[发明专利]一种低比转数叶轮及其叶片设计方法

说明书

技术领域

本发明属于离心泵领域，具体涉及一种高效、无过载的低比转数离心泵叶轮相关技术。

背景技术

低比转数离心泵因其流量小、扬程高的性能特性，广泛应用于国民经济的农业排灌、城市供水、矿山、石油和石化等各个领域。低比转数离心泵一般指比转数为30～80的离心泵，其叶轮外径大，叶片出口宽度小，所以流道长而窄，通常采用易于拔模的圆柱叶片形式；圆盘摩擦损失及水力损失较大，泵的效率低，是工业领域耗能的设备之一。而且泵在系统中的运行稳定性不高，在大流量区运行易产生过载现象，缩短泵的使用寿命。

目前，低比数泵叶轮通常采用圆柱叶片形式，便于铸造加工，然而泵的水力效率偏低，易发生过载现象；若采用扭曲叶片形式，泵的效率较高，但不利于铸造加工。关于提高低比数离心泵的效率、无过载性能以及铸造加工工艺，还没有针对叶轮叶片结构的设计方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低比转数叶轮及其叶片设计方法，以提高低比转速离心泵水力效率、满足无过载特性，同时便于铸造加工。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种低比转数叶轮，叶轮采用闭式结构，包括前盖板（1）、后盖板（2）和叶片（3），其特征在于：叶片（3）的工作面（4）和背面（5）之中，一面为后弯式圆柱型，另一面为后弯式扭曲型。

靠近前盖板（1）的进口边叶片厚度为2-3mm，靠近后盖板（2）的进口边叶片厚度为5-7mm。

根据低比转数离心泵的设计参数，对所述叶轮的叶片几何尺寸进行计算，包括如下步骤：

步骤一，计算比转数

n_s=30-80，属于低比转数离心泵的范畴；

n为叶轮转速，单位是r/min；

Q为设计点的流量，单位是m³/h；

H为设计点的扬程，单位是m；

步骤二，要满足无过载的要求，因此取出口安放角β₂＝13～18°；

步骤三，叶轮外径D₂是影响扬程的主要参数，D2=9.35*kD2(ns100)-0.5Qn3,]]>再根据设计经验适当加大并圆整D₂，即取D₂计算结果的整数部分加1或2后作为D₂；k_D2为叶轮外径修正系数，取1.021～1.175；

步骤四，因为选取了较小的叶片出口安放角β₂，为了获得较光顺的叶片型线，以增加流体控制能力和避免流道扩散严重，同时也可扩大泵的高效区，根据设计过程中方格网上型线的调整，取包角

步骤五，在叶轮无过载设计中，由于β₂较小、包角较大，取叶片数z=5～6；

步骤六，对叶片进行绘型：叶片圆柱面是根据单流线进行方格保角变换绘制成圆柱式，叶片的扭曲面是根据三流线进行方格保角法绘制成扭曲式；

步骤七，对叶片进行加厚：在靠近前盖板叶片进口边厚度设计为2～3mm，靠近后盖板叶片进口边厚度设计为5～7mm，叶片出口边宽度为4～5mm。

本文发明的有益效果是：本发明通过对叶轮叶片的结构形式进行改进设计，叶片设计采用圆柱和扭曲相结合的形式，不仅易铸造，而由于进口边宽度比一般低比数离心泵的进口边要大，在一定程度上阻塞流道，减小了进口过流断面面积，有利于水力效率的提高，且同时满足了低比转数离心泵的无过载特性。背面设计为扭曲式，可以改善叶轮内部流动分布，有利于提高扬程和效率。

附图说明

图1为低比转数离心泵叶轮结构示意图；

图2为叶片结构示意图；

图中：1前盖板；2后盖板；3叶片；4工作面；5背面。