[发明专利]一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构及设计方法

说明书

本发明提供了一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构及设计方法，包括后盖板、轮毂和叶片，所述轮毂与后盖板的回转中心共轴，所述叶片沿轮毂的周向排列在后盖板上，叶片的前缘朝向叶轮进口处，叶片后缘朝向叶轮出口处，叶片压力面的根部设置有迎来流面平缓升高，然后从最高点陡降的沙丘形凸起结构。沙丘形凸起结构的起始点分布圆直径为D1～(0.9D2+0.1D1)，凸起结构的长度为凸起结构的高度为(0.05～0.5)b₂，其中D1为叶轮入口端叶片分布圆直径，D2为叶轮出口外径，b₂为叶轮出口端叶片高度。本发明中叶轮结构上沙丘形凸起结构的设置，能够改善叶片间流场分布，改变流体中固体颗粒的流动轨迹，降低固体颗粒沉降对叶片根部的冲刷磨损，从而延长叶轮的使用寿命。

技术领域

本发明涉及离心泵技术领域，特别涉及一种用于液固两相流的防止叶片磨损疲劳断裂的离心泵叶轮结构及设计方法。

背景技术

在离心泵的应用领域中，一些液体工质常含有一定浓度的固体颗粒。由于固体颗粒密度比泵送流体介质密度大，离心泵在输送该类介质时，其中所含的固体颗粒逐渐沉降到叶片压力面根部，从而对叶轮根部造成强烈的冲刷磨损，典型情况下叶片在外缘根部产生磨损开口，如图3。继而在离心力和介质压力综合作用造成叶片断裂。这种冲刷磨损对于适用于小流量、高扬程、低比转速工况的高转速离心泵的叶轮尤为显著。

受工艺要求及条件限制，通过净化来流介质、降低其中固体颗粒含量的措施不易实现。为满足上述工况条件下离心泵的长周期运行，设计一种新的用于液固两相流的叶轮结构，是解决该问题的有效措施。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构及设计方法，在叶片压力面根部设计沙丘形凸起结构，该结构能够改善叶片间流场分布，改变流体中固体颗粒的流动轨迹，降低固体颗粒沉降对叶片根部的冲刷磨损，从而延长叶轮的使用寿命。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构，包括后盖板、轮毂和叶片，所述轮毂与后盖板的回转中心共轴，用于与离心泵轴配合；所述叶片沿轮毂的周向排列在后盖板上，叶片的前缘朝向叶轮进口处，叶片后缘朝向叶轮出口处，所述叶片压力面的根部设置有沙丘形凸起结构。

进一步地，所述凸起结构与叶片根部连接处光滑过渡，凸起结构的起始点到最高点为光滑平缓抬升形式，从最高点到终止点为陡降形式。

进一步地，所述凸起结构的起始点偏向叶轮轴心侧，终止点偏向叶轮出口侧，起始点的分布圆直径为D₁～(0.9D₂+0.1D₁)，凸起结构的长度为其中D1为叶轮入口端叶片分布圆直径，D2为叶轮外径。

进一步地，所述凸起结构的高度为(0.05～0.5)b₂，其中b₂为叶轮出口端叶片高度。

进一步地，所述叶轮结构为半开式叶轮或闭式叶轮。所述叶片成直叶片或扭曲叶片。叶片为统一长度或长短叶片相结合的布置形式，优选所述叶片为长、短叶片周向间隔布置的形式，且短叶片沿圆周方向向长叶片的吸力面偏置。

第二方面，一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构的设计方法，包括：在后盖板上沿轮毂的周向排列叶片，使叶片的前缘朝向叶轮进口处，叶片后缘位于叶轮出口处，在叶片压力面的根部设置沙丘形凸起结构，使凸起结构与叶片根部连接处光滑过渡。

进一步地，所述设计方法中，设置所述凸起结构的起始点偏向叶轮轴心侧，终止点偏向叶轮出口侧，凸起结构的起始点到最高点为光滑平缓抬升形式，从最高点到终止点为陡降形式。