專利名稱：一種低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵用的翼形葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液體輸送領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵用的具有翼形輪片的翼形葉輪。
現(xiàn)有的離心泵的結(jié)構(gòu)形式雖然很多，但其主要部件的結(jié)構(gòu)形式是相近的，一般包括泵體、葉輪、密封環(huán)、泵軸和軸承體等主要部分，其葉輪是由前蓋板、后蓋板，葉片和輪轂組成，外型呈園盤狀。當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪中的葉片強(qiáng)迫液體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使液體能量增加(包括動(dòng)能和壓能)，產(chǎn)生了揚(yáng)程。葉輪中的液體一邊隨葉輪作園周運(yùn)動(dòng)，一邊沿著由葉輪的葉片和前壓蓋板組成的葉輪流道向外流動(dòng)，泵體將葉輪中流出的具有很大動(dòng)能和壓能的液體收集起來(lái)，引向吐出口，并將液體的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變成為壓能。當(dāng)葉輪在泵體內(nèi)的液體中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于液體存在粘性，葉輪的蓋板與液體之間存在摩擦力，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一定摩擦損失，即園盤摩擦損失，消耗掉一定的有效功率，盤摩擦損失功率的大小與葉輪直徑的五次方成正比，低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵(Ns＜80)是一種高揚(yáng)程小流量的泵，一般來(lái)說(shuō)，揚(yáng)程越高，要求的葉輪直徑就越大，園盤摩擦損失功率也急劇增加，當(dāng)比較數(shù)Ns＝30時(shí)，園盤摩擦損失接近于有效功率的30%。另外在設(shè)計(jì)中，為保證其高揚(yáng)程，小流量，需要把葉輪直徑選的很大，而葉輪的出口寬選的很小，這一方面增加了液體在流道中的水力損失，另一方面使結(jié)構(gòu)比例也極不協(xié)調(diào)，增加了加工難度，因而園盤狀葉輪是不適用于高揚(yáng)程小流量的低比轉(zhuǎn)數(shù)泵的工作狀況的，它的效率是很低的，影響它在工程上的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于提供一種具有翼形輪片式結(jié)構(gòu)的翼形葉輪，使該葉輪的園盤摩擦損失和水力損失可以明顯減少，從而在高揚(yáng)程小流量的工作狀況下，同樣可以獲得高效率。
本發(fā)明所述的翼形葉輪由輪轂和前輪片蓋和后輪片蓋構(gòu)成的，其特征在于葉輪不同于傳統(tǒng)的園盤狀葉輪，而是在輪轂上連接著一個(gè)，兩個(gè)或多個(gè)由前輪片蓋和后輪片蓋組成的具有空心通道的翼形輪片所構(gòu)成，輪片內(nèi)的空心通道作為葉輪的流道，為了進(jìn)一步降低能量損失，該輪片的橫斷面設(shè)計(jì)為流線形結(jié)構(gòu)。這樣它將傳統(tǒng)園盤狀葉輪內(nèi)園周流道變成為一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)集合的流道，從軸向看，翼型輪片內(nèi)流道形狀和園盤狀葉輪中相鄰葉片間的流道形狀相近，因而，可以在翼形輪片式葉輪內(nèi)得到和園盤狀葉輪內(nèi)相近的液體流線和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)葉輪直徑計(jì)算公式D2=60u2πu]]>和H=1Ku2u222g]]>及葉輪的流道面積計(jì)算公式F＝ (Q)/(V1AYV) (式中U2是葉輪出口園周速度，B2是輪片流道的出口安放角)，可以得出與園盤狀葉輪直徑及流道面積相近的翼形葉輪的直徑和流道面積。翼形葉輪與園盤狀葉輪相比，既滿足了低比轉(zhuǎn)數(shù)泵對(duì)高揚(yáng)程小流量的要求，又增大了流道的水力半徑，減小了水力損失，而且園盤摩擦損失也可以大大地減少。對(duì)于園盤狀葉輪，在半徑為r處，沿半徑方向取dr厚度的葉輪環(huán)，其兩個(gè)側(cè)面的摩擦力矩為M1＝K1PU2r2dr，對(duì)于翼形葉輪，在相同的半徑r處，沿半徑方向取相同的dr厚度的流線型柱體，其側(cè)面的摩擦力矩為M2＝ 1/2 AP(式中A是輪片數(shù)，P是流線型柱體的阻力，其計(jì)算公式為P＝ 1/2 C0CPU2dr式中C0是流線型柱體在泵體內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力系數(shù)，它和流線形柱體的斷面形狀、輪片數(shù)、泵體寬及柵距有關(guān)，A個(gè)輪片時(shí)柵距 (2πr)/(A) C是流線形柱體的弦長(zhǎng))M2＝ 1/4 ACDcpu2rdr利用上述公式，比較兩種葉輪的摩擦力矩，可以得出，當(dāng)r＞ (ACDC)/(4k1) r0時(shí)，M1＞M2，即在葉輪直徑r＞r0部分，適于采用翼形輪片式結(jié)構(gòu)。當(dāng)r＜ (ACDC)/(4k1) r0時(shí)，M1＜M2，即在葉輪半徑r∠r0部分適于采用園盤狀結(jié)構(gòu)，對(duì)每一個(gè)葉輪，都存在一個(gè)r0，當(dāng)比轉(zhuǎn)數(shù)高時(shí)，r0大，當(dāng)比轉(zhuǎn)數(shù)小時(shí)，r0小。當(dāng)r0∠D2時(shí)，葉輪適于采用翼形輪片式結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的翼形葉輪主要是根據(jù)給定的揚(yáng)程H，流量Q和轉(zhuǎn)速n等參數(shù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其主要幾何參數(shù)的計(jì)算依據(jù)和取值范圍如下1、葉輪的入口直徑D0，它取決于設(shè)計(jì)流量Q、容積效率Yv，葉輪的入口速度系數(shù)Kv0和揚(yáng)程H，其值可用下式計(jì)算D0=4QπYVu0]]>Kv0的取值范圍為007-0.25。
2、輪片數(shù)A，一般來(lái)說(shuō)，泵的比轉(zhuǎn)數(shù)較高，輪片個(gè)數(shù)就多，比轉(zhuǎn)數(shù)小，輪片數(shù)就少，一般可取一個(gè)、兩個(gè)、或多個(gè)，但采用一個(gè)輪片時(shí)需考慮配重動(dòng)平衡問題。
3、輪片入口直徑D1，一般來(lái)說(shuō)應(yīng)該D1≥D0。
4、輪片的進(jìn)口面積F1，它取決于流量Q，容積效率Yv，輪片數(shù)A和輪片進(jìn)口速度V1，其計(jì)算公式F1＝ (Q)/(V1AYV) 一般取V1≥V。
5、輪片的前緣線和后緣線的入口安放角B1，它是由液體進(jìn)入葉輪時(shí)相對(duì)速度的液流角B10和沖角△B來(lái)確定，其計(jì)算公式為B1＝B10+△B，而B10是由輪片入口處的園周速度U1和輪片入口速度V1來(lái)計(jì)算
沖角△B一般為0°-35°。
6、輪片流道的前緣線和后緣線的出口安放角B2一般為20°-60°最好選用25°-45°。
7、葉輪直徑D2它是由揚(yáng)程H、轉(zhuǎn)速n和葉輪出口園周速度系數(shù)Ku2來(lái)確定，其計(jì)算公式為D2=60u2πu]]>u2=KU22gH]]>Ku2一般為1.01-1.25。
8、輪片的出口面積F2按下式確定
Vm 2=Kv22gH]]>Kv2輪片的出口軸面速度系數(shù)，一般為0.08-0.20。
9、輪片蓋度S可根據(jù)葉輪的強(qiáng)度，壽命和工作條件來(lái)確定，一般為1-4mm。
10、輪片的出口斷面形狀，它是影響葉輪摩擦損失的因素之一，流線形斷面的厚度D和弦長(zhǎng)C取決于輪片的出口面積F和輪片蓋厚S，一般來(lái)說(shuō)D/C為0.07-0.35。
11、輪片的特征尺寸r0，其值為r0= (ACDC)/(4k1)現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的翼形葉輪的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明附

圖1為本發(fā)明實(shí)施的離心泵的剖面結(jié)構(gòu)示意圖附圖2為本發(fā)明實(shí)施的離心泵的左視剖面示意圖附圖3所表示的三個(gè)截面A-A、B-B、C-C分別是圖2所示的葉輪在A-A、B-B、C-C處的園周剖面圖附圖4為本發(fā)明的硪恢志哂腥鲆硇溫制囊堵值鬧魘油 附圖5為附圖4葉輪的左視剖面圖由附圖1可以看出，本發(fā)明所實(shí)施的離心泵的整體結(jié)構(gòu)和組裝方式與傳統(tǒng)的離心泵相近，即葉輪通過軸(9)和鍵(8)連接，而安裝在泵體(2)的中心。軸(9)的另一端通過由軸承體(圖中未畫出)與原動(dòng)機(jī)相聯(lián)，泵體(2)和吸入口(1)與吐出口(3)為整體結(jié)構(gòu)，密封環(huán)(4)安裝在吸入口(1)的內(nèi)部，它與葉輪(5)的輪轂相配合實(shí)現(xiàn)密封，泵后蓋(7)和泵體(2)用螺栓連接在一起，葉輪(5)是由葉輪(5)的輪轂和連結(jié)在其上的輪片(6)構(gòu)成。
由附圖2、3、4、5、6可以看出，本發(fā)明所述的翼形葉輪(5)的結(jié)構(gòu)形狀與傳統(tǒng)的園盤狀葉輪結(jié)構(gòu)大不相同，它將前蓋板和后蓋板等部分組成的園盤狀葉輪改變成在輪轂上連接一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)翼形輪片(6)的翼形葉輪，輪片(6)內(nèi)為液體流道，橫斷面成流線形，輪片(6)沿流道方向向后彎曲。
當(dāng)原動(dòng)機(jī)開啟后，其通過軸(9)帶動(dòng)葉輪(5)轉(zhuǎn)動(dòng)，翼形輪片(6)強(qiáng)迫其內(nèi)部的液體一起旋轉(zhuǎn)，使液體的能量增加(包括動(dòng)能和壓能)產(chǎn)生了揚(yáng)程，葉輪(5)中的液體一邊隨著葉輪(5)作園周運(yùn)動(dòng)，一邊沿葉輪(5)的輪片(6)的流道向外流動(dòng)，泵體(2)將從輪片(6)中流出的具有很大動(dòng)能和壓能的液體收集起來(lái)，引向吐出口(3)，并將液體的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗?。液體連續(xù)地從泵內(nèi)流出。
由于本發(fā)明所述的翼形葉輪是將原來(lái)的園盤狀結(jié)構(gòu)改變或一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)翼形輪片，使整個(gè)園周長(zhǎng)度的流道集中一個(gè)、兩個(gè)、或多個(gè)流道。雖然流道面積變化不大，但葉輪的表面積明顯減小若干倍，因而摩擦損失也就相應(yīng)地減少了若干倍，從而有效的提高了離心泵的效率。對(duì)于比較數(shù)為NS＜80的泵，特別是比轉(zhuǎn)數(shù)在50-10的泵，因其葉輪直徑大，流道面積小，r°小，采用翼形輪片式葉輪對(duì)于提高泵的效率將尤為突出。當(dāng)然采用翼形輪片式葉輪將會(huì)增加一個(gè)形狀阻力問題，但是由于選用了流線形形狀，因而形狀阻力增加不大。
本發(fā)明所述的翼形葉輪，可選用薄金屬板，經(jīng)過沖壓成型后制成輪片，然后再與輪轂焊接在一起，也可用整體鑄轉(zhuǎn)造的方法制造。其原材料和加工成本，不高于園盤狀葉輪。
實(shí)施例1按本發(fā)明所提出的翼形葉輪的設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)的比轉(zhuǎn)數(shù)為30的離心泵，該泵的設(shè)計(jì)參數(shù)為揚(yáng)程H＝18m，流量Q＝13.5m3/h，轉(zhuǎn)速n＝2850rpm，其結(jié)構(gòu)形式參見圖1、2、3。根據(jù)本發(fā)明計(jì)算原理計(jì)算出葉輪的主要尺寸如下葉輪入口直徑計(jì)算D0＝60mm，輪片為F1＝450mm2，其斷面的厚度與弦長(zhǎng)之比為0.25，前緣線和后緣線的入口安放角為0°和60°，出口安放角分別為35°和30°，葉輪的直徑D2＝230mm，輪片的出口面積F2＝480mm2，其出口的厚度與弦長(zhǎng)的比值為0.1。
其泵體采用蝸形泵體，泵內(nèi)寬度L＝60mm。輪片的壁厚為1mm，實(shí)驗(yàn)表明最高效率為59.4%，同與相同設(shè)計(jì)參數(shù)的園盤狀葉輪相比，其葉輪的摩擦損失減少了17%。
實(shí)施例2，根據(jù)本發(fā)明所提出設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)的比轉(zhuǎn)數(shù)為60的離心泵，其葉輪結(jié)構(gòu)可參見圖4、5，它的泵體為導(dǎo)葉式泵體(圖中未畫出)。
該泵的設(shè)計(jì)參數(shù)為揚(yáng)程H＝50m，流量Q＝42m3/h，轉(zhuǎn)速n＝2900rpm，由于該泵比轉(zhuǎn)數(shù)較大，葉輪直徑在小于160mm范圍內(nèi)仍采用傳統(tǒng)的園盤狀結(jié)構(gòu)，直徑大于160mm范圍均勻分布三個(gè)輪片，其主要設(shè)計(jì)尺寸為葉輪入口直徑D0＝80mm，葉片入口邊直徑D1＝90mm，葉片入口面積F1＝521mm2，輪的前緣線和后緣線的入口安放角B1＝25，葉輪的直徑為D2＝200mm，前后緣線出口安放角分別為30°和32°，輪片的出口面積為F2＝862mm2，其出口斷面厚度與弦長(zhǎng)之比為0.09，輪片的壁厚為1.5mm，導(dǎo)葉式泵體的寬度為65mm，實(shí)驗(yàn)表明該泵效率為74%，與相同設(shè)計(jì)參數(shù)的園盤狀葉輪的離心泵相比，其葉輪的摩擦損失減少了4%。
權(quán)利要求
1.一種低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵用的翼形葉輪，其特征在于葉輪是由輪轂和連接在其上的相互分離開的或孤立的一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)翼形輪片所構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的翼形葉輪，其特征在于所說(shuō)葉輪的翼形輪片的內(nèi)部為液體的流道，其橫斷面呈流線形，輪片沿流道方向是向后彎曲的。
3.如權(quán)利要求1所述的翼形葉輪，其特征在于翼形輪片的前緣線和后緣線的出口安放角為20°-60°。
4.如權(quán)利要求1所述的翼形葉輪，其特征在于翼形輪片的流線形橫斷面的最大厚度與弦長(zhǎng)之比為0.07-0.35。
5.如權(quán)利要求1所述的翼形葉輪，其特征在于所說(shuō)的葉輪適用于比轉(zhuǎn)數(shù)小于80的離心泵，特別適用于比轉(zhuǎn)數(shù)為10-50的離心泵。
全文摘要
一種適應(yīng)用于低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的翼形葉輪，其葉輪是由輪轂和安裝在輪轂上的一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)翼形片構(gòu)成。翼形輪片的內(nèi)部為液體的流道，其橫斷面是流線形，沿流道方向是向后彎曲的。該設(shè)計(jì)可以大大地減小葉輪的摩擦損失，提高泵的效率，適用于Ns≤80的高揚(yáng)程小流量的低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵，特別是Ns為10-50的低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵。
文檔編號(hào)F04D29/24GK1034044SQ8810520
公開日1989年7月19日 申請(qǐng)日期1988年1月6日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月6日
發(fā)明者楊惠亭 申請(qǐng)人:楊惠亭