一種雙流道超空化離心泵葉輪的製作方法
2023-05-31 01:15:21 1
本發明涉及一種離心泵的葉輪的設計方法,特別涉及一種雙流道超空化離心泵葉輪水力設計方法。
背景技術：
隨著不斷發展的工農業，在化工、礦山、食品、建築、造紙等諸多行業的工業流程中，都需要大量輸送含有固體顆粒懸浮物或者纖維狀懸浮物液體的雙流道離心泵。該離心泵主要由泵殼、葉輪、電機等部件組成，而葉輪是葉片泵最核心的水力部件，也是唯一的動元件，葉輪的幾何參數對離心泵性能影響很大，因此葉輪對離心泵的水力效率和水力性能具有重要影響。
雙流道離心泵的葉輪由兩個呈空間扭曲的通道組成，從葉輪中心的進口到出口，通道要求寬敞、圓滑、介質通過能力強、流道對稱性好、運行平穩、可靠性高，因而對雙流道離心泵葉輪的超空化性能的要求也越來越高。
現有技術的雙流道離心泵葉輪的水力設計並沒有涉及到葉片超空化減阻，很大程度上還是主要依賴於葉輪本身的材料的減阻性能，造價較高，與現在倡導的節約型社會的目標相悖。如今雙流道離心泵是流體機械中的一個熱門領域，僅僅依靠改造原有的水力設計方法無法實現葉片超空化減阻的目標，因此本發明人在此提出了一種雙流道超空化離心泵葉輪，可以將空化很好的利用，並在一定的程度上達到減阻增效的目的。
專利號為201310638000.x號的中國發明專利中公開了一種基於多目標遺傳算法的雙流道泵優化方法，這種設計方法將湍流計算同優化算法相結合，通過優化算法尋找雙流道泵結構參數的最優解，並沒有給出超空化減阻的葉輪設計方法。專利號為201110349413.7號的中國發明專利公開了一種帶粉碎功能雙流道泵的雙流道葉輪設計方法，在該發明專利中，發明人給出了葉片主要幾何參數外徑、出口寬度、進口直徑和葉片包角的設計公式的結構設計方法，此設計方法夠改善流動情況，提高雙流道泵的揚程和效率，及運行可靠性。但是此專利幾個幾何參數沒有給出具體參數的設計，只是一個大體的取值範圍，更多的還是依靠經驗設計，並且也沒有提出葉片超空化的減阻模型。
針對上述存在的缺陷，本發明人發明了「一種雙流道超空化離心泵葉輪」，不僅給出了雙流道離心泵葉輪葉片超空化的設計方法，還在一定程度上解決了雙流道離心泵葉片減阻增效的作用，因而改善了雙流道離心泵性能失穩的問題，增強了雙流道離心泵的可靠性，在一定程度上提高了雙流道離心泵的水力效率，延長泵的使用壽命和維修周期。
發明目的
隨著我國經濟的快速發展和全球能源的日益減少，如何節約能源已成為人們越來越關注的問題。目前國內對於泵類產品的需求量很大，每年發電量的20％～25％都會消耗在泵類產品上。如何實現雙流道離心泵在保證水力效率高的同時，進一步提高其穩定性能以及介質通過性，已經成為當前雙流道離心泵發展的緊迫問題。因此本發明的目的在於讓雙流道離心泵的葉輪葉片出現超空化，減小泵的摩擦阻力損失，在一定程度上增強雙流道離心泵的可靠性，提高泵水力效率，增長泵的壽命和維修周期，以減少檢修人員的工作量。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明提供了一種雙流道超空化離心泵葉輪設計方法。通過改善葉輪葉片等幾個重要幾何參數，改善流動情況，提高雙流道離心泵水力效率和穩定性能。
實現上述目的所採用的技術方案是：
1.該雙流道離心泵葉輪，主要由葉片(1)、葉輪前蓋板(2)、葉輪後蓋板(3)組成，其主要特徵是：改造普通離心泵的葉片(1)的幾何結構，採用螺旋狀雙葉片結構，並改造葉片進口前緣與葉片背面前段的幾何形狀，使葉片背面能夠被穩定的長超空泡覆蓋，同時能夠讓固體顆粒物順利無阻通過葉輪，不對葉片的外緣造成破壞，有效的提高葉輪的效率和水力性能，使離心泵能夠穩定運行。其葉片的主要特徵是：具有兩片包角為180°的螺旋狀葉片，採用雙葉片葉輪能夠提升葉輪葉片的工作面長度，能對進入葉輪內部的流體的做功效率提高，具有較好的吸入性能，因為進口導向和螺旋推進作用，從而提高泵的通過性能和水力效率。
2.葉片進口前緣採用圓潤的圓形過度形狀，在雙流道超空化離心泵運行過程中時，液體中存在的固體顆粒能夠順暢無阻的通過葉片前緣，不改變流動的方向，不發生堵塞，達到流動平穩和不損壞葉片的要求，可運用在運輸含顆粒物及纖維物質的液體的環境下。在葉片前緣端點繞著吸入口旋轉45°為葉片前緣後端點，在葉片前緣後端點徑向位置附近，設計一個深凹槽c，深凹槽c中產生初始空穴，之後初始空穴生長長大為一個長形的超空泡覆蓋於葉片背部。使得葉片在運行過程中只有工作面與液體之間的單邊摩擦，可以減小葉片的摩擦阻力，從而提高雙流道超空化離心泵的效率。
3.單葉片背面圍繞吸入口的曲線方程為
式中：
ln—葉片背面圍繞吸入口的曲線方程，單位m，
dx—葉輪吸入口直徑，單位m，
θ1—葉片背面曲線上的點相對於起點的夾角，取值範圍為0°～135°，單位：度。
4.葉片工作面圍繞吸入口的曲線方程為
式中：
lw—葉片工作面圍繞吸入口的曲線方程，單位m，
θ2—葉片工作面曲線上的點相對於起點的夾角，取值範圍為0°～180°，單位：度。
dx—葉輪吸入口直徑，單位m，
根據上述步驟，可以得到一種相對系統的、精確的雙流道離心泵超空化葉輪主要參數的設計方法。
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是雙流道離心泵葉輪的平面圖。
圖2是雙流道離心泵葉輪的軸面圖。
圖中(1)流道
具體實施方式
本發明主要是通過對雙流道離心泵葉輪結構的改變來改善葉片超空化性能，達到葉輪流道減阻增效的作用。
此實施例是在給定原有雙流道離心泵葉輪的基礎上，對葉輪的葉片結構以及形狀進行了改進：
圖1和圖2共同確定了本實施例：
1.葉片工作面圍繞吸入口的曲線方程為
單葉片背面圍繞吸入口的曲線方程為
2.葉片進口前緣採用圓潤的圓形過度形狀，在雙流道超空化離心泵運行過程中時，液體中存在的固體顆粒能夠順暢無阻的通過葉片前緣，不改變流動的方向，不發生堵塞，達到流動平穩和不損壞葉片的要求，可運用在運輸含顆粒物及纖維物質的液體的環境下。在葉片前緣端點繞著吸入口旋轉45°為葉片前緣後端點，在葉片前緣後端點徑向位置附近，設計一個深凹槽c，深凹槽c中產生初始空穴，之後初始空穴生長長大為一個長形的超空泡覆蓋於葉片背部。使得葉片在運行過程中只有工作面與液體之間的單邊摩擦，可以減小葉片的摩擦阻力，從而提高雙流道超空化離心泵的效率。
3.其葉片的主要特徵是：具有兩片包角為180°的螺旋狀葉片，採用雙葉片葉輪能夠提升葉輪葉片的工作面長度，能對進入葉輪內部的流體的做功效率提高，具有較好的吸入性能，因為進口導向和螺旋推進作用，從而提高泵的通過性能和水力效率。
本發明採用改造雙流道離心泵葉輪結構的設計方法，使泵葉輪葉片可以實現超空化，讓空泡覆蓋到整個葉片，達到減小阻力，並在一定程度上提高其水力效率和穩定性，具有良好的經濟效益，符合節約型社會的要求。
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。