一種固液兩相流泵葉輪水力設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種固液兩相流累葉輪水力設(shè)計(jì)方法，特別設(shè)及一種高比轉(zhuǎn)數(shù)離屯、式 固液兩相流累葉輪水力設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 固液兩相流累是指通過(guò)葉輪的旋轉(zhuǎn)作用使固液混合介質(zhì)的能量增加，將電能轉(zhuǎn)換 成介質(zhì)的動(dòng)能和勢(shì)能的設(shè)備，主要運(yùn)用于礦山、電廠、疏竣、冶金、化工、建材及其石油等行 業(yè)領(lǐng)域。固液兩相流累理論可W從固液混合物對(duì)累和管道特性的影響、固液兩相流在累內(nèi) 運(yùn)動(dòng)的規(guī)律該兩方面進(jìn)行研究。
[0003] 固液兩相流累的工作介質(zhì)不是清水，所W設(shè)計(jì)方法和普通累有著本質(zhì)的區(qū)別，由 于受到固體物的影響，累的性能會(huì)發(fā)生變化，過(guò)流部件可能磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致累的堵塞。目前， 固液兩相流累的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是固體物濃度增大、使用壽命延長(zhǎng)、效率更高，該些性能 的提高都與過(guò)流部件的水力設(shè)計(jì)密不可分。
[0004] 在現(xiàn)有技術(shù)下，固液兩相流累葉輪的水力設(shè)計(jì)依然主要依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，該 樣的設(shè)計(jì)方法具有不確定性，設(shè)計(jì)成本和風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，無(wú)法滿足當(dāng)今市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)的 要求。因此，有必要對(duì)固液兩相流累葉輪的水力設(shè)計(jì)方法作進(jìn)一步的完善。
[0005] 我國(guó)目前已經(jīng)申請(qǐng)專利保護(hù)的固液兩相流累葉輪設(shè)計(jì)方法主要有W下幾個(gè)：專 利號(hào)為化201020293027. 1的"渣漿累葉輪"實(shí)用新型專利，該專利改進(jìn)了葉輪結(jié)構(gòu)，減小 主葉片和葉輪外護(hù)套的間隙，使該兩個(gè)部件之間的壓力增大，從而減小渣漿累的振動(dòng)，同 時(shí)有效保護(hù)護(hù)套；專利號(hào)為化03213328. 6的"一種組合式渣漿累葉輪"實(shí)用新型專利， 該專利采用組合式結(jié)構(gòu)，使得葉片主體、葉片和前護(hù)板的分體易于制造加工；專利號(hào)為 化201220187883. 8的"一種渣漿累復(fù)合葉輪"實(shí)用新型專利，該專利通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使渣漿 累在石墨精礦浮選工作中的表現(xiàn)更加優(yōu)異；專利號(hào)為化200620127269. 7的"一種渣漿累的 拆葉輪結(jié)構(gòu)"實(shí)用新型專利，該專利進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，在軸套與擋水盤之間放置用陶瓷材料制 成的圓環(huán)形拆葉輪，拆檢累時(shí)，只須擊碎陶瓷材料的拆葉輪擋套，就可W使整個(gè)轉(zhuǎn)子部件松 動(dòng)，方便拆卸葉輪；專利號(hào)為化201320116670. 0的"一種用于渣漿累上的開始葉輪"實(shí)用新 型專利，該專利公開了一種用于渣漿累上的開式葉輪，在葉輪輪穀前端面的環(huán)沿部位設(shè)有 多個(gè)間隔分布的弧形葉片，W此增大渣漿累的累腔，使葉輪入口不易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，盡可能 減少輸送功率的損失；專利號(hào)為化201220326706. 3的"一種新型渣漿累葉輪"實(shí)用新型專 利，該專利提出葉片及前蓋板外圓比后蓋板外圓低3-5mm，通過(guò)偏車后蓋板外圓達(dá)到葉輪不 平衡去重；專利號(hào)為化03258314. 3的"集裝式機(jī)械密封的固液累"實(shí)用新型專利，該專利提 供了一種集裝式機(jī)械密封的固液累結(jié)構(gòu)，達(dá)到防汽蝕，拆裝使用簡(jiǎn)便，密封可靠，運(yùn)轉(zhuǎn)周期 長(zhǎng)，耐磨損的目的。W上的7個(gè)實(shí)用新型專利都是結(jié)構(gòu)型專利，通過(guò)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新達(dá)到改善固液 兩相流累性能的目的，但是并沒有提供固液兩相流累過(guò)流部件水力設(shè)計(jì)必需的的設(shè)計(jì)公式 等。專利號(hào)為化93208766. 3的"固液累葉輪"實(shí)用新型專利公開了一種改進(jìn)的固液累葉輪， 將葉片的工作面設(shè)計(jì)成變角螺旋線型。使流道進(jìn)口和流道出口的橫斷面面積比值處于1.0 到1. 15的區(qū)間內(nèi)，從而改善固液兩相流的流動(dòng)狀況。但是，該專利的設(shè)計(jì)方法仍然沒有具 體公式定量表達(dá)，只是一種模糊的范圍描述，在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)當(dāng)中的指導(dǎo)意義有限，而且該專利 并沒有考慮固液混合物中固體成分的濃度和固體顆粒大小，該是不精確的，因?yàn)楣腆w顆粒 的大小和濃度對(duì)累的工作狀況影響很大，也是葉輪設(shè)計(jì)的決定因素之一。另外，從管道進(jìn)入 累內(nèi)的固體物質(zhì)能夠全部無(wú)障礙通過(guò)葉輪該一重要的過(guò)流部件，該是本發(fā)明要實(shí)現(xiàn)的的重 要功能之一，上述專利無(wú)法確保實(shí)現(xiàn)該一功能。
[0006] 鑒于W上原因，本發(fā)明人在此提出一種全新的固液兩相流累的葉輪水力設(shè)計(jì)方 法，不僅完善了設(shè)計(jì)所需參數(shù)的公式，而且將固液混合物中固體物質(zhì)的顆粒大小和濃度作 為設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，最為重要的是，本發(fā)明能夠確保葉輪該一重要的過(guò)流部件持續(xù)穩(wěn)定高 效地工作，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損和被固體物質(zhì)堵塞的情況。
[0007] 發(fā)明目的
[000引現(xiàn)有固液兩相流累葉輪水力設(shè)計(jì)方法并不完備，即使是個(gè)別種類的固液兩相流累 葉輪的水力設(shè)計(jì)方法也有很多地方亟需改善。本發(fā)明的目的在于，為固液兩相流累的葉輪 提供一種科學(xué)的、系統(tǒng)的、更完善的設(shè)計(jì)方法，改善固液兩相流在累內(nèi)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，提高固 液兩相流累的穩(wěn)定性、效率，延長(zhǎng)使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明充分考慮了固液混合物濃度和顆粒大小對(duì)累運(yùn)行狀況的影響，改善了葉輪 設(shè)計(jì)所需參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，尤其對(duì)葉輪流道空間形態(tài)做了獨(dú)創(chuàng)性設(shè)計(jì)，W保證固液兩相流 累工作的可靠、穩(wěn)定和高效。
[0010] 目的所采用的技術(shù)方案是：
[0011] (1)在葉軸面圖上W葉片流道中線距離軸線距離為町的點(diǎn)為圓屯、做圓與葉片輪廓 切于兩點(diǎn)，光滑連接圓屯、和切點(diǎn)形成的曲線長(zhǎng)度即為bi
[0012]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種固液兩相流泵的葉輪水力設(shè)計(jì)方法，提供葉輪設(shè)計(jì)的主要幾何參數(shù)，包括葉片 各處寬度匕、葉片與前蓋板交線在葉片出口處的傾角0、葉片真實(shí)厚度S、葉片出口安放角 02、葉片出口安放角修正量A 、葉片出口排擠系數(shù)屯2、葉片出口寬度匕、葉片數(shù)z、葉片 入口安放角0i、葉片入口直徑Di、葉片入口排擠系數(shù) '等，其特征在于葉輪幾何參數(shù)與泵 設(shè)計(jì)工況點(diǎn)性能參數(shù)Q、H、n以及輸送的固液兩相流特性參數(shù)d、P適合以下關(guān)系：
0 = (78. 86-0. 337d-26. 91P+0. 022dXP+8. 913P2) (-〇. 141H2+1. 505) (2) 式中： h-一在葉輪軸面圖上以葉片流道中線距離軸線距離為h的點(diǎn)為圓心做圓與葉片輪 廓切于兩點(diǎn)，光滑連接圓心和切點(diǎn)形成的曲線長(zhǎng)度即為4，米； 0-一在軸面圖上，葉輪前蓋板與葉片交界線在葉片出口處的切線與軸線方向的夾 角，弧度； D,一一葉片流道中線距離軸線的距離，米； H--揚(yáng)程，米； D2--葉輪出口直徑，米； Q一一流量，米3/小時(shí)； b2--葉片出口寬度，米； d一一固體顆粒均值粒徑，毫米； P 固體顆粒體積濃度，百分比。
2. 葉片真實(shí)厚度S、葉片真實(shí)厚度尺寸系數(shù)A，設(shè)計(jì)公式如下：
式中： 8一一葉片真實(shí)厚度，毫米； z--葉片數(shù)，個(gè)； A一一葉片真實(shí)厚度尺寸系數(shù)；ns比轉(zhuǎn)數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述，固液兩相流泵的揚(yáng)程H，水力效率n^設(shè)計(jì)公式如下：
n r = (-0?〇lz 2+0. lz+0. 64) sin (0? 002ns+7. 18) (6) 式中： ?--葉輪角速度，弧度/秒； nr--水力效率； g--重力加速度，米/秒2; 2--葉片出口安放角，弧度； A|3 2--葉片出口安放角修正量，弧度； --葉片出口排擠系數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1所述，固液兩相流泵的葉輪出口直徑D2、葉片出口直徑尺寸系數(shù)kD、葉 輪出口直徑的單元直徑％，設(shè)計(jì)公式如下： D2=kDDqsin(6. 124P+1. 135) (7) kD= (2. 996ns+930. 3)/ (ns+29. 38) (8) J) = ]^ gge ("I-734Q-4. 104QXn-0. 2793n+2. 042)/(2. 237Q+0. 05n+l. 352QXn+7. 626) (g) 式中： kD一一葉片出口直徑尺寸系數(shù)； Dq一一葉輪出口直徑的單元直徑，米。
5. 如權(quán)利要求3所述，固液兩相流泵的葉片出口安放角|3 2、葉片出口安放角修正量A02、葉片入口排擠系數(shù)，設(shè)計(jì)公式如下：
6. 如權(quán)利要求3所述，固液兩相流泵的葉片出口排擠系數(shù)W2，設(shè)計(jì)公式如下：
7. 如權(quán)利要求1所述，固液兩相流泵的葉片出口寬度b2、葉片出口寬度尺寸系數(shù)kb，設(shè) 計(jì)公式如下：
式中： n--設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分鐘；kb--葉片出口寬度尺寸系數(shù)。
8. 如權(quán)利要求2所述，固液兩相流泵的葉片數(shù)z、葉片入口安放角i，設(shè)計(jì)公式如下：
0! = 24. 55d1/12 (17)式中： 0 !--葉片入口安放角，弧度； Dj 葉片入口直徑，米。
9. 如權(quán)利要求8所述，固液兩相流泵的葉片入口直徑Di、葉輪進(jìn)口直徑葉片進(jìn)口直 徑尺寸系數(shù)I，設(shè)計(jì)公式如下： D:= 767. 7K1DJ/(d+732. 8) (18) Dj= (115200/( 31 4^1))1/6sin(6. 124P+1. 135)Dq (19) K:= 12. 19ns1/2 (20) 式中： K:一一葉片進(jìn)口直徑尺寸系數(shù)； Dj葉輪進(jìn)口直徑，米。
10.葉輪前蓋板圓弧半徑Ra、葉輪后蓋板圓弧半徑Rb，設(shè)計(jì)公式如下：
式中： bj葉片入口直徑，米。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種固液兩相流泵葉輪水力設(shè)計(jì)方法，特別涉及一種高比轉(zhuǎn)數(shù)離心式固液兩相流泵葉輪水力設(shè)計(jì)方法。發(fā)明通過(guò)公式確定了葉輪出口直徑D2、葉片出口寬度b2、葉片出口安放角β2、葉片出口安放角修正量Δβ2、葉片入口安放角β1、葉片數(shù)z、葉片入口排擠系數(shù)Ψ1、葉片出口排擠系數(shù)Ψ2、葉片真實(shí)厚度δ、葉片各處寬度bi、葉片出口切線的軸向夾角θ、葉輪前蓋板圓弧半徑Ra、葉輪后蓋板圓弧半徑Rb等葉輪的重要設(shè)計(jì)參數(shù)。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，發(fā)明極大地提高了固液兩相流泵的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，降低了設(shè)計(jì)成和風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)發(fā)明設(shè)計(jì)生產(chǎn)的固液兩相流泵具有良好的使用性能和較高的經(jīng)濟(jì)效益。
【IPC分類】F04D29-22
【公開號(hào)】CN104564797
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510039985
【發(fā)明人】付強(qiáng), 劉永, 朱榮生, 王秀禮, 王學(xué)吉, 張本營(yíng)
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月23日