一种抗磨损离心式渣浆泵叶轮水力设计方法

摘要

本发明涉及一种渣浆泵叶轮水力设计方法，特别涉及一种抗磨损离心式渣浆泵叶轮水力设计方法。本发明通过公式确定了叶轮进口直径D0、叶轮出口直径D2、叶片进口宽度b1、叶片出口宽度b2、叶片进口安放角β1、叶片出口安放角β2、叶片包角φ等叶轮的重要设计参数。经实践检验，本发明极大地提高了渣浆泵的抗磨性和设计水准，根据本发明设计生产的渣浆泵具有良好的使用性能和较高的经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种浆渣泵叶轮水力设计方法，特别涉及一种抗磨损离心式渣浆泵叶轮水力 设计方法。

背景技术

一般将适用于输送液体(水)中含有悬浮固体物的泵称为渣浆泵。目前是选矿、选煤厂各 工艺流程中不可缺少的设备之一。渣浆泵通过借助离心力(泵的叶轮的旋转)的作用使固、 液混合介质能量增加的一种机械。被广泛应用于矿山、化工、煤炭、食品、冶金、建材及石 油等行业领域。渣浆泵可按不同原则分为单级/多级、单吸/双吸、悬臂、卧式/立式以及泵壳 水平中开/垂直结合等型式。随着各个行业的快速发展。在现有技术下，渣浆泵叶轮的水力设 计方法主要依赖于设计者的经验，这样的设计方法与设计者的经验有很多关系，不确定性因 素很多，设计成本较高，不能满足当今市场对渣浆泵的要求。因此，有必要对渣浆泵叶轮的 水力设计方法做进一步的完善。

经检索渣浆泵叶轮水力设计方法主要有以下几个：专利号为ZL03213328.6的“一种组合 式渣浆泵叶轮”实用新型专利，在该专利中设计者采用了组合式结构，使得叶片、叶片主体和 前护板的结构易于制造加工；专利号为ZL201020293027.1的“渣浆泵叶轮”实用新型专利，在 该专利中设计者对叶轮结构进行了改进，减小了叶轮外护套和主叶片的间隙，使这两个部件 之间的压力增大，降低了渣浆泵的振动。

发明目的

现有离心式渣浆泵叶轮水力设计方法并不完备，即使是个别种类的渣浆泵叶轮的水力设 计方法也有很多地方有待进行改善。本发明的目的在于，提供一种科学的、高效的离心式渣 浆泵叶轮水力设计方法，改善渣浆泵内部的流动状态，提高渣浆泵抗磨性能，延长使用寿命。

发明内容

本发明充分考虑了渣浆泵的工作过环境，考虑了颗粒大小对泵运行状况的影响，改善了 渣浆泵叶轮设计所需参数的设计方法，以保证渣浆泵工作的稳定、可靠和高效。

目的所采用的技术方案是：

(1)渣浆泵性能参数P、Q、H、β₂适合如下关系:

$P=K_u\rho g\sqrt{2gH}[{\mathrm{\sigma u}}_2-Q/\left(S_2{\mathrm{tan\beta }}_2\right)]$

式中：

Q—设计工况的流量，米³/秒；

H—设计工况的扬程，米；

P—设计工况的轴功率，千瓦；

g—重力加速度，米/秒²；

σ—道格拉斯滑移系数；

u₂—叶片出口圆周速度，米/秒；

β₂—叶片出口安放角，度；

K_u—速度系数；

ρ—流体密度，千克/米³；

S₂—出口过流面积，平方米；

(2)速度系数K_u，设计公式如下：

$K_u=1.936e^{-{\left(\frac{n_s-766.5}{930.1}\right)}^2}$

式中：

n_s—比转数；

(3)叶轮进口直径D₀，设计公式如下：

$D_0=3.47e^{\frac{n_s}{1154}}·\sqrt[3]{Q·}(0.05596n_s+75.46)/(n_s+318.7)$

式中：

D₀—叶轮进口直径，米；

n_s—比转数；

Q—设计工况的流量，米³/秒；

(4)叶轮出口直径D₂，设计公式如下：

式中：

D₂—叶轮出口直径，米；

n_s—比转数；

Q—设计工况的流量，米³/秒；

K₂—叶轮出口直径系数；

H—设计工况的扬程，米；

(5)叶轮出口直径系数K₂，设计公式如下：

K₂＝8.615n_s^0.01898

式中：

K₂—叶轮出口直径系数；

n_s—比转数；

(6)叶片进口宽度b₁，设计公式如下：

$b_1=0.1574e^{0.002162n_s}{D}_2$

式中：

b₁—叶片进口宽度，米；

n_s—比转数；

D₂—叶轮出口直径，米；

(7)叶片出口宽度b₂，设计公式如下：

$b_2=K_b\sqrt[3]{Q}(0.05596n_s+75.46)/(n_s+318.7)$

式中：

b₂—叶片出口宽度，米；

n_s—比转数；

K_b—叶轮出口直径系数；

Q—设计工况的流量，米³/秒；

(8)叶轮出口直径系数K_b，设计公式如下：

K_b＝(0.06288n_s²+16.16n_s+0.0002576)/(n_s+0.000163)

式中：

K_b—叶轮出口直径系数；

n_s—比转数；

(9)叶片进口安放角β₁，设计公式如下：

式中：

β₁—叶片进口安放角，度；

n_s—比转数；

(10)叶片出口安放角β₂，设计公式如下：

式中：

β₂—叶片出口安放角，度；

n_s—比转数；

(11)叶片包角φ，设计公式如下：

式中：

φ—叶片包角，度；

n_s—比转数；

根据以上步骤，可以得到一种科学的、系统的、精确的叶轮主要参数的设计方法。通过 上述计算方法可以确定叶轮的主要几何参数，包括叶轮进口直径D₀、叶轮出口直径D₂、叶片 进口宽度b₁、叶片出口宽度b₂、叶片进口安放角β₁、叶片出口安放角β₂、叶片包角φ等。通过 以上步骤设计的渣浆泵叶轮更加符合其输送介质的流动特性，增强了渣浆泵的抗磨损性能， 确保了泵内流体流动的流畅性，使得渣浆泵的性能变得更加稳定可靠，抗磨损性能更高，有 效运行时间更长。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1是渣浆泵叶轮的轴面图。

图2是渣浆泵叶轮的平面图。

图1中：D₀—叶轮进口直径；D₂—叶轮出口直径；b₁—叶片进口宽度；b₂—叶片出口宽 度；D_i—叶片流道中线距离轴线的距离；R_DS—叶轮前盖板圆弧半径；R_TS—叶轮后盖板圆弧 半径。

图2中：β₁—叶片进口安放角；β₂—叶片出口安放角；φ—叶片包角。

具体实施方式

本发明通过以下几个公式来确定包括1叶轮进口直径D₀、2叶轮出口直径D₂、3叶片进 口宽度b₁、4叶片出口宽度b₂、5叶片进口安放角β₁、6叶片出口安放角β₂、7叶片包角φ等渣 浆泵叶轮的重要设计参数。

该实施例是在给定设计工况流量Q、设计工况扬程H、设计工况转速n的前提下，计算 叶轮参数：

$P=K_u\rho g\sqrt{2gH}[{\mathrm{\sigma u}}_2-Q/\left(S_2{\mathrm{tan\beta }}_2\right)]$

$K_u=1.936e^{-{\left(\frac{n_s-766.5}{930.1}\right)}^2}$

$D_0=3.47e^{\frac{n_s}{1154}}·\sqrt[3]{Q·}(0.05596n_s+75.46)/(n_s+318.7)$

K₂＝8.615n_s^0.01898

$b_1=0.1574e^{0.002162n_s}{D}_2$

$b_2=K_b\sqrt[3]{Q}(0.05596n_s+75.46)/(n_s+318.7)$

K_b＝(0.06288n_s²+16.16n_s+0.0002576)/(n_s+0.000163)

本发明普遍适用于高低比转速离心式渣浆泵的叶轮设计，以上设计公式全面地考虑了渣 浆泵内的流动特性。

经生产实践检验，本发明极大地提高了渣浆泵的设计效率和设计水准，降低了设计成本 和风险，根据本发明设计生产的渣浆泵具有良好的使用性能和较高的经济效益。

以上为本发明专利参照实施例做出的具体说明，但是本发明并不限于上述实施例，也包 含本发明构思范围内的其他实施例或变形例。