CN106224245A - 一种创新型叶片的离心泵 - Google Patents

Abstract

一种创新型叶片的离心泵，它涉及机械技术领域；泵体的一端连接有泵盖，泵盖与泵体之间通过第二螺柱、弹垫和第二螺母连接有挡板，泵盖的一端通过第一螺母和第一螺柱连接有蜗壳，蜗壳内设置有叶轮，叶轮的中心设置有钢丝螺套和叶轮螺母，叶轮螺母的一侧设置有键，叶轮的左端与蜗壳之间通过紧定螺钉固定有左口环，叶轮的右端与泵盖之间设置有右口环，泵盖内配合有喉部衬套，蜗壳与泵盖之间设置有缠绕垫；所述的泵体与泵盖之间通过第三螺柱和第三螺母连接有机械密封，泵体的右端连接有圆螺母和止动垫圈。本发明所述的一种创新型叶片的离心泵，能实现提高效率，减慢磨蚀，延长叶轮寿命的目的。

Description

一种创新型叶片的离心泵

技术领域

本发明涉及机械技术领域，具体涉及一种创新型叶片的离心泵。

背景技术

离心泵是一种应用非常广泛的工作机，它可广泛用于电力、冶金、煤炭、建材等行业输送含有固体颗粒的浆体。如火电厂水力除灰、冶金选矿厂矿浆输送、洗煤厂煤浆及重介输送等。无论是在工业生产还是生活中，它都具有不可替代的地位。

近年来，国家越来越重视节能减排。离心泵的节能研究越来越受重视。对于叶轮效率的研究，国内外现在基本都关注泵前后盖板间隙、叶片数和叶轮水力性能的优化；而对于叶轮的抗磨蚀研究，国内外主要集中在空蚀、提高叶片强度等方面。

叶轮作为离心泵的做功部件，离心泵依靠叶轮的高速旋转对液体做功，从而实现对液体的输送，是离心泵的重要部件。离心泵叶轮一般分为闭式叶轮、半开式叶轮、开式叶轮三种。闭式叶轮效率较高，应用最广，适用于输送不含固体颗粒及纤维的清洁液体。半开式叶轮效率介于闭式叶轮和开式叶轮之间，适用于输送易于沉淀或含固体悬浮物的液体。而开式叶轮效率最低，但是结构简单，加工、制造容易，适用于输送含较多固体悬浮物或带纤维的液体，如含沙水流。以上三种叶轮，无论哪种叶轮叶片截面形状都基本相同。开式叶轮应用在某些特殊场合，但也在工程应用中面临诸多问题，如效率低、易磨蚀等。效率低是由其的结构形式决定的，进入叶轮的流体不能完全被输送出去，部分流体回流入泵体；其输送的介质特性又决定了叶轮易被磨蚀，开式叶轮的磨蚀分为物理磨损和空蚀。

在叶轮的设计中，叶片截面一般为矩形，因为叶片工作面为平面，运行中介质对叶轮叶片的阻力较大，能量损失较高；在运行中介质中的固体颗粒以一定速度垂直击中在运行的叶片上，较容易造成物理磨损。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种提高效率，减慢磨蚀，延长叶轮使用寿命的创新型离心泵叶片。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包含蜗壳、左口环、 紧定螺钉、叶轮、右口环、喉部衬套、缠绕垫、第一螺母、第一螺柱、第二螺柱、弹垫、第二螺母、机械密封、泵体、第三螺柱、第三螺母、键、泵盖、叶轮螺母、钢丝螺套、圆螺母、止动垫圈；所述的泵体的一端连接有泵盖，泵盖与泵体之间通过第二螺柱、弹垫和第二螺母连接有挡板，泵盖的一端通过第一螺母和第一螺柱连接有蜗壳，蜗壳内设置有叶轮，叶轮的中心设置有钢丝螺套和叶轮螺母，叶轮螺母的一侧设置有键，叶轮的左端与蜗壳之间通过紧定螺钉固定有左口环，叶轮的右端与泵盖之间设置有右口环，泵盖内配合有喉部衬套，蜗壳与泵盖之间设置有缠绕垫；所述的泵体与泵盖之间通过第三螺柱和第三螺母连接有机械密封，泵体的右端连接有圆螺母和止动垫圈。

作为优选，所述的泵体的右部侧壁通过铆钉固定有铭牌。

作为优选，所述的泵体的左端内壁与泵盖之间设置有O型密封圈。

作为优选，所述的泵体内还设置有防尘盘。

作为优选，所述的蜗壳上设置有管堵和垫。

作为优选，所述的泵体的右端底部通过螺栓和弹垫连接有支架。

本发明的工作原理为：工作时，介质从左端进口进入泵内，利用叶轮旋转而使介质发生离心运动来工作的。水泵在启动前，必须使泵壳和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水发生离心运动，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路。叶轮是离心泵的核心部分，它转速高出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。轴向力平衡装置，在离心泵运行过程中，由于液体是在低压下进入叶轮，而在高压下流出，使叶轮两侧所受压力不等，产生了指向入口方向的轴向推力，会引起转子发生轴向窜动，产生磨损和振动，因此应设置轴向推力轴承，以便平衡轴向力。

采用上述结构后，本发明产生的有益效果为：本发明所述的一种创新型叶片的离心泵，能实现提高效率，减慢磨蚀，延长叶轮寿命的目的。

附图说明

图1是本发明的结构图；

图2是图1的侧视图；

图3为本具体实施方式原有的叶轮叶片截面形状；

图4为本具体实施方式改进后的一种叶轮叶片截面形状；

图5为本具体实施方式改进后叶轮截面形状的极限形式；

图6为本具体实施方式叶片一次改进的锥形截面结构；

图7为本具体实施方式叶片一次改进的带圆R的截面结构；

图8为本具体实施方式叶片二次改进的锥形截面结构；

图9为本具体实施方式叶片二次改进的带圆R的截面结构；

图10为本具体实施方式叶片三次改进的锥形截面结构；

图11为本具体实施方式叶片三次改进的上平面圆弧的截面结构；

图12为本具体实施方式叶片改进前和改进后的扬程流量曲线图；

图13为本具体实施方式叶片改进前和改进后的流量效率曲线图。

附图标记说明：

蜗壳1、左口环2、 紧定螺钉3、叶轮4、右口环5、喉部衬套6、缠绕垫7、第一螺母8、第一螺柱9、第二螺柱10、弹垫11、第二螺母12、机械密封13、泵体14、铆钉15、铭牌16、螺栓 17、弹垫18、支架19、第三螺柱20、第三螺母21、O型密封圈22、键23、泵盖24、叶轮螺母25、钢丝螺套26、管堵27、垫28、防尘盘29、圆螺母30、止动垫圈31。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

参看如图1——图2所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含蜗壳1、左口环2、 紧定螺钉3、叶轮4、右口环5、喉部衬套6、缠绕垫7、第一螺母8、第一螺柱9、第二螺柱10、弹垫11、第二螺母12、机械密封13、泵体14、第三螺柱20、第三螺母21、键23、泵盖24、叶轮螺母25、钢丝螺套26、圆螺母30、止动垫圈31；所述的泵体14的一端连接有泵盖24，泵盖24与泵体14之间通过第二螺柱10、弹垫11和第二螺母12连接有挡板，泵盖24的一端通过第一螺母8和第一螺柱9连接有蜗壳1，蜗壳1内设置有叶轮4，叶轮4的中心设置有钢丝螺套26和叶轮螺母25，叶轮螺母25的一侧设置有键23，叶轮4的左端与蜗壳1之间通过紧定螺钉3固定有左口环2，叶轮4的右端与泵盖24之间设置有右口环5，泵盖24内配合有喉部衬套6，蜗壳1与泵盖24之间设置有缠绕垫7；所述的泵体14与泵盖24之间通过第三螺柱20和第三螺母21连接有机械密封13，泵体14的右端连接有圆螺母30和止动垫圈31。

作为优选，所述的泵体14的右部侧壁通过铆钉15固定有铭牌16。

作为优选，所述的泵体14的左端内壁与泵盖24之间设置有O型密封圈22。

作为优选，所述的泵体14内还设置有防尘盘29。

作为优选，所述的蜗壳1上设置有管堵27和垫28。

作为优选，所述的泵体14的右端底部通过螺栓 17和弹垫18连接有支架19。

本具体实施方式的工作原理为：工作时，介质从左端进口进入泵内，利用叶轮旋转而使介质发生离心运动来工作的。水泵在启动前，必须使泵壳和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水发生离心运动，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路。叶轮是离心泵的核心部分，它转速高出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。轴向力平衡装置，在离心泵运行过程中，由于液体是在低压下进入叶轮，而在高压下流出，使叶轮两侧所受压力不等，产生了指向入口方向的轴向推力，会引起转子发生轴向窜动，产生磨损和振动，因此应设置轴向推力轴承，以便平衡轴向力。

参看如图3——图5所示，本具体实施方式的叶片截面形状为三角形，叶片背面不变，依旧为平面，工作面变为一个锥面，这样能够减少能量损失，同时锥形工作面，在固体颗粒击中叶片时，叶片的斜面，使原来垂直于工作面的力，方向变为和工作面成一定角度，这时固体颗粒作用在工作面上的力可分解为垂直于工作面方向的力f2和平行于工作面方向的力f1两个分力，根据受力分解和三角形法则一个力的分力小于本身。

参看如图6——图7所示，根据以上分析，以此设计出了两种叶片截面形状，叶片厚度H，分析后得出，在工作中，对输送介质的约束大大降低，对叶轮和前后盖板之间的间隙要求较高，较难实现。

参看如图8——图9所示，对叶片截面形状进行改进，叶片厚度H，在原有叶片厚度上保留原来厚度的1/2-2/3，即保留厚度b，将其余的厚度改为锥形，改形后截面成为了一个五边形。但是此次改形和预期结果相比，稍微有一点差距。

参看如图10——图11所示，进行第三次改形，叶片厚度H，在原有叶片厚度h的基础上，适当增加厚度，最大增加厚度a不超过1.5mm，将截面改为锥形或者将上平面改为圆弧形状，保留了原有叶片对流体的约束效果，顶端改为圆弧，比圆锥效果好。

参看如图12——图13所示，以第三次改进为基础，对改进前后的离心泵进行建模，用ICEM进行网格划分和计算域的离散，用Fluent进行流场分析，用清水计算改进前后的性能，发现相比改前，泵性能有一定提高，特别是在小流量区域，效率和扬程提高比较明显。

用固液两相流进行磨损率的分析，固体颗粒直径为0.05mm，体积分数为5%。

表1为叶片改形前和改形后的磨损率结果对比表：

	磨蚀率（kg/m2s-1）
		改形前	1.6287649×10-8
改形后	1.4207703×10-8

由上表1可知，磨损率改进后降低了12.5%，工作面磨损降低30%以上。

采用上述结构后，本具体实施方式产生的有益效果为：本发明所述的一种创新型叶片的离心泵，简单易实现的叶轮截面形状改变，能实现效率提高，磨蚀减慢，叶轮寿命得以提高的预期目标。相比其它研究思路，改变叶片截面形状在工程上比较容易实现；同时，在不改变叶轮原有材质的情况下，达到甚至超出原有的设计工况和寿命，这将在工程上有巨大的实际应用价值和应用潜力。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种创新型叶片的离心泵，其特征在于：它包含蜗壳、左口环、 紧定螺钉、叶轮、右口环、喉部衬套、缠绕垫、第一螺母、第一螺柱、第二螺柱、弹垫、第二螺母、机械密封、泵体、第三螺柱、第三螺母、键、泵盖、叶轮螺母、钢丝螺套、圆螺母、止动垫圈；所述的泵体的一端连接有泵盖，泵盖与泵体之间通过第二螺柱、弹垫和第二螺母连接有挡板，泵盖的一端通过第一螺母和第一螺柱连接有蜗壳，蜗壳内设置有叶轮，叶轮的中心设置有钢丝螺套和叶轮螺母，叶轮螺母的一侧设置有键，叶轮的左端与蜗壳之间通过紧定螺钉固定有左口环，叶轮的右端与泵盖之间设置有右口环，泵盖内配合有喉部衬套，蜗壳与泵盖之间设置有缠绕垫；所述的泵体与泵盖之间通过第三螺柱和第三螺母连接有机械密封，泵体的右端连接有圆螺母和止动垫圈。

2.根据权利要求1所述的一种创新型叶片的离心泵，其特征在于：所述的泵体的右部侧壁通过铆钉固定有铭牌。

3.根据权利要求1所述的一种创新型叶片的离心泵，其特征在于：所述的泵体的左端内壁与泵盖之间设置有O型密封圈。

4.根据权利要求1所述的一种创新型叶片的离心泵，其特征在于：所述的泵体内还设置有防尘盘。

5.根据权利要求1所述的一种创新型叶片的离心泵，其特征在于：所述的蜗壳上设置有管堵和垫。

6.根据权利要求1所述的一种创新型叶片的离心泵，其特征在于：所述的泵体的右端底部通过螺栓和弹垫连接有支架。