一種抑制離心泵葉輪入口回流渦的機構的製作方法
2023-04-30 05:12:06 1
本發明涉及一種離心泵領域，特別是一種抑制離心泵葉輪入口回流渦的機構。
背景技術：
在離心泵內部，由於葉輪高速旋轉所產生的離心力作用，葉片對液流的不均勻作用力使得葉輪入口外緣處與靠近軸心處形成了壓力差。其中，外緣處比內緣處的壓力高，這就導致葉片外緣的液體倒流流入到吸水管中，從而形成回流渦。當流量減小時，回流渦一般首先出現在葉輪入口靠近前蓋板的位置。隨著流量減小，回流渦強度、回流區域、液流倒流速度及其所引起預旋的強度都隨之增大。葉輪入口回流渦的產生會消耗能量，使離心泵效率大大降低，並且會導致泵中的流動不穩定，誘發噪音和機械振動，影響離心泵使用壽命。此外，回流渦容易誘導汽蝕，兩者的聯合作用不僅會使泵的揚程、流量、效率都急劇下降，還會使過流部件受到侵蝕。
現有技術中，大多數採用主動流動控制來抑制回流渦，主要是通過在葉輪入口強制加入與葉輪同時或反向的旋轉流動，來重新組合葉輪入口的流動結構，達到延緩回流的目的。但是，該方法需要額外向流體注入能量，控制裝置較為複雜，成本也較高。因此，目前急需一種結構簡單，成本較低，可以有效改善抑制葉輪入口產生回流的裝置。然而,目前還未發現有人通過在泵體內壁上靠近葉輪入口處加裝一種機構，調整泵體與葉輪前蓋板的間隙配合結構關係，利用葉輪出口的高壓流體產生高速射流來抑制葉輪入口所產生的回流渦。為解決上述技術問題，根據離心泵的結構特點，本發明提出一種抑制離心泵葉輪入口回流渦的機構，能較大程度的抑制入口回流渦，改善入口流動的均勻性，從而提升泵的工作效率和運行穩定性。
技術實現要素：
本發明要克服現有技術的上述缺點，提出一種抑制離心泵葉輪入口回流渦的機構，能有效解決離心泵在小流量工作時產生入口回流渦而導致的運行不穩定，性能差等問題。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種抑制離心泵葉輪入口回流渦的機構，其特徵在於：在泵進水管與葉輪入口之間增加一個截面形狀近似為L形的迴轉體的口環，L形口環通過螺栓連接固定在泵體上，螺栓頭部與L形口環端面平齊；泵體與L形口環之間裝有調整墊片；葉輪前蓋板前緣內側形狀呈流線型，葉輪入口與L形口環共同形成一個寬度逐漸收縮的環形間隙，環形間隙截面形狀分為流線形的前段、呈梯形的中間段、矩形的過渡段；葉輪入口朝向L形口環，葉輪前蓋板與安裝在泵體上的口環形成間隙。L形口環內徑與進水管內徑一致，且進水管、L形口環與葉輪三者保持同軸度。L形口環內側圓周上開有溝槽，均勻布滿整個圓周方向，這種結構在保證抑制入口回流的前提下，可以適當增加葉輪入口過流面積，減小對入口來流的影響，同時可以起到減小流體阻力的效果。當泵處於小流量運轉時，葉輪入口回流產生漩渦，葉輪出口回流通過口環間隙，再流入L形口環與葉輪形成的環形間隙，而形成高壓射流，使水射流的能量集中，又重新進入葉輪入口，高壓射流將破壞回流渦穩定性存在，從而有效地抑制了葉輪入口回流渦的產生。
優選地，環形間隙的過渡段的長度/過渡段的寬度l/d取2～4；環形間隙的中間段的收縮角度α＝10～15°。
本發明的優勢在於：僅在泵體與葉輪入口之間安裝一個L形口環，並適當改變葉輪前蓋板前緣內側的形狀，通過兩者配合結構使泵內二次回流形成高壓射流，抑制葉輪入口產生回流。並且還可以通過調整墊片調整葉輪入口與泵體間的間隙，提高二次回流產生射流的強度，抑制葉輪入口產生回流渦，具有結構簡單，維修更換便捷，操作方便等優點。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖
圖2為圖1的A部的局部放大圖
圖3為L形口環三維圖
圖4為流動示意圖
具體實施方式
下面結合附圖進一步說明本發明的技術方案。
圖1中：1-口環，2-葉輪，3-L形口環，4-螺栓，5-泵體，
6-調整墊片，7-吸水管，8-葉輪前蓋板
一種抑制離心泵入口回流的機構，其特徵在於：在靠近葉輪入口的泵體上安裝一個截面形狀近似為L形的迴轉體的口環，L形口環通過螺栓連接在泵體上，螺栓頭部與L形口環端面平齊；泵體與L形口環之間裝有調整墊片；葉輪入口形狀呈流線型，葉輪入口與L形口環間形成一個寬度逐漸收縮的環形間隙，環形間隙截面形狀分為流線形的前段、呈梯形的中間段、矩形的過渡段；葉輪入口朝向L形口環，葉輪前蓋板與安裝在泵體上的口環形成口環間隙。
在靠近葉輪入口的泵體上安裝一個截面形狀近似為L形口環，在泵體上圓周上均布6個螺紋孔，在L形口環圓周方向上均開有6個沉頭孔。L形口環相對於被連接件泵體較薄，且需要拆卸，則採用雙頭螺柱連接，螺栓頭部與L形口環端面平齊。這種結構可防止L形口環由於水力衝擊發生竄動，也可以有效減小二次回流對葉輪入口流場的影響，確保泵內流動穩定性。在泵體與L形口環之間裝上一個調整墊片，圓周方向均布有6個螺栓，將L形口環、調整墊片固定在泵體內壁上，對該零件的周向和軸向進行固定。泵體與葉輪之間間隙過大，會增大洩漏量，而當內部回流影響入口流動狀態嚴重時會發生汽蝕、腐蝕，從而導致過流能力變差,從而降低泵的工作性能，同時由於流量的加大也會使口環過早的被磨損。間隙過小，由於葉輪高速旋轉時會產生振動，更加會加劇口環的磨損，同時也會加劇葉輪的磨損，降低泵的工作效率。通過增加調整墊片可以使L形口環軸向微量移動，從而調節間隙大小，進而有效提高高壓射流的打擊強度，提高泵內流場的穩定性。L形口環內側圓周上開有溝槽，均勻布滿整個圓周方向，這種結構在保證抑制入口回流的前提下，可以適當增加葉輪入口過流面積，減小對入口來流的影響，同時可以起到減阻效果。傳統的葉輪入口截面形狀為矩形，而本發明的葉輪入口形狀呈流線型，使從口環間隙內洩露的流體返回到葉輪入口處的流動更平穩，還可以減小水力損失，適當改善對泵體流場的阻力影響。葉輪入口與L形口環間存在一個環形間隙，形成一個過流面積逐漸收縮的過流通道。環形間隙截面形狀主要分為三段，前段為流線形，中間段為梯形，後段為過渡段，也為矩形。這種結構能使水射流的能量集中，增強打擊力。環形間隙過渡段寬度d太小則可能造成射流靶距過大，影響射流的打擊力。收縮角度α(環形間隙梯形段型線延長線所形成的夾角)較小則會產生附壁現象，對射流有一定的擾動，會增加射流的破裂和卷吸性，從而降低射流的連續長度，影響二次回流形成的高壓射流的打擊力度和有效打擊距離。根據《清洗世界》第29卷第3期對高壓水清洗噴嘴的研究，結果表明:α＝10～15°的有效打擊距離最大,打擊力度最強,效率最高,同時l/d(環形間隙過渡段長度/過渡段寬度)取2～4時為最佳值。L形口環內表面粗糙度越高越能減少水流阻力，從而增加水流密實度，獲得更高的射流打擊力。另外，離心泵工作時，葉輪帶動著泵內的液體高速旋轉會產生振動，葉輪的外表面與液體，液體與泵殼都會產生摩擦，然而此種結構可較好的起到代替耐磨環的作用，而且結構簡單，方便拆裝與維修。
當泵處於小流量運轉時，葉輪入口回流產生漩渦，葉輪出口回流通過口環間隙，再流入L形口環與葉輪形成的環形間隙，而形成高壓射流，使水射流的能量集中，又重新進入葉輪入口，高壓射流將破壞回流渦穩定性存在，從而有效地抑制了葉輪入口回流渦的產生，消除其對流場的不利影響，降低回流的危害，提高了泵的工作效率。
結合圖1所示，本發明為一種抑制離心泵葉輪入口回流渦的機構，主要是在靠近葉輪2入口處的泵體5內壁上安裝一個L形的迴轉體的口環3，同時改變葉輪2入口形狀，達到改變泵體5與葉輪2入口間隙配合結構。本發明所述離心泵的其他結構與一般離心泵的結構基本相同，這裡不再贅餘。
在本實施例中，結合圖2所示，L形口環3與葉輪2入口間隙配合形成一個環形間隙。通過在泵體5和L形口環3配合處增加一個調整墊片6，圓周方向均勻用6個螺栓4將L形口環3、調整墊片6固定在泵體5上。這種結構可以使L形口環3沿著軸向方向發生微量移動，從而改變環形間隙過渡段寬度d，可有效提高高壓射流的打擊效率。根據《清洗世界》第29卷第3期對高壓水清洗噴嘴的研究，環形間隙過渡段寬度d＝0.8mm，收縮角度α＝13°，取l/d＝2，即取過渡段長度l＝1.6mm。在此參數下，產生的高壓射流，獲得的打擊距離最大,打擊力度最強,效率最高。
結合圖3所示，L形口環3圓周方向均勻開有6個沉頭孔，用6個螺栓4固定在泵內壁上，對其進行周向和軸向固定。材料選用不鏽鋼，可防止衝蝕和鏽蝕，同時可方便拆卸。該零件內側開有溝槽，總共18個均勻布置在圓周上，深度取1～2mm,寬度取2～3mm。零件厚度取為8mm。當泵工作時，葉輪2旋轉產生振動，該零件可起到代替耐磨環的作用。
結合圖4所示，離心泵工作時，由於葉輪2入口處壓力過低易產生回流渦，葉輪2出口回流液體通過口環1間隙，再流經環形間隙，產生高壓射流，衝擊入口回流渦，破壞其穩定性，從而達到有效抑制入口回流的作用。
本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護範圍不應當被視為僅限於實施例所陳述的具體形式，本發明的保護範圍也及於本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。