[发明专利]螺旋泵叶轮不等扬程水力设计方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种螺旋泵叶轮不等扬程水力设计方法，特别涉及一种叶片出口的前、后盖板的无限叶片理论扬程不等时，叶轮出口前盖板有限叶片理论扬程大于后盖板有限叶片理论扬程的螺旋泵叶轮不等扬程水力设计方法。

背景技术

螺旋泵是一种具有极好地无堵塞、无缠绕与损伤少的新型杂质泵。主要应用于冶金、矿山、煤炭、电力、石化、食品、造纸等工业部门以及污水处理、港口河道疏浚等行业。它的工作原理：流体在高速旋转的叶轮作用下被吸入泵腔，叶轮由螺旋段和离心段两部分组成，螺旋部分提供一个正向的位移推力，此力在轴向的延伸处形成一种弯转的分力，使人口处的水流沿着叶轮的切线方向而不是与叶轮成直角作用下被吸人泵腔，螺旋部分提供一个正向的位移而不是与叶轮成直角或某一角度进入泵体。螺旋部分的轴向推力使水流平稳前进，直至离心部分，再由离心部分推送水流从出口排出。

为了使螺旋泵能够在复杂的工况下运行而不发生缠绕和堵塞，需采用螺旋型叶片，且为保证其过流能力，叶片数不能过多，通常叶轮的叶片包角大，叶轮流道由单(双)叶片形成，流道较大，加上进口导向和螺旋推进作用，使得这种泵的通过性能很好，可以输送含大颗粒及纤维物质的液体，输送的浓度比其它型式无堵塞泵高。固液两相流体在这种泵中逐渐向前推进，流动方向无突然变化，因而流动平稳，对输送物料的破坏性小。螺旋离心泵叶轮的叶片前伸到泵壳吸入口中，大大提高了泵的抗汽蚀性能，泵的吸入性能好，因而能输送较高粘性的液体。这就要求我们设计的叶轮，既能改善流动情况，又不至于影响轴流泵的扬程和效率。

螺旋泵叶轮轴面投影形状除转弯处曲率半径稍大外和一般离心泵相同。

传统方法预先假定，为了避免有害的流动，对叶轮内所有的流线来说，理论扬程应为同一数值。同时认为，在整个出口边上出口安放角的值保持不变。每一条流线的静矩不相同，由此可以得出，修正系数也是变化的，每一条流线的速度也不同，也就是说，出口边对转轴而言，并不是如假设那样平行的。改变给定流线的静矩，也就是改变流线的长度，可以在某种程度上修正减功系数，但此时的可能性是有限的。一般应将位于叶轮叶片前壁的流线予以加长，但这对叶轮进口叶间流道形状有不良影响。

改变修正系数，虽然也可以达到恒定的速度，但这时必须改变叶片出口安放角沿叶片出口边不变的假定，这样确定出口边位置比较困难。当比转数n_s＜250时，出口边一般是一根直线，如果争取使出口边与流线近似成直角，则应使出口边成凹状。当比转数n_s＞250时，为了在某种程度上改善叶片间流道的形状，可将流线相对于叶轮壁移动，此时出口边就不再能保持与转轴平行，即采取了将叶轮流出边倾斜布置的方法。随着比转数的增大，倾角也增大，这时采用不等的叶轮出口直径，即后盖板的叶轮出口直径小于前盖板叶轮出口直径，可以减小叶轮出口的回流区，降低水动力损失，使特性曲线在小流量区扬程升高。

由于叶轮中不同流线的静矩、曲率半径、出口边位置的不同，会导致按无穷叶片数等扬程设计的叶轮，在叶片出口处的扬程(Ht)不等，造成出口边流动紊乱，降低泵效率。

发明内容

为了克服现有螺旋泵叶轮设计方法的不足，本发明提供了一种螺旋泵叶轮不等扬程水力设计方法，采用本发明设计的叶轮可以对叶轮的几何参数进行调节，使螺旋泵的设计性能曲线达到要求。利用以下几个关系式来确定叶轮的主要几何参数，主要包括：进口直径D₁，叶轮轮毂直径d_h，叶轮最大外径D_2max，出口边倾斜角α₂，叶轮最小外径D_2min，出口边宽度b₂和叶轮轴向长度L。用本发明设计的叶轮不仅满足污水处理的需要，同时改善了流动情况，提高了轴流泵的过流能力和无损性、无缠绕性能。本发明首次提出了螺旋泵叶轮不等扬程水力设计方法。通过对传统螺旋泵水力设计方法的研究发现，传统螺旋泵水力设计方法会导致叶轮叶片出口处流动不理想，本发明首次通过采用不等扬程法进行螺旋泵水力设计，获得了较好叶片出口总压、静压及流速分布。证实了不等扬程设计螺旋泵叶片方法的优越性。

本发明的技术方案：基本设计参数：

设计流量Q_BEP(m³/s)

设计扬程H_BEP(m)

额定转速n(r/min)