专利名称：一种高效无堵塞的不连续叶片泵叶轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及泵主要部件叶轮，尤其涉及一种高效的输送高粘度、高浓度、含大固体颗粒、气体或对剪切较敏感介质的泵用叶轮。
背景技术：
现有的流体输送泵多为离心泵，其叶轮结构有闭式和开式两种，但现有流体输送的主要问题是流体介质和叶轮必须接触，致使叶轮磨损大，而且气蚀现象严重，造成离心泵的叶轮表面严重破坏，特别是输送介质中含有高硬度颗粒时，这种现象更为严重。此外，现有离心泵高效区范围较窄，流量-扬程性能曲线较陡，且在输送高粘度、高浓度流体介质时，效率普遍较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效区较宽，高扬程，抗气蚀性能良好，可无堵塞通过大颗粒，可高效输送高粘度，高浓度以及对剪切力较敏感等介质的不连续叶片泵叶轮。本发明是通过以下技术方案实现的其包括主动轮盖板和从动轮盖板，主动轮盖板与从动轮盖板进口处均以圆弧或圆锥等形式由轴向过渡到径向，圆弧半径大小或圆锥倾斜角大小可根据具体工况设计。主动轮盖板与从动轮盖板之间存在有叶区和无叶区，主动轮盖板与从动轮盖板内侧布置一定高度的叶片，叶片高度建议小于主动轮与从动轮盖板间距的1/4，即有叶区，叶片不连续范围为无叶区。主动轮盖板与从动轮盖板通过圆柱形连接臂连接。此外另一种实施形式是主动轮盖板与从动轮盖板之间部分叶片(例如叶片数量为8的情况下，4个叶片在小半径范围内是连续的)在小半径范围内是连续的，大半径范围内是不连续的，连续叶片取代上述圆柱形连接臂，不仅代替连接臂起到传递动力的作用，且增加叶片对流体介质做功的面积，从而提高泵的扬程和效率。有叶区叶片数量为8 10片，叶片布置形式主要有以下几种方案(1) 一种实施例是径向直叶片形式在主动轮盖板与从动轮盖板内侧布置有放射状径向叶片，进口处以圆弧或圆锥等形式过渡到径向，叶片出口角为90°，此种布置形式叶片易于制造加工。(2)又一较佳实施例是单倾斜叶片形式与上述径向直叶片不同之处是，叶片是前倾斜或后倾斜形式的。其中后倾斜形式较前倾斜形式更易提高扬程和效率，且后倾斜形式的叶片具有更好的抗磨损性能。(3)双倾斜叶片形式所述双倾斜叶片形式是叶片不仅于进口处倾斜，在离出口约叶片全长1/3 1/5处开始第二段倾斜。在一个较佳的实施例中，第一倾斜角为后倾 30°，第二倾斜角为前倾30°，第二倾斜拐点为1/4 1/5时，效率与扬程较径向直叶片布置形式的叶轮明显提高。(4)更佳的叶片布置形式为复合式叶片形式，复合式叶片是在双倾斜式叶片形式的基础上增加了短叶片布置形式。增加的短叶片数目可根据叶片间隙合理布置，短叶片与长叶片第二倾叶片保持平行，增加的短叶片较明显提高叶轮扬程且保持了叶轮的高效率， 同时因叶轮扬程的显著提高，叶轮设计直径可进一步减小，从而减小叶轮圆盘损失，降低叶轮在输送固相颗粒介质时的磨损，叶轮效率和寿命得到进一步提高。叶轮与轴之间通过键或螺纹连接，叶轮在轴的带动下高速旋转，有叶区流体速度明显大于无叶区流体速度，固相颗粒因质量大、惯性大而主要集中于速度小压力高的无叶区范围，与普通离心泵相比，叶片与固相颗粒之间无过多碰撞，从而使固相颗粒较好通过叶轮且对叶轮磨损减小；同时若有气蚀发生，气泡主要在无叶区破灭，对有叶区叶片影响较小，从而提高叶轮抗气蚀性能。叶轮于进口段以圆弧或圆锥形式实现过渡，从而使流体介质经过叶轮由轴向过渡到径向时更加流畅，且提高叶轮进口处最低压力，减少气蚀发生的可能性，同时也提高泵的扬程和效率。叶轮进口段以圆弧形式过渡，叶片布置形式为有短叶片的双倾斜叶片布置形式， 压水室采用准螺旋形压水室或环形压水室，不连续叶片泵与同类型的普通离心泵相比扬程显著提高，同时在流量较大变化范围内保持高效区，最高效率接近离心泵；在输送高粘度介质时，效率明显高于普通离心泵；输送固相颗粒时，其抗磨损性能和工作可靠性能普遍高于现有固液多相流泵，并作为多相流泵可用于输送含有气体多达80%的介质。本发明叶轮主动轮与从动轮盖板间距取决于输送固体颗粒的大小，盖板表面及叶片表面可进行喷涂处理或在表面镀玻璃，从而进一步减小对叶轮和盖板的磨损。本发明叶轮因采用准螺旋形或环形泵蜗壳，同时盖板间存在无叶区，产生的径向力和轴向力均小于普通离心泵叶轮，且加工装配较方便，易于推广。本发明叶轮适用场合较多，特别适用于输送普通离心泵难于工作的场合，在石油、 化工及矿山行业具有很大的推广价值。综上所述本发明与现有输送含有固体颗粒的泵叶轮相比具有以下优点1、泵的流量扬程曲线平坦，工作范围宽；2、通过性能好、叶轮磨损小；3、效率比较高；4、抗气蚀性能良好；5、工作稳定、噪声小等。
图1为本发明不连续叶片泵叶轮主动盖板与从动盖板以连接叶片形式连接的一实施例的结构示意图。图1(a)为本发明不连续叶片泵叶轮图1实施例中一从动叶轮盖板由进口反方向看的径向直叶片结构示意图。图1(b)为本发明不连续叶片泵叶轮图1实施例中一从动叶轮盖板由进口反方向看的单倾斜叶片结构示意图。图1(c)为本发明不连续叶片泵叶轮图1实施例中另一更佳的从动盖板叶轮由进口反方向看的双倾斜式叶片结构示意图。图1(d)为本发明不连续叶片泵叶轮图1实施例中另一更佳的主动轮盖板由进口方向看的复合式叶片结构示意图。图2为本发明不连续叶片泵叶轮主动盖板与从动盖板通过圆柱连接臂形式连接的实施例示意图。图2(a)为本发明不连续叶片泵叶轮一主动盖板由进口方向看的叶片双倾斜的结构示意图。图3为本发明不连续叶片泵叶轮进口以圆锥形式过渡的通过连接板连接的一实施例结构示意图。图4为本发明不连续叶片泵进口以圆锥形式过渡的通过连接柱连接的一实施例结构示意图。图中，1、从动轮盖板；2、从动轮叶片；2a、从动轮径向直叶片；2b、从动轮单倾斜叶片；2c、从动轮双倾斜叶片；2d、短叶片；3、连接板；4、主动轮叶片；4c、双倾斜主动轮叶片 5、主动轮盖板；6、连接柱；7、以圆锥形式过渡的从动轮盖板；8、圆锥形式过渡的从动轮叶片；9、圆锥形式过渡的主动轮叶片；10、圆锥形式过渡主动轮盖板。
具体实施例方式以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。参照图1，本实例包括从动轮盖板1与主动轮盖板5，从动轮盖板1与主动轮盖板5 以圆弧形式从轴向过渡到径向且彼此之间保持平行，从动轮盖板1与主动轮5盖板之间通过连接板3或连接柱6连接，从动轮盖板与主动轮盖板内侧表面分别布有圆弧过渡形式的径向叶片2，从动轮1盖板和主动轮5盖板之间保持一定的间距(一般根据允许通过的最大颗粒直径来确定)。参照图la，从动轮盖板1上布有一定高度的径向直叶片2a，可保持水力性能曲线平坦，扬程高及磨损小等特点，同时主动轮盖板5上布有与从动轮盖板1上相似的叶片形式，且主动轮盖板与从动轮盖板之间通过4个连接板3连接，连接板3不仅具有传递动力的作用，同时与叶片一起对流体介质做功，从而增加泵的扬程和效率，此外由于连接板径向尺寸小，从而进一步减小固相颗粒对连接板的磨损。参照图lb，从动轮盖板1上布有一定高度的单倾斜状叶片2b，倾斜叶片2b可前后两个不同方向倾斜，且主动轮盖板5同样具有相似叶片，此实施例叶轮进一步提高泵的效率。参照图lc，从动轮盖板1上布有一定高度的双倾斜状叶片2c，较单倾斜叶片效率进一步提高，第一倾斜角后倾30°，第二倾斜角前倾30°时效率和扬程最佳。参照图ld，主动轮盖板5上布有一定高度的复合式叶片，复合式叶片由双倾斜式叶片4和短叶片4d组成，短叶片4d的数量、位置、倾斜角度及长度等可根据实际工况设计。参照图2，本实施例与参照图1中实施例相似，不同之处是主动叶轮盖板5和从动盖板叶轮1间通过连接柱6代替连接板3连接。参照图3，本实施例包括分别以圆锥形式过渡的从动轮盖板7和主动轮盖板10，主动轮盖板10和从动轮盖板7通过连接板连接，且盖板表面布有相同方式过渡的从动轮叶片 8和主动轮叶片9，其中叶片布置形式可采用以上所述的4种布置形式中任何一种。参照图4与参照图3实施例方式不同之处在于主动盖板10与从动盖板7连接方式，以圆柱连接臂代替圆锥连接臂。泵正常工作时，流体介质速度由轴向平缓过渡到径向，介质中含有的固体颗粒亦从轴向逐步过渡到径向，因同体颗粒主要集中于无叶区内，且叶轮叶片表面经特殊工艺处理，对叶轮叶片磨损大大减小，且不会发生堵塞；叶轮于圆盘表面径向布置或双倾斜方式布置，流量扬程性能变化曲线比较平坦；因叶轮盖板由轴向逐步以圆弧形式过渡到径向，从而泵内部发生气蚀的可能性进一步减小；相同圆盘外径情况下，由于圆盘叶轮进口端以圆弧形式过渡，从而增加叶轮做功面积，增加泵扬程，进一步提高泵的效率。叶轮主动盖板与从动盖板之间存在无叶区和部分有叶区，有叶区连接板主要作用是传递动力，同时具有对流体介质做功的作用，从而提高扬程和效率。叶轮叶片可倾斜方式布置，布置角度根据具体工况而定；叶轮蜗壳推荐使用环形蜗壳或准螺旋形蜗壳，比转速小于50时，推荐使用环形蜗壳；叶轮亦可对称布置成双吸不连续叶片泵叶轮。
权利要求
1.一种高效无堵塞的不连续叶片泵叶轮，其特征在于主动轮盖板与从动轮盖板间叶片可以是部分连续，部分不连续；或是叶片全部不连续，部分不连续或不连续叶片区域即叶轮无叶区。
2.根据权利要求1所述的一种不连续叶片泵用叶轮，其特征在于叶轮部分连续时，主动轮盖板与从动轮盖板通过4个连续叶片连接或连接板连接；叶轮全部不连续时，主动轮盖板与从动轮盖板可通过4个连接臂连接。
3.根据权利要求1所述的一种不连续叶片泵用叶轮，其特征在于主动轮盖板与从动轮盖板的进口段以圆弧形式或圆锥形式实现由轴向到径向的过渡。
4.根据权利要求1所述的一种不连续叶片泵用叶轮，其特征在于主动轮盖板与从动轮盖板内侧表面均布有以圆弧形式或圆锥形式过渡的一定高度的放射状的径向直叶片或是单角度倾斜直叶片或是双角度倾斜叶片或是复合式叶片。
5.如权利要求4所述的径向直叶片，其特征在于叶片为径向放射布置，进出口角均为 90度。
6.如权利要求4所述的单角度倾斜直叶片，其特征在于单角度倾斜直叶片是与半径方向成一定角度，可前倾或是向后倾斜。
7.如权利要求4所述双角度倾斜直叶片，其特征在于双角度倾斜叶片由两段直叶片构成，第一段直叶片与径向之间存在一定角度，第二段直叶片与第一段直叶片之间存在一定角度，两端叶片均可前倾或后倾，或是不同方向的倾斜，其中最佳方案是第一段直叶片与径向后倾斜30°，第二段直叶片与第一段直叶片夹角为前倾30°，第二段直叶片于叶片总长 1/3 1/5处倾斜。
8.如权利要求4所述复合式叶片，其特征在于权利要求7中所述的基础上增加短叶片， 短叶片高度不大于长叶片高度，增加了短叶片的复合式叶片形式，极大提高泵扬程，同时不降低泵效率。
全文摘要
一种高效无堵塞的不连续叶片泵叶轮，其包括主动轮盖板和从动轮盖板，所述主动轮盖板与从动轮盖板进口段以圆弧形式或圆锥形式由轴向过渡到径向，主动轮盖板与从动轮盖板内侧表面均布有圆弧形式或圆锥形式过渡的一定高度的放射状的径向直叶片或单倾斜直叶片或双倾斜直叶片以及双倾斜复合式叶片，所述主动轮盖板与从动轮盖板间叶片是部分连续或不连续的，即存在有叶区和无叶区。本发明叶轮可输送多相流介质，效率高；无堵塞、抗磨损、扬程高；流量扬程性能曲线平坦，工作范围宽；抗气蚀性能高，工作平稳。
文档编号F04D29/22GK102182703SQ20111012945
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年5月9日
发明者周昌静, 尹树孟, 徐长航, 陈国明 申请人:中国石油大学(华东)