離心式渣漿泵圓柱型葉片的製作方法

2023-10-22 01:41:07 1

專利名稱：離心式渣漿泵圓柱型葉片的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種葉片，具體的說是離心式渣漿泵所用的圓柱型葉片。
背景技術：
離心式渣漿泵的葉片是重要的過流部件，它的結構是影響泵性能的關鍵所在。其中，葉片所對應的包角φ的取值大小，直接影響到葉片的磨損和泵效率的大小。國內外現有渣漿泵的葉片包角一般是參照泵的比轉數，靠經驗在75°-150°或者在85°-130°之間選取。由於該值的選取範圍較大，可操作性差，往往不能取得滿意的設計效果。取值過小，葉片能量將不能有效的傳遞給漿體，影響泵效率。反之，取值過大，則因流道過長，不但葉片的摩擦損失增加，而且還影響到泵的效率。

發明內容
本實用新型要解決的技術問題是，提供一種能有效克服現有技術不足，根據所設計泵的流量和揚程，以及泵送過程中固液兩相流動的規律，來確定離心式渣漿泵圓柱型葉片。
本實用新型為解決以上技術問題而採取的技術解決方案是該離心式渣漿泵圓柱型葉片，其工作面型線是一段變角螺旋線，它起始於半徑為r1的葉片入口圓，終止於半徑為r2的葉片出口圓，葉片的安放角由入口處A點的葉片入口安放角β1，按指定的規律變化為出口處B點的出口安放角β2。其特點是，該葉片從入口處A點到出口處B點所對應包角φ的取值範圍根據下式確定3ln(r2\r1)\(2tgβ1+tgβ2)＜φ＜2ln(r2\r1)\(tgβ1+tgβ2)----(1)式中r1-葉片入口半徑(mm) r2-葉片出口半徑(mm)β1-葉片入口安放角(度)β2-葉片出口安放角(度)φ-葉片包角(弧度)公式中所用的葉片入口安放角β1，葉片出口安放角β2，葉片入口半徑r1，葉片出口半徑r2，是根據泵的固液流動理論，和泵的流量與揚程通過計算，或者根據泵的固液流動理論、和泵的流量與揚程由經驗得到的。上式的取得，是通過以下將要敘述的方法得到的，以下將要敘述的方法的出發點是，渣漿泵的圓柱型葉片的工作面是一條由入口安放角β1逐漸變化成出口安放角β2的變角螺旋線，而曲線上的任一點的安放角β，按照β＝artg(dr\rdθ)的規律變化，其邊界條件是，極角θ＝0時，安放角β＝β1，θ＝φ時，安放角β＝β2，同時，所根據的公式排除了不符合固液兩相流動規律的部分，保留了符合固液兩相流動規律的部分。因此，根據所給出的上述公式計算得到的葉片包角φ，符合固液兩相流動損失最小的原則，最大限度的提高泵效率；其次，用公式計算法，替代了經驗取值法，選取範圍小，可靠性和可操作性強，可有效壓縮設計周期。因為，原來靠經驗確定包角值的方法，其選取範圍過大，而且在該範圍中有相當大的部分不符合固液兩相流動的規律要求；第三，在計算區間內的任一包角值，均能滿足泵內漿體流動的規律要求，而且在計算區間內的包角變化，其泵效率不產生明顯變化；第四，適用性強，本方法不僅適用於變角螺旋線法設計的圓柱型葉片，而且完全適用於採用多圓弧法設計的圓柱型葉片。因為，採用多圓弧法設計的圓柱型葉片，其型線與葉片變角螺旋線基本符合。
葉片包角φ取值公式的獲得方法。
渣漿泵的圓柱型葉片的工作面是一條由入口安放角β1逐漸變化成出口安放角β2的變角螺旋線(又稱葉片型線)，而曲線上的任一點的安放角β可以用下式表示，β＝artg(dr\rdθ)。因此，tgβ＝dr\rdθ------(2)式中β-葉片型線上任一點的安放角，其角度變化範圍是0°＜β2＜β＜β1＜90°它定義為葉片型線上任一點處圓的切線與型線在該點的切線之間的夾角。
r-極徑，它定義為葉片型線上任一點處的圓半徑。
θ-極角，它定義為從葉片入口到葉片型線上任意一點處所對應的圓心角(弧度)。
安放角β不同的變化規律將得到不同的曲線，為使安放角β的變化規律符合固液兩相流動規律要求，設安放角β的變化規律如下式tgβ＝aθk+b---------(3)引入兩個邊界條件，即θ＝0時，β＝β1，θ＝φ(葉片包角)時，β＝β2。
因此有b＝tgβ1a＝(tgβ2-tgβ1)\φkφ-葉片包角，它定義為從葉片入口到葉片出口之間，葉片型線所對應的圓心角(弧度)。
將a、b代入(3)式，得到反映安放角β變化規律的表達式tgβ＝(tgβ2-tgβ1)θk\φk+tgβ1------(4)將(4)式帶入(2)式，得到dr\rdθ＝(tgβ2-tgβ1)θk\φk+tgβ1，整理後得到dr\r＝[(tgβ2-tgβ1)θk\φk+tgβ1]dθ--(5)將(5)式兩邊分別積分，並引入邊界條件θ＝0時，r＝r1得到lnr＝θ(tgβ2-tgβ1)(θk\φk)\(k+1)+θtgβ1+lnr1lnr\r1＝θ[(tgβ2-tgβ1)(θk\φk)\(k+1)+tgβ1]令θ[(tgβ2-tgβ1)(θk\φk)\(k+1)+tgβ1]＝y，則，r＝r1ey---------(6)此即為安放角β以(4)式為變化規律的葉片變角螺旋線表達式。換言之，以(6)式為表達式的葉片螺旋線，其安放角β的變化規律符合(4)式的要求。下面對(4)式進行分析。參考


圖1所表示的安放角β變化態勢圖。(4)式中的β1、β2為先期計算值或者根據經驗的指定值，因此tgβ1、tgβ2可視為常數。β2、β1角的角度值及θ\φ的比值限定在以下範圍內。0°＜β2＜β1＜90°，0≤θ\φ≤1。由式(4)和
圖1可知當k＜0時，安放角β的變化不符合0°＜β2＜β1＜90°的設置條件，導致β1＜β2。這與離心式渣漿泵葉片設計的基本原則相牴觸。特別是當k＝-1時，將導致葉片變角螺旋線表達式(6)無意義。
當k＝0時，β成等角變化，β＝β2當0＜k＜1時，隨著θ的增大，β開始變化較快而後逐漸變慢，呈現出由快到慢的變化態勢。而隨著k由0→1，這種態勢逐漸接近線性變化。
當k＝1時，β呈線性變化，在葉片入口處，β＝β1，隨著葉片向出口延伸，β線性減小，在葉片出口處β＝β2。
當1＜k＜2時，β開始偏離線性變化。隨著θ角的增大，β呈現出由慢到快的變化態勢，快慢變化的區域分布及幅度相對均勻。而隨著k由1→2，這種由慢到快的變化態勢逐漸得到加強。
當k＞2時，β繼續呈現由慢到快的變化態勢，但快、慢變化的區域分布及幅度極不協調，較快變化區域的出現嚴重滯後，以致使當θ接近φ時，其變化幅度過於激烈，這是我們不希望出現的情況。
由以上分析可知，只有當1＜k＜2時，β的變化才最符合泵送過程中固液兩相流動規律的要求。在該條件下，葉片入口處，安放角β的變化較慢，以適應入口處漿體相對逆向流動的情況。隨著葉片向出口延伸，安放角β的變化逐漸加快，以適應出口處漿體相對順向流動的情況。
若將(6)式兩邊分別取對數，即得到lnr\r1＝θ[(tgβ2-tgβ1)(θk\φk)\(k+1)+tgβ1]引入邊界條件，θ＝φ時，r＝r2，上式成為lnr2\r1＝φ(tgβ2-tgβ1)\(k+1)+φtgβ1因此有k＝φ(tgβ2-tgβ1)\[lnr2\r1-φtgβ1]-1 -----(7)由(7)式可知k是由β1、β2、r1、r2和φ共同決定的，而β1、β2、r1、r2都已先期計算或者指定完畢。因此，在式(7)中，k是φ的函數。對於一個確定的φ值，必然有一個k值與其對應。反之，對於一個k值，必然有一個φ值與其對應。
對應於0＜k＜1時，可有3ln(r2\r1)\(2tgβ1+tgβ2)＜φ＜2ln(r2\r1)\(tgβ1+tgβ2) --(1)這就是本專利確定包角φ的計算公式(1)。
該公式充分體現了比轉數對包角的影響。因為，一般來講，不同的比轉數對應著不同的r2\r1。另外，式中兩邊的分子項還在一定程度上確定了包角區間的位置。
圖面說明

圖1-本實用新型所述葉片的安放角β變化態勢示意圖圖2-本實用新型所述葉片包角取值公式中各種參數的圖解示意圖圖3-本實用新型所述葉片的流道平面投影結構圖圖4-圖3的側視圖具體實施方式
以下結合附圖，給出本實用新型的實施例，用來進一步說明技術解決方案。
實施例1，參考
圖1到圖4。葉片入口安放角β1，葉片入口半徑r1，葉片出口安放角β2，葉片出口半徑r2，變角螺旋線(又稱葉片型線)1，葉片進口圓2，葉片出口圓3，變角螺旋線1的起始點A、終止點B，變角螺旋線1上任一點的安放角β，變角螺旋線1上任一點的極角θ，葉片包角φ，極徑r，極角θ等參數的圖解示意圖如圖2所示。欲設計一個250LZ-680型泵葉輪，它的流量Q＝900m3\h、揚程H＝37m。根據已知公式計算，葉片入口安放角β1＝38°，葉片入口半徑r1＝125mm，葉片出口安放角β2＝18°，葉片出口半徑r2＝340mm。將以上數據帶入所給出的計算公式(1)，得到的葉片包角φ角度範圍是90.2°-103.7°(此角度範圍是由弧度乘以57.3度得到的)。由此看出，葉片包角φ的取值範圍明顯得到壓縮。在實際設計中，取葉片包角φ＝102°，該葉輪泵的實際效率η＝75.8％，超過國家標準規定的A級產品0.8個百分點。在其它參數相同的情況下，比原設計的葉片包角φ＝110.5°渣將泵的泵效率提高了3個百分點。該實施例葉片的結構參考圖3和圖4，由圖3看出，在該實施例中，葉片為四個，沿圓周均勻排列。
同理，根據本實用新型給出的技術解決方案，還可以給出因葉片入口安放角β1，葉片入口半徑r1，葉片出口安放角β2，葉片出口半徑r2不同，並符合固液兩相流動規律，及所設定泵的流量和揚程的葉片。
權利要求1.一種離心式渣漿泵圓柱型葉片，其工作面型線是一段變角螺旋線，它起始於半徑為r1的葉片入口圓，終止於半徑為r2的葉片出口圓，葉片的安放角由入口處A點的葉片入口安放角β1，按指定的規律變化為出口處B點的出口安放角β2，其特徵是，該葉片從入口處A點到出口處B點所對應包角φ的取值範圍根據下式確定3 ln(r2\r1)\(2tgβ1+tgβ2)＜φ＜2ln(r2\r1)\(tgβ1+tgβ2)式中r1-葉片入口半徑(mm)r2-葉片出口半徑(mm)β1-葉片入口安放角(度) β2-葉片出口安放角(度)φ-葉片包角(弧度)
專利摘要本實用新型公開了一種葉片，具體的說是離心式渣漿泵所用的圓柱型葉片。它的結構是，其工作面型線是一段變角螺旋線，它起始於半徑為r
文檔編號F04D7/00GK2635958SQ03270878
公開日2004年8月25日 申請日期2003年8月29日 優先權日2003年8月29日
發明者陳九泰, 李建軍, 孫厚江 申請人:煙臺海港機械廠