均为螺旋线型。
其中，被组装的本实用新型的泥泵叶轮叶片，设计成扭曲型叶片，叶片型线降低了扬程，提高了泥泵效率，本实用新型泥泵叶轮能够解决短排距工况下泥泵流量过大而功率过载的问题，减少燃油消耗，避免能耗浪费。
由本实用新型组成而成的泥泵具有耐磨、高效率，清水效率可以达到86％；在短排距工况，与管线缩口方案相比，本实用新型节能10％以上，提高了施工经济型，给企业带来了明显的效益提升。
下面结合附图对本实用新型产品及应用效果进行试验说明：
图1和图2所示，叶轮流道轴面投影和叶片型线，叶片(3)数为3，叶轮外径D2为2504mm，叶轮吸口直径D1为900mm，叶轮流道出口宽度B2为叶轮吸口直径D1的42.5％，即叶轮流道出口宽度B2为382.5mm，叶片包角
Figure DEST_PATH_GDA0003494651780000031
取155°，根据方程(1)和方程(2)计算得到叶片型线坐标如下表。叶片由前盖板交线rs(θ)和后盖板交线rh(θ)放样后，向叶轮外缘方向加厚80mm。
θ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 155
r<sub>s</sub>(θ) 407 439 474 511 552 595 642 693 748 807 871 936 1006 1076 1147 1217 1252
r<sub>h</sub>(θ) 511 546 582 622 663 708 755 806 860 936 1006 1076 1147 1217 1252
图3所示，叶轮的过流部分由叶轮前盖板1、导流帽2、叶片3和叶轮后盖板4、轮毂5围成，且前述五个部分为一体铸造。叶片3为扭曲型叶片，叶片数为三个，叶轮流道通过最大球体直径为叶轮吸口直径的42％。
图4所示，本实用新型叶轮的最大通过球体直径为图1中叶轮吸口直径D1的42％，即 378mm。
泵壳流道宽度值取叶轮流道宽度与叶轮前后盖板厚度值以及叶轮盖板与耐磨衬板的间隙值之和，叶轮前、后盖板厚度值取60mm，叶轮前、后盖板与耐磨衬板的间隙值取4mm，即泵壳流道宽度值取510.5mm。
本实用新型叶轮10，应用组装入的泵构造，如图5所示。
图5所示，泵构造包括泵轴14、叶轮10、泵壳6、外壳12、前盖9、大盖8。泵轴14 与叶轮10通过螺纹连接，叶轮10与叶轮吸口防磨环11通过螺栓连接，叶轮10位于泵壳6 以及耐磨衬板7组成的腔体内，泵壳6通过螺栓固定在外壳12上，泵壳6与外壳12之间的腔体充满高压水已平衡泥泵流道内的压力，叶轮10与前盖9和外壳12间有耐磨衬板7，耐磨衬板7通过螺栓和前盖9和外壳12连接，前盖9通过螺栓连接在大盖8上，大盖8通过螺栓连接在外壳12上，泵轴14位于轴承筒13内部，轴承筒13固定在轴承座15上，且轴承座15通过螺栓与外壳7连接，轴承座15和外壳12通过螺栓固定在船体甲板上。
图6、图7、图8所示，其中虚线为短排距本实施例叶轮，实线为原通用叶轮，经过数值模拟仿真得到本实用新型泥泵的性能曲线，流量11000m3/h，水力效率可达86％，通用叶轮的扬程80m，本实用新型的短排距叶轮扬程60m。经测试实践(表1)，在某疏浚工程，输送管线直径850mm，排距3km，根据本实用新型设计的叶轮减少了管线缩口的使用，有效避免了燃油浪费，在短排距工况实验的单位疏浚能耗降低了13.4％，施工180小时左右，节约燃油共计30吨，提高了挖泥船的施工经济性，具有较高的经济效益。
表1 更换叶轮前后各180小时生产资料统计对比
Figure DEST_PATH_GDA0003494651780000041
本领域对叶轮即泥泵的降耗设计，惯用的方法有切割叶轮、柴油机降低转速等；本领域公知，它们通常能改良达到的效果是疏浚能耗降低3％-5％。本实用新型最优实施例(
Figure DEST_PATH_GDA0003494651780000042
为 155°)13.4％疏浚能耗降低率，在本领域为罕见。
以上为本实用新型专利的具体说明，但本实用新型并不限于上述实施例，也包含本实用新型构思范围内的其他实施例或变形例。

Claims (1)

1.一种低扬程泥泵叶轮，为一种悬臂式闭式离心叶轮，包括叶轮前盖板(1)、导流帽(2)、叶片组、叶轮后盖板(4)、轮毂(5)，所述叶轮前盖板(1)、导流帽(2)、叶片组、叶轮后盖板(4)、轮毂(5)围成构成了叶轮过流部分，其特征在于，叶片组为由特制叶片(3)构成，所述的叶片(3)为扭曲型叶片，叶片数为3个，圆周均布，叶片厚度取值为60～90mm，叶片出口宽度B2为叶轮吸口直径D1的42.5％，叶轮流道通过最大球体直径为叶轮吸口直径D1的42％，叶片包角
Figure FDA0003246302390000011
取值140°～165°，且叶片后盖板(4)交线的包角比叶片前盖板(1)交线的包角大20°。
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