一種礦用離心泵導葉的水力設計方法與流程
2023-09-12 16:41:15 4
本發明涉及一種離心泵主要過流部件的設計方法,特別涉及一種礦用離心泵導葉的水力設計方法。
背景技術：
離心式水泵由於其結構簡單，維修方便，使用範圍廣，因此被廣泛運用在煤礦排水系統中。礦用離心泵一般用來輸送固體顆粒含量不大於1.5％的中性礦水，粒度小於0.5毫米及類似的其他汙水中，被輸送介質的溫度一般不大於80℃，通常適用於鋼鐵廠、礦山排水和汙水輸送等場合。
為了防止發生事故的發生，礦場場面和井下必須要布置良好的排水設備，為了及時高效的排除礦井中的積水，必須安裝性能較好的多套排水泵，此時對排水泵的工作能力要求很高，必須要求安裝的排水泵能夠在儘可能短的時間內排出礦井中的積水。
目前的礦山用泵多為離心泵，離心泵的主要過流部件是葉輪和導葉，葉輪的主要作用是使流體有足夠的能量達到用戶要求的揚程，而導葉則是將液體動能轉換成壓能的過流部件，同時可以降低液流速度，消除液流從葉輪流出的旋轉運動，由此降低液流的水力損失，進而相應的提高泵的效率，因此導葉的作用是十分重要的。但是目前使用的礦用離心泵就導葉的水力設計而言，仍有許多可以改進的地方。由於工作環境的特殊性，輸送的液體中通常含有較多的泥沙和礦石顆粒等較大顆粒的物質，儘管有設備在液體流入水泵之前將顆粒物質過濾掉，但是難免會有無法過濾的混合物進入水泵中，造成泵內流道的磨損，同時影響泵的性能，造成效率降低，噪聲增大，運行不穩定等，進而縮短泵的使用壽命，造成一定的經濟損失。
現有專利號201410797350.5，名稱為「一種帶槽結構的徑嚮導葉及其設計方法」的專利提出：採用計算流體力學軟體ansyscfx14.5對徑嚮導葉進行定常數值模擬，得到導葉內全部流道的速度流線分布圖，以此來設計帶槽的徑嚮導葉；同時對帶槽的徑嚮導葉進行數值模擬，得到相應的速度流線分布圖，減小導葉工作面的漩渦區域，改善導葉內部流場分布，進而提高其過流能力。
現有專利號201510382897.3，名稱為「一種流道式導葉設計方法」的專利提出：在傳統流道式導葉設計的基礎上，應用安德森的面積比原理，以確定導葉進口寬度b3、導葉喉部寬度a3和導葉數z的方法，考慮了葉輪和導葉的匹配性，但是並沒有給出多級離心泵導葉基本參數的系統的、精確的設計方法。
針對上述存在的缺陷，本發明人發明了「一種礦用離心泵導葉的水力設計方法」，不僅給出了礦用離心泵導葉參數的精確的、系統的設計方法，還增強了礦用離心泵運行的穩定性和可靠性，提高了水力效率，延長了使用壽命和維修周期。
發明目的
目前，在煤礦採掘工作面使用的排水泵中，普遍使用的是多級清水離心泵，而輸送的液體中通常含有較多的泥沙和固體顆粒，過流部件的磨損嚴重，維修周期短，水泵過早報廢，不但增加了成本，還常常直接影響生產進度。因此過流部件的水力設計顯得尤其重要，而泵主要的過流部件是葉輪和導葉，現有的導葉的設計方法，理論設計與實際模型出入大，泵的水力損失較大，很難達到預想效果。本發明的目的在於提高礦用離心泵導葉運行的穩定性和可靠性，提高過流部件的過流能力和水力效率，增長泵的壽命和維修周期，減少檢修人員的工作量，在一定程度上提高經濟效益。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明提供了一種礦用離心泵導葉的水力設計方法。通過改善泵導葉的幾個重要參數的設計方法，提高了泵水力效率，增強了礦用離心泵運行的穩定性和可靠性，延長了使用壽命和維修周期。實現上述目的所採用的技術方案是：
(1)導葉基圓直徑d3，其計算公式如下：
式中：
d3——導葉基圓直徑，mm；
d2——葉輪出口直徑，mm；
ns——比轉速；
(2)導葉進口軸向寬度b3，其計算公式如下：
式中：
b3——導葉進口軸向寬度，mm；
b2——葉輪出口軸向寬度，mm；
ns——比轉速；
(3)導葉進口安放角α3，其計算公式如下：
α3＝arctan{[1.24+0.1995·cos(0.002719·ns)-0.3105·sin(0.002719·ns)]·tanα2′}(3)
式中：
α3——導葉進口安放角，弧度；
ns——比轉速；
α2』——葉輪出口絕對液流角，弧度；
(4)導葉喉部平面寬度a3，其計算公式如下：
式中：
a3』——導葉喉部平面寬度,mm；
ns——比轉速；
b3——導葉進口軸向寬度，mm；
z——導葉葉片數，個；
(5)導葉葉片數z根據經驗和工程實際，通常取6～8中的某一個值；
(6)導葉擴散段長度l，其計算公式如下：
式中：
l——導葉擴散段長度，mm；
ns——比轉速；
a3』——導葉喉部平面寬度，mm；
(7)導葉擴散段出口面積f4，其計算公式如下：
式中：
f4——導葉擴散段出口面積，mm2；
——導葉擴散角，弧度；
ns——比轉速；
b3——導葉進口軸向寬度，mm；
a3』——導葉喉部平面寬度，mm；
(8)導葉擴散角通常選取6°到10°之間的某一個值；
(9)導葉葉片入口厚度δ3，其計算公式如下：
式中：
δ3——導葉葉片入口厚度，mm；
ns——比轉速；
d3——導葉基圓直徑，mm；
(10)導葉出口直徑d4，其計算公式如下：
式中：
d3——導葉基圓直徑，mm；
d4——導葉出口直徑，mm；
ns——比轉速；
根據上述步驟，可以得到一種相對系統的、精確的礦用離心泵導葉的主要參數的設計方法。
通過上述計算方法確定礦用離心泵導葉的基圓直徑、導葉進口軸向寬度、導葉進口安放角、導葉葉片入口厚度、導葉喉部平面寬度、導葉葉片數、導葉擴散段長度和導葉擴散角等。該設計方法不同於傳統相似法與速度係數法，能降低水力損失，提高泵的水力效率，增強礦用離心泵運行的穩定性和可靠性，延長了使用壽命和維修周期。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明進一步說明。
圖1是礦用離心泵導葉的平面圖。
圖2是礦用離心泵導葉的軸面圖。
圖1中：3.d3；4.d4；5.a3；6.l。
圖2中：1.b4；2.b3。
具體實施方法
本發明通過以下幾個公式來確定礦用離心泵導葉的基圓直徑d3、導葉進口軸向寬度b3、導葉進口安放角α3、導葉葉片入口厚度δ3、導葉喉部平面寬度a3、導葉葉片數z、導葉擴散段長度l，導葉擴散角等的幾個參數。
此實施例是在給定設計工況流量q為243m3/h、設計工況揚程h為19m、比轉速ns為151，葉輪外徑d2為262mm、葉輪出口寬度b2為34mm，葉輪出口絕對液流角α2′為22°，導葉擴散角為8°，導葉葉片數為7，計算導葉水力參數：
α3＝arctan{[1.24+0.1995·cos(0.002719·ns)-0.3105·sin(0.002719·ns)]·tanα2′}≈30°
本發明採用精確公式進行導葉水力設計，提高泵運行的可靠性和穩定性，提高水力效率，同時延長了使用壽命和維修周期。由於本發明的設計方法不同於傳統的相似法和速度係數法，公式充分考慮了泵運行的實際的工作環境，因此可以帶來一定的經濟效益。
以上，為本發明專利參照實施例做出的具體說明，但是本發明並不限於上述實施例，也包含本發明構思範圍內的其他實施例或變形例。