一種可自動切割纖維的污水軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可自動切割纖維的污水軸流泵葉輪。該葉輪的特征在于：葉片進(jìn)口邊(22)順著液體的來流方向后掠，雜物在液體的帶動下進(jìn)入葉輪后在葉輪高速旋轉(zhuǎn)離心力作用下會從進(jìn)口邊輪轂側(cè)(27)向進(jìn)口邊輪緣側(cè)(28)運(yùn)動，采用橢圓型超厚圓弧翼型的葉片進(jìn)口形狀(37)，使長纖維等物質(zhì)不易懸掛在進(jìn)口圓弧(37)上，在進(jìn)口邊不平衡作用力下自動滑移。少量葉輪輪緣處的纖維通過轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁面(40)上的槽(41)和葉輪輪緣(26)相配合形成銑刀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動切割，從流體力學(xué)角度創(chuàng)新了葉片結(jié)構(gòu)，最終解決了葉輪輪轂、葉片進(jìn)口邊以及葉輪輪緣處雜物纏繞技術(shù)難題，同時(shí)減少了雜物對于進(jìn)口邊的磨損，該葉輪可長期無堵塞運(yùn)行。
【專利說明】一種可自動切割纖維的污水軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可以輸送污水介質(zhì)軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)，特別涉及輸送含有大直徑顆粒、長纖維介質(zhì)的泵葉輪設(shè)備，屬于污水輸送設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上的污水泵的結(jié)構(gòu)形式較多，80%以上的污水泵屬于離心泵范圍，常見的產(chǎn)品有單、雙流道泵，螺旋離心泵和旋流泵。然而由于離心泵固有的局限性，上述污水泵并不適用于大流量，低揚(yáng)程的使用工況。在污水處理廠中，很多場合需用到大流量、低揚(yáng)程的軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)，目前已有大量潛水軸流泵應(yīng)用于污水處理廠的污水輸送中。污水介質(zhì)中常帶有各種形狀的纖維、顆粒等生活雜物，這些雜物與污水共同形成多相流復(fù)雜流動，污水介質(zhì)在通過葉輪時(shí)，常出現(xiàn)堵塞、葉頂懸掛纖維等故障，情況嚴(yán)重是，葉輪被污染物卡死不能旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電機(jī)燒毀等故障。
[0003]一般來說，軸流泵的主要過流部件由進(jìn)口段，葉輪，轉(zhuǎn)輪室，導(dǎo)葉以及出口段五個(gè)主要部分組成，軸流泵在抽送含長纖維或大顆粒的污水時(shí)，電機(jī)通過軸連接葉輪，使葉輪葉片旋轉(zhuǎn)對流體做功，產(chǎn)生壓力能和速度能。由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)，常會因?yàn)檗D(zhuǎn)輪室內(nèi)的葉輪纏繞雜物而導(dǎo)致泵堵塞，從污水處理廠事故現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)葉輪輪轂、輪緣以及葉片進(jìn)口邊是最容易發(fā)生雜物纏繞的位置，如圖1所示。從葉輪平面圖可以看出輪轂側(cè)的葉片進(jìn)口邊會對纖維等固體雜物產(chǎn)生垂直于葉片進(jìn)口邊的作用力，同時(shí)因?yàn)檩嗇炋幍牧黧w旋轉(zhuǎn)離心力較小，如果纖維等固體雜物在葉片進(jìn)口處摩擦力的離心力分量大于其旋轉(zhuǎn)離心力，那么纖維等固體雜物就不會向輪緣的方向運(yùn)動而是聚集在輪轂處從而發(fā)生輪轂處纖維纏繞。同樣在流體旋轉(zhuǎn)離心力的作用下大量的纖維等雜質(zhì)將移動到輪緣處，長期運(yùn)行，纖維將堆積在輪緣葉尖處，而葉輪輪緣和轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁面的間隙通常只有0.5mm左右，此時(shí)如果輪緣處發(fā)生纖維纏繞，就很容易堵塞流道。同時(shí)，傳統(tǒng)的軸流泵翼型的進(jìn)口通常是由半徑為Imm左右的圓弧組成，如圖2所示，當(dāng)有長纖維等雜物懸掛在進(jìn)口處時(shí)，較小的圓弧會使得長纖維在進(jìn)口處形成較小的銳角夾角，這不利于長纖維雜物在上升力的作用下進(jìn)入葉輪流道內(nèi)，進(jìn)而導(dǎo)致長纖維等物質(zhì)纏繞在進(jìn)口處，進(jìn)而堵塞流道并影響泵的通過性能和運(yùn)行效率，降低泵的可靠性和使用壽命。葉輪纏繞時(shí)需停機(jī)處理，將使泵維修率提高，進(jìn)而影響工作效率并耽誤工業(yè)生產(chǎn)。由此可見，軸流泵葉輪的堵塞問題是當(dāng)前社會急需解決的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
[0004]經(jīng)檢索，已公開的專利“前掠葉片軸流泵葉輪”(申請?zhí)?201110375438.4)，其采用葉片進(jìn)口邊前掠的設(shè)計(jì)形式，該結(jié)構(gòu)使流進(jìn)葉輪進(jìn)口邊的雜物首先與輪緣側(cè)接觸并在輪緣側(cè)葉片的旋轉(zhuǎn)作用下，從輪緣側(cè)向輪轂側(cè)移動，并隨著旋轉(zhuǎn)的葉片進(jìn)入流道，避免輪緣處的纏繞。但是前掠形式的葉片進(jìn)口邊會阻礙直接流入輪轂側(cè)處的雜物向輪緣側(cè)處運(yùn)動，使得長纖維等雜物容易在輪轂處發(fā)生纏繞和堵塞，如圖3所示，輪轂側(cè)的雜物會受到垂直于進(jìn)口邊的作用力，該作用力和離心力成鈍角，這會阻礙輪轂處的雜物向輪緣方向運(yùn)動，并聚集在輪轂處，影響泵的通過性能以及效率和揚(yáng)程。同時(shí)因?yàn)槿~片進(jìn)口邊逆著來流方向，所以葉片進(jìn)口邊會更易受到到雜物的沖擊磨損，減短其使用壽命。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本專利發(fā)明了一種可自動切割纖維的污水軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)，根據(jù)固體顆粒和纖維在泵進(jìn)口運(yùn)動力學(xué)特性，在葉片進(jìn)口邊輪緣側(cè)葉片往后延展，并形成一種后掠形式，纖維從輪轂側(cè)可在離心力作用下向輪緣運(yùn)動，隨著葉輪圓周半徑增大，葉片逐漸后掠，纖維和固體顆粒在進(jìn)口軸向速度的沖擊下，順利往流道中部運(yùn)動，從流體力學(xué)角度解決了常規(guī)葉片葉片輪緣側(cè)積聚纖維的問題。同時(shí)翼型進(jìn)口處采用一種新型翼型截面結(jié)構(gòu)，葉片進(jìn)口翼型采用橢圓型超厚進(jìn)口截面形狀，當(dāng)進(jìn)口邊懸掛纖維時(shí)，纖維受到水力沖擊力，由自身受到的不平衡力可進(jìn)一步運(yùn)動，不能靜止懸掛在進(jìn)口邊導(dǎo)致堵塞流道。當(dāng)葉輪進(jìn)口的纖維等物質(zhì)會在葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力作用下沿著后掠形式的進(jìn)口邊向葉輪外緣運(yùn)動，并在水流軸向沖擊力的作用進(jìn)入流道內(nèi)，不可避免，少量與葉片相互作用的纖維或者顆粒也將在葉輪葉片外緣集聚，為了解決該問題，葉輪外緣對應(yīng)的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁面上開銑槽，通過葉輪外緣和槽相配合，可實(shí)現(xiàn)自動切割葉輪外緣處的纖維。這樣可保持葉輪外緣無纖維纏繞，污水泵葉輪長期可靠運(yùn)行。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:軸流泵葉輪采用3葉片結(jié)構(gòu)，即可以增大葉片載荷，也可以形成較大的纖維通過空間，可自動切割纖維的軸流泵葉輪的平面投影圖，隨著葉片半徑增大，翼型水流方向逐漸移動，在葉片進(jìn)口邊形成后掠結(jié)構(gòu)，在葉片進(jìn)口葉尖處，為進(jìn)口邊與輪緣邊采用圓弧光滑過渡，可避免形成尖角，解決懸掛污染物問題。葉片進(jìn)口邊在輪轂和輪緣處的端點(diǎn)分別和旋轉(zhuǎn)中心用直線相連，兩條直線間的夾角形成后掠角度。從固體在流體中的實(shí)際運(yùn)行規(guī)律出發(fā)，本方案中、后掠角為40度至90度之間。如圖4所示，在輪轂側(cè)的固體受到葉片進(jìn)口邊的壓力，離心力以及摩擦力，加大后掠角后摩擦力在離心力方向的分量大小明顯減小，同時(shí)壓力和離心力的夾角為銳角，這就使得離心力方向上的合力必然指向葉輪外緣處，此時(shí)纖維等雜質(zhì)就不易停滯在輪轂處而是向輪緣處運(yùn)動。軸流葉輪葉片進(jìn)口由橢圓型超厚圓弧狀構(gòu)成的，使懸掛在進(jìn)口邊上的纖維不易形成過小的銳角夾角，這有利于懸掛在進(jìn)口邊上的纖維在水流沖擊力的作用順利與水混合流入流道。同時(shí)在與葉片外緣對應(yīng)的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁面上開槽，使之與旋轉(zhuǎn)的葉片外緣配合切割輪緣處的纖維。這樣輪轂，葉片進(jìn)口邊，以及輪緣處都不易纏繞纖維，提高了污水污物的通過能力與運(yùn)行效率。
[0007]本發(fā)明的有益效果是，避免了輪轂、葉片進(jìn)口邊和輪緣的纖維纏繞，同時(shí)減少了固體對進(jìn)口邊的沖擊磨損，提高了葉輪壽命，在泵運(yùn)行過程中真正實(shí)現(xiàn)無堵塞，可長期無故障運(yùn)行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為一般軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)的平面圖。
[0009]圖2為一般軸流泵翼型的展開圖。
[0010]圖3為前掠葉片軸流泵葉輪的軸面圖。
[0011]圖4為后掠式軸流泵葉輪葉片的平面圖。
[0012]圖5為一種可切割纖維的軸流泵翼型展開圖。
[0013]圖6為一種可切割纖維的軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)的平面圖。[0014]圖7為一種可切割纖維的軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)的軸面圖。
[0015]圖8為一種可切割纖維的軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)的三維流線圖。
[0016]圖1中:1.葉片進(jìn)口邊，2.葉片出口邊，3.輪轂，4.輪緣，5.壁面，6.固體雜質(zhì)，
7.進(jìn)口邊對固體產(chǎn)生的壓力，8.固體所受的離心力,9.進(jìn)口邊對固體的摩擦力。
[0017]圖2中:10.翼型工作面，11.翼型背面，12.進(jìn)口圓弧，13.長纖維，a是長纖維形成的夾角。
[0018]圖3中:14.葉片進(jìn)口邊，15.葉片出口邊，16.進(jìn)口輪轂側(cè)，17.進(jìn)口輪緣側(cè)，18.固體雜質(zhì)，19.進(jìn)口邊對固體產(chǎn)生的壓力，20.固體所受的離心力，21.進(jìn)口邊對固體的摩擦力。
[0019]圖4中:22.葉片進(jìn)口邊，23.葉片出口邊，24.葉片，25.輪轂，26.輪緣，27.進(jìn)口邊輪轂側(cè)，28.進(jìn)口邊輪緣側(cè)，29.旋轉(zhuǎn)中心，30.進(jìn)口邊輪轂側(cè)和旋轉(zhuǎn)中心的連線，31.進(jìn)口邊輪緣側(cè)和旋轉(zhuǎn)中心的連線，22.進(jìn)口邊對固體產(chǎn)生的壓力，33.固體所受的離心力，34.進(jìn)口邊對固體的摩擦力，0為葉片進(jìn)口邊后掠角度，R為進(jìn)口邊的圓弧半徑。R1為靠近輪緣處葉片進(jìn)口邊的圓弧半徑。
[0020]圖5中:35.葉片工作面，36.葉片背面，37.進(jìn)口圓弧，38.長纖維，39.弦長，Smax為翼型厚度的最大值，S為Smax在弦長方向上與進(jìn)口圓弧的距離，Y為葉片的安放角，3為長纖維形成的夾角。
[0021]圖6中:40.轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁面，41.槽，W是槽的寬度，h是槽的深度。
[0022]圖7中:L是槽的長度，L1是葉輪外緣長度。
【具體實(shí)施方式】
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0024]圖4為后掠式軸流泵葉片的平面圖，主要由葉片進(jìn)口邊22，葉片出口邊23，輪轂25，輪緣26組成。葉輪葉片數(shù)取3枚，3枚葉片在圓周方向均勻布置，葉輪進(jìn)口輪轂側(cè)27和旋轉(zhuǎn)中心29的連線30以及進(jìn)口輪緣側(cè)28和旋轉(zhuǎn)中心29的連線31，這兩條直線間的夾角為葉片進(jìn)口邊的后掠角9，取40°至90°之間。進(jìn)口邊的圓弧半徑R等于輪緣26的半徑，靠近輪緣處葉片進(jìn)口邊的圓弧半徑R1在后掠角為40°時(shí)取值10mm，后掠角為90°時(shí)取值為20mm，在40。和90。之間的圓弧半徑R1在10_20mm之間線性變化。
[0025]葉片進(jìn)口翼型設(shè)計(jì)如圖5所示，該軸流泵翼型的進(jìn)口圓弧37的半徑為2?3mm，此時(shí)懸掛在進(jìn)口圓弧上的長纖維所形成的夾角P不會太小，易受上升力的作用而進(jìn)入流道。翼型的最大厚度Smax在弦長方向上與進(jìn)口圓弧的距離S通常為整個(gè)弦長的1/3，輪緣處翼型的最大厚度8 _通常為輪緣直徑的0.03倍，輪轂處的翼型的最大厚度是輪緣處的1.5倍左右，輪緣和輪轂間的翼型最大厚度按線性變化。翼型的安放角Y則可以根據(jù)傳統(tǒng)軸流泵翼型安放角的計(jì)算方法來決定。
[0026]圖6和圖7幾何參數(shù)共同確定了可切割纖維的軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)，主要由葉片進(jìn)口邊22，葉片出口邊23，葉片24，輪轂25，輪緣26，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁面40，槽41等決定。葉輪在高速旋轉(zhuǎn)的過程中，流進(jìn)葉輪進(jìn)口邊24的纖維等雜物在旋轉(zhuǎn)作用下會從輪轂25向進(jìn)口輪緣26運(yùn)動，其中大部分纖維進(jìn)入流道通過，但仍還會有一少部分纖維移動到輪緣處，當(dāng)葉輪輪緣處的纖維隨著輪緣旋轉(zhuǎn)到槽41的位置時(shí)，輪緣上纏繞的纖維會在離心力的作用下部分進(jìn)入槽內(nèi)，葉輪外緣面與切割槽形成銑刀結(jié)構(gòu)，當(dāng)葉輪輪緣26遠(yuǎn)離槽41時(shí)，葉輪輪緣會將纖維從輪緣處切開并切碎，切碎后的纖維在流體介質(zhì)的沖擊下而流出葉輪，從而防止輪緣處的纖維纏繞。
[0027]槽的數(shù)量根據(jù)葉片數(shù)來決定，一般和葉片數(shù)相同并均布，槽的長度L取葉輪軸面圖上的葉輪外緣長度L1的1.1倍。槽的寬度W要大于葉輪輪緣處厚度以及纖維等雜物的直徑，一般而言葉輪輪緣處厚度要大于纖維等雜物的直徑，所以，槽的寬度W —般為葉輪輪緣處厚度的I到2倍，同時(shí)槽的深度h是其寬度的一半以上。
【權(quán)利要求】
1.一種可自動切割纖維的污水軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的葉輪的葉片進(jìn)口邊(22)順著液體的來流方向后掠，以避免進(jìn)口邊輪轂側(cè)(27)阻礙纖維等雜物向向輪緣處移動。該軸流泵翼型采用進(jìn)口圓弧(37)加大的方法，以避免長纖維等雜物纏繞在進(jìn)口圓弧(37)上。轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁面(40)開槽(41)，使輪緣(26)和槽(41)配合切割輪緣處的纖維等雜物，這種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)提高了纖維等固體纏繞物的通過能力以及進(jìn)口邊的抗磨損性。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可自動切割纖維的污水軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)，其特征在于:進(jìn)口輪轂側(cè)(27)和旋轉(zhuǎn)中心(29)的連線(30)以及進(jìn)口輪緣側(cè)(28)和旋轉(zhuǎn)中心(29)的連線(31)，這兩條直線間的夾角為葉片進(jìn)口邊的后掠角0，取40°至90°之間。進(jìn)口邊的圓弧半徑R等于輪緣(26)的半徑，靠近輪緣處葉片進(jìn)口邊的圓弧半徑R1在后掠角為40°時(shí)取值10mm，后掠角為90°時(shí)取值為20mm，在40°和90°之間的圓弧半徑R1在10_20mm之間線性變化。
3.如權(quán)利要求1所述的一種可自動切割纖維的污水軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)，其特征在于:該軸流泵翼型的進(jìn)口圓弧(37)的半徑為2?3mm，此時(shí)懸掛在進(jìn)口圓弧上的長纖維所形成的夾角P較大，易受上升力的作用而順利進(jìn)入葉輪流道。翼型的最大厚度Smax在弦長方向上與進(jìn)口圓弧的距離S通常為整個(gè)弦長的1/3，輪緣處翼型的最大厚度Smax通常為輪緣直徑的0.03倍，輪轂處的翼型的最大厚度是輪緣處的1.5倍左右，輪緣和輪轂間的翼型最大厚度按線性規(guī)律變化。
4.如權(quán)利要求1所述的一種可自動切割纖維的污水軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)，其特征在于:在轉(zhuǎn)輪室的內(nèi)壁面(40)上開槽(41)，槽(41)的位置與葉輪輪緣相對應(yīng)，槽的數(shù)量根據(jù)葉片數(shù)和葉片數(shù)相同并均布，槽的長度L比葉輪軸面圖上的葉輪外緣長度L1長10%。槽的寬度W要大于葉輪輪緣處厚度和纖維等雜物的直徑，一般而言葉輪輪緣處厚度要大于纖維等雜物的直徑，槽的寬度W—般為葉輪輪緣處厚度的I到2倍，槽的深度h是其寬度的一半以上。
【文檔編號】F04D29/18GK103696982SQ201310687529
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】張德勝, 邢津, 施衛(wèi)東, 陳刻強(qiáng), 程成, 張俊杰 申請人:江蘇大學(xué)