一种固液两相流泵叶轮水力设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种固液两相流累叶轮水力设计方法，特别设及一种高比转数离屯、式 固液两相流累叶轮水力设计方法。
【背景技术】
[0002] 固液两相流累是指通过叶轮的旋转作用使固液混合介质的能量增加，将电能转换 成介质的动能和势能的设备，主要运用于矿山、电厂、疏竣、冶金、化工、建材及其石油等行 业领域。固液两相流累理论可W从固液混合物对累和管道特性的影响、固液两相流在累内 运动的规律该两方面进行研究。
[0003] 固液两相流累的工作介质不是清水，所W设计方法和普通累有着本质的区别，由 于受到固体物的影响，累的性能会发生变化，过流部件可能磨损严重，导致累的堵塞。目前， 固液两相流累的一个重要发展趋势是固体物浓度增大、使用寿命延长、效率更高，该些性能 的提高都与过流部件的水力设计密不可分。
[0004] 在现有技术下，固液两相流累叶轮的水力设计依然主要依赖于设计者的经验，该 样的设计方法具有不确定性，设计成本和风险相对较高，无法满足当今市场对产品生产的 要求。因此，有必要对固液两相流累叶轮的水力设计方法作进一步的完善。
[0005] 我国目前已经申请专利保护的固液两相流累叶轮设计方法主要有W下几个：专 利号为化201020293027. 1的"渣浆累叶轮"实用新型专利，该专利改进了叶轮结构，减小 主叶片和叶轮外护套的间隙，使该两个部件之间的压力增大，从而减小渣浆累的振动，同 时有效保护护套；专利号为化03213328. 6的"一种组合式渣浆累叶轮"实用新型专利， 该专利采用组合式结构，使得叶片主体、叶片和前护板的分体易于制造加工；专利号为 化201220187883. 8的"一种渣浆累复合叶轮"实用新型专利，该专利通过结构优化，使渣浆 累在石墨精矿浮选工作中的表现更加优异；专利号为化200620127269. 7的"一种渣浆累的 拆叶轮结构"实用新型专利，该专利进行结构创新，在轴套与挡水盘之间放置用陶瓷材料制 成的圆环形拆叶轮，拆检累时，只须击碎陶瓷材料的拆叶轮挡套，就可W使整个转子部件松 动，方便拆卸叶轮；专利号为化201320116670. 0的"一种用于渣浆累上的开始叶轮"实用新 型专利，该专利公开了一种用于渣浆累上的开式叶轮，在叶轮轮穀前端面的环沿部位设有 多个间隔分布的弧形叶片，W此增大渣浆累的累腔，使叶轮入口不易出现堵塞现象，尽可能 减少输送功率的损失；专利号为化201220326706. 3的"一种新型渣浆累叶轮"实用新型专 利，该专利提出叶片及前盖板外圆比后盖板外圆低3-5mm，通过偏车后盖板外圆达到叶轮不 平衡去重；专利号为化03258314. 3的"集装式机械密封的固液累"实用新型专利，该专利提 供了一种集装式机械密封的固液累结构，达到防汽蚀，拆装使用简便，密封可靠，运转周期 长，耐磨损的目的。W上的7个实用新型专利都是结构型专利，通过结构创新达到改善固液 两相流累性能的目的，但是并没有提供固液两相流累过流部件水力设计必需的的设计公式 等。专利号为化93208766. 3的"固液累叶轮"实用新型专利公开了一种改进的固液累叶轮， 将叶片的工作面设计成变角螺旋线型。使流道进口和流道出口的横断面面积比值处于1.0 到1. 15的区间内，从而改善固液两相流的流动状况。但是，该专利的设计方法仍然没有具 体公式定量表达，只是一种模糊的范围描述，在现实设计当中的指导意义有限，而且该专利 并没有考虑固液混合物中固体成分的浓度和固体颗粒大小，该是不精确的，因为固体颗粒 的大小和浓度对累的工作状况影响很大，也是叶轮设计的决定因素之一。另外，从管道进入 累内的固体物质能够全部无障碍通过叶轮该一重要的过流部件，该是本发明要实现的的重 要功能之一，上述专利无法确保实现该一功能。
[0006] 鉴于W上原因，本发明人在此提出一种全新的固液两相流累的叶轮水力设计方 法，不仅完善了设计所需参数的公式，而且将固液混合物中固体物质的颗粒大小和浓度作 为设计的重要依据，最为重要的是，本发明能够确保叶轮该一重要的过流部件持续稳定高 效地工作，不会出现严重磨损和被固体物质堵塞的情况。
[0007] 发明目的
[000引现有固液两相流累叶轮水力设计方法并不完备，即使是个别种类的固液两相流累 叶轮的水力设计方法也有很多地方亟需改善。本发明的目的在于，为固液两相流累的叶轮 提供一种科学的、系统的、更完善的设计方法，改善固液两相流在累内运动的规律，提高固 液两相流累的稳定性、效率，延长使用寿命。
【发明内容】
[0009] 本发明充分考虑了固液混合物浓度和颗粒大小对累运行状况的影响，改善了叶轮 设计所需参数的设计方法，尤其对叶轮流道空间形态做了独创性设计，W保证固液两相流 累工作的可靠、稳定和高效。
[0010] 目的所采用的技术方案是：
[0011] (1)在叶轴面图上W叶片流道中线距离轴线距离为町的点为圆屯、做圆与叶片轮廓 切于两点，光滑连接圆屯、和切点形成的曲线长度即为bi
[0012]
【主权项】
1. 一种固液两相流泵的叶轮水力设计方法，提供叶轮设计的主要几何参数，包括叶片 各处宽度匕、叶片与前盖板交线在叶片出口处的倾角0、叶片真实厚度S、叶片出口安放角 02、叶片出口安放角修正量A 、叶片出口排挤系数屯2、叶片出口宽度匕、叶片数z、叶片 入口安放角0i、叶片入口直径Di、叶片入口排挤系数 '等，其特征在于叶轮几何参数与泵 设计工况点性能参数Q、H、n以及输送的固液两相流特性参数d、P适合以下关系：
0 = (78. 86-0. 337d-26. 91P+0. 022dXP+8. 913P2) (-〇. 141H2+1. 505) (2) 式中： h-一在叶轮轴面图上以叶片流道中线距离轴线距离为h的点为圆心做圆与叶片轮 廓切于两点，光滑连接圆心和切点形成的曲线长度即为4，米； 0-一在轴面图上，叶轮前盖板与叶片交界线在叶片出口处的切线与轴线方向的夹 角，弧度； D,一一叶片流道中线距离轴线的距离，米； H--扬程，米； D2--叶轮出口直径，米； Q一一流量，米3/小时； b2--叶片出口宽度，米； d一一固体颗粒均值粒径，毫米； P 固体颗粒体积浓度，百分比。
2. 叶片真实厚度S、叶片真实厚度尺寸系数A，设计公式如下：
式中： 8一一叶片真实厚度，毫米； z--叶片数，个； A一一叶片真实厚度尺寸系数；ns比转数。
3. 如权利要求1所述，固液两相流泵的扬程H，水力效率n^设计公式如下：
n r = (-0?〇lz 2+0. lz+0. 64) sin (0? 002ns+7. 18) (6) 式中： ?--叶轮角速度，弧度/秒； nr--水力效率； g--重力加速度，米/秒2; 2--叶片出口安放角，弧度； A|3 2--叶片出口安放角修正量，弧度； --叶片出口排挤系数。
4. 如权利要求1所述，固液两相流泵的叶轮出口直径D2、叶片出口直径尺寸系数kD、叶 轮出口直径的单元直径％，设计公式如下： D2=kDDqsin(6. 124P+1. 135) (7) kD= (2. 996ns+930. 3)/ (ns+29. 38) (8) J) = ]^ gge ("I-734Q-4. 104QXn-0. 2793n+2. 042)/(2. 237Q+0. 05n+l. 352QXn+7. 626) (g) 式中： kD一一叶片出口直径尺寸系数； Dq一一叶轮出口直径的单元直径，米。
5. 如权利要求3所述，固液两相流泵的叶片出口安放角|3 2、叶片出口安放角修正量A02、叶片入口排挤系数，设计公式如下：
6. 如权利要求3所述，固液两相流泵的叶片出口排挤系数W2，设计公式如下：
7. 如权利要求1所述，固液两相流泵的叶片出口宽度b2、叶片出口宽度尺寸系数kb，设 计公式如下：
式中： n--设计工况点的转速，转/分钟；kb--叶片出口宽度尺寸系数。
8. 如权利要求2所述，固液两相流泵的叶片数z、叶片入口安放角i，设计公式如下：
0! = 24. 55d1/12 (17)式中： 0 !--叶片入口安放角，弧度； Dj 叶片入口直径，米。
9. 如权利要求8所述，固液两相流泵的叶片入口直径Di、叶轮进口直径叶片进口直 径尺寸系数I，设计公式如下： D:= 767. 7K1DJ/(d+732. 8) (18) Dj= (115200/( 31 4^1))1/6sin(6. 124P+1. 135)Dq (19) K:= 12. 19ns1/2 (20) 式中： K:一一叶片进口直径尺寸系数； Dj叶轮进口直径，米。
10.叶轮前盖板圆弧半径Ra、叶轮后盖板圆弧半径Rb，设计公式如下：
式中： bj叶片入口直径，米。
【专利摘要】本发明涉及一种固液两相流泵叶轮水力设计方法，特别涉及一种高比转数离心式固液两相流泵叶轮水力设计方法。发明通过公式确定了叶轮出口直径D2、叶片出口宽度b2、叶片出口安放角β2、叶片出口安放角修正量Δβ2、叶片入口安放角β1、叶片数z、叶片入口排挤系数Ψ1、叶片出口排挤系数Ψ2、叶片真实厚度δ、叶片各处宽度bi、叶片出口切线的轴向夹角θ、叶轮前盖板圆弧半径Ra、叶轮后盖板圆弧半径Rb等叶轮的重要设计参数。经生产实践检验，发明极大地提高了固液两相流泵的设计效率和设计水准，降低了设计成和风险，根据发明设计生产的固液两相流泵具有良好的使用性能和较高的经济效益。
【IPC分类】F04D29-22
【公开号】CN104564797
【申请号】CN201510039985
【发明人】付强, 刘永, 朱荣生, 王秀礼, 王学吉, 张本营
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月23日