基於纖維懸浮流設計準則的紙漿泵離心開式葉輪的製作方法

2023-05-26 14:16:06

專利名稱：基於纖維懸浮流設計準則的紙漿泵離心開式葉輪的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種紙漿泵的葉輪，尤其涉及一種基於纖維懸浮流設計準則的紙漿泵 離心開式葉輪。
背景技術：
紙漿泵是造紙業的關鍵設備之一，它也是重要的耗能設備，一旦能夠改善效率，對 挖掘造紙流程節能潛力將很有利。紙漿泵的關鍵部件是葉輪，目前紙漿泵葉輪的各種設計方法中，採用加大流量法， 將傳輸紙漿的工況轉換為同揚程轉速下流量加大的清水設計。而通過修改清水泵葉輪設計 方案來近似紙漿泵葉輪，屬於半經驗式，到目前還沒有一組理論依據明確的計算公式來完 成相關參數的計算。參數的選擇和確定存在較大自由度，缺少充分的約束。第二種方法可 以採用相似換算法，換算需要有性能較好的模型機，所以，它的適用面有限。為克服現有的問題，作者通過對旋轉流道內纖維取向演變、附加應力分析，得到一 定程度內，能夠體現約束功能的計算公式。首先，纖維附加應力是纖維對流動作用的體現， 纖維存在對其附近微觀流動結構影響的表徵。從旋轉葉輪流道內的纖維附加應力分析計 算，我們得到具體的結構參數計算方法。由此，建立結構參數的計算公式。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基於纖維懸浮流設計準則的紙漿 泵離心開式葉輪。為實現上述發明目的，本發明所採用的技術方案如下一種基於纖維懸浮流 設計準則的紙漿泵離心開式葉輪，主要由輪轂和三個葉片組成，三個葉片按圓周均勻
分布在輪轂上並與輪轂一體形成，葉片出口直徑D2=60u2/πn，其中，葉輪出口的圓周速度formula see original document page 3為揚程，η為葉輪轉速，Ku2為葉輪出口圓周速度係數。出口寬度b2=Q/πD2TK2Vr2，其中，出口徑向速度P2=I2V^, Q為流體流量，L為出口葉片阻
塞係數屯2為葉輪出口徑向速度係數。葉片進口直徑formula see original document page 3其中，λ為速度均化係數，ξ為減速係數，TklS進口葉片阻塞係數，Tk2為出口葉片阻 塞係數，爐為洩露係數。葉輪進口直徑A = D1ZiK1其中，K1為葉輪進口直徑與葉片進口直徑比，葉片進口寬度b1=D1/4Tk1K12，為葉片進口角，β 2為葉片出口角，當量擴散度formula see original document page 3進一步地，所述葉輪出口圓周速度係數Ku2可為1.07，出口徑向速度係數Krf可取0.05，速度均化係數λ可取1.05 1. 1，減速係數ξ為0.65進口葉片阻塞係數95， 出口葉片阻塞係數Tk2為0. 9，洩露係數^為1. 1，葉輪進口直徑與葉片進口直徑比K1為0. 8， 葉片進口角P1可取20 30°，葉片出口角32為30°。本發明與現有技術相比，其有益效果是本發明適用於中低濃度的漿體輸送，能夠 更好地控制葉輪通道內的流動，提升紙漿的通過能力，提高葉輪的水力效率，其輸送效率明 顯優於當前廣為使用的普通紙漿泵。
具體實施例方式本發明基於纖維懸浮流設計準則的紙漿泵離心開式葉輪，主要由輪轂和三個葉片 組成，三個葉片按圓周均勻分布在輪轂上並與輪轂一體形成。根據設計流體流量Q、揚程H，葉輪轉速η，葉輪出口直徑D2和葉輪出口寬度b2按 如下公式計算formula see original document page 4
其中，葉輪出口的圓周速度CZ2 = Km^H，H為揚程，η為轉速由於纖維附加剪切應力的作用造成的流動損失，紙漿泵的理論揚程將適當加大，
因此，葉輪出口圓周速度係數Ku2可取1. 07。葉輪出口寬度formula see original document page 4其中，葉輪出口徑向速度formula see original document page 4 Q為流量，Tk2為出口葉片阻塞係數為提高紙漿的通過能力，並減小流體速度剪切造成的纖維附加作用，出口寬度應 取較大值，這樣，葉輪出口徑向速度係數Krt可取0. 05，或略小。由纖維懸浮流理論中，纖維附加應力與流動速度梯度相關的原理，進口剪切越小， 纖維對流動造成的阻塞越低，則有利於纖維懸浮流的通過性能。一個要求是均勻化程度高， 另一個是進口速度值要小。對於紙漿泵葉輪，對於以高效率為目標的紙漿泵葉輪，進口相對速度應控制到最 小，引入第一個約束條件進口減速約束，計算公式為葉片進口直徑符合formula see original document page 4
其中，速度均化係數λ可取1. 05 1. 1，減速係數ξ=0.65進口葉片阻塞係數Tkl = 0. 95出口葉片阻塞係數Tk2 = 0.9洩露係數少二 1.1公式中，24°為最佳的葉片平均進口角。葉輪進口直徑=Dj = D1A1其中，葉輪進口直徑與葉片進口直徑比=K1 = 0. 8
葉片進口寬度A 二識二2葉片進口角β ！可取20 30°葉片出口角β2= 30.0°第二個約束條件當量擴散度=御&5 η^ _抓> si^'當量擴張角θ 控制在6. 5°至8°之間。葉片包角取155°。下面根據具體的實施例，本發明的目的和效果將變得更加明顯。實施例工況流量Q = 100 (m3/h)，揚程 H = 20 (m)，轉速 η = 1450 (轉 / 分)。代入公式計算得到具體參數出口直徑D2 = 280 (mm)
出 口 寬度b2 = 35 (mm)葉片進口寬度辦=61. 4 (mm)葉片進口 直徑 D1 = 97. 0 (mm)葉輪進口直徑D」=121 Gum)葉片進口角在前盤流線、中間流線和後盤流線處分別為22°、26.4°和30°。葉 片出口角為30°。從附加應力在彎道中部比較顯著的特點出發，要求約束跨通道相對速度分布平 坦，則我們保持葉片載荷分布平緩為佳，即適當延長葉片通道長度，這個約束聯繫到的結構 參數是葉片包角和當量擴張角，這裡包角取155°。當量擴張角:formula see original document page 5根據以上參數，繪製葉輪木模圖。試驗證明該泵效率在現有泵效率67%的基礎上提高了 5%，達到了 73%。表明 本發明符合紙漿流動的特徵，對控制紙漿在葉輪流道內的流動，尤其是對減少纖維附加應 力作用造成的損失具有顯著的進步。上述實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和 權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍。
權利要求
一種基於纖維懸浮流設計準則的紙漿泵離心開式葉輪，主要由輪轂和三個葉片組成，三個葉片按圓周均勻分布在輪轂上並與輪轂一體形成。其特徵在於，葉片出口直徑其中，葉輪出口的圓周速度H為揚程，n為葉輪轉速，KU2為葉輪出口圓周速度係數。出口寬度其中，出口徑向速度Q為流體流量，Tk2為出口葉片阻塞係數，Kr2為葉輪出口徑向速度係數。葉片進口直徑其中，λ為速度均化係數，ξ為減速係數，Tk1為進口葉片阻塞係數，Tk2為出口葉片阻塞係數，為洩露係數。葉輪進口直徑Dj＝D1/K1，其中，K1為葉輪進口直徑與葉片進口直徑比，葉片進口寬度β1為葉片進口角，β2為葉片出口角，當量擴散度葉片包角為155°。FSA00000117342800011.tif,FSA00000117342800012.tif,FSA00000117342800013.tif,FSA00000117342800014.tif,FSA00000117342800015.tif,FSA00000117342800016.tif,FSA00000117342800017.tif,FSA00000117342800018.tif
2.根據權利要求1所述基於纖維懸浮流設計準則的紙漿泵離心開式葉輪，其特徵在 於，所述葉輪出口圓周速度係數KU2可為1.07，出口徑向速度係數K,2可取0. 05，速度均化系 數入可取1.05 1. 1，減速係數I為0.65進口葉片阻塞係數！^為0.95，出口葉片阻塞 係數Tk2為0.9，洩露係數^為1. 1，葉輪進口直徑與葉片進口直徑比&為0. 8，葉片進口角 3 i可取20 30°，葉片出口角32為30°。
全文摘要
本發明公開了一種基於纖維懸浮流設計準則的紙漿泵離心開式葉輪，主要由輪轂和三個葉片組成，三個葉片按圓周均勻分布在輪轂上並與輪轂一體形成，本發明適用於中低濃度的漿體輸送，能夠更好地控制葉輪通道內的流動，提升紙漿的通過能力，提高葉輪的水力效率，其輸送效率明顯優於當前廣為使用的普通紙漿泵。
文檔編號F04D29/24GK101832292SQ20101016955
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月11日 優先權日2010年5月11日
發明者張啟華, 李月仙, 林建忠, 王燦星 申請人:浙江大學