CN107100888A - 一种大通过球径高效双壳泥泵的扭曲叶片型叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及泥泵水力设计技术领域，公开了一种大通过球径高效双壳泥泵的扭曲叶片型叶轮，其中叶轮最大通过球体直径为叶轮吸口直径的60％，叶片为三维扭曲叶片。本发明的挖泥泵叶轮叶片被设计成扭曲型叶片，叶片型线提高了叶轮流道的通过能力，新的挖泥泵叶轮能够解决泥泵输送大块儿岩石时易阻塞的问题，并减小了水力损失，提高了泥泵效率。

Description

一种大通过球径高效双壳泥泵的扭曲叶片型叶轮

技术领域

本发明涉及一种用于疏浚、矿业领域中能够输送大块岩石、矿物的大通过球径高效工业用泵，主要是一种通过能力为泥泵吸口直径的60％、能有效防止大石块堵塞的泥泵。

背景技术

泥泵是挖泥船的关键设备，当绞吸挖泥船在挖风化岩，珊瑚礁岩、或者含有较大石块的砂性土时，会发生石块堵在泥泵叶轮进口的情况，不得中断施工，拆掉泥泵进口短管，将叶轮进口的石块清理出来，泥泵频繁堵塞，不能保证施工的连续性，严重降低了绞吸挖泥船在此种土质工况的施工效率。以现有的3500m³/h绞吸挖泥船上应用的泥泵为例，无论是五叶叶轮的普通泥泵还是三叶片叶轮的高效泥泵，通过粒径为泥泵吸口直径的35-40％，当泥泵吸口直径为850mm，即泥泵最大通过球体直径为340mm，当石块尺寸大于340mm，很容易堵塞在泵吸口位置。泥泵叶轮的通过球径相对较小，是泥泵在输送岩块时发生频繁堵塞的主要原因。针对大块岩石等特殊土质时，泥泵关键过流部件不仅要求其流道应顺应疏浚物的运行轨迹，且过流通道大，减少泥泵堵塞。

发明内容

针对现有挖泥泵在输送岩石时易阻塞的问题，本发明的目的是提供一种能够通过物体外径更大的泵叶轮，采用该叶轮设计的泥泵最大通过球径可达泥泵吸口直径的60％，当泥泵吸口直径为850mm，即泥泵最大通过球体直径为510mm，增强了大块儿岩石的输送能力，有效防止泥泵堵塞，同时在多种工况下具有较高的效率，提高了挖泥船的施工效率。

本发明需要保护的技术方案是：

一种大通过球径高效双壳泥泵的扭曲叶片型叶轮，该叶轮的过流部分由叶轮前盖板、叶轮后盖板、导流帽、叶片、轮毂5围成(这部分结构涉及组成部件、位置关系，连接关系都已属于现有技术)。而本发明的创新点，其特征在于：

所述的叶片3为扭曲型叶片，叶片数为三个，相邻呈120度间隔，叶片出口宽度为叶轮吸口直径的60％，叶轮流道通过最大球体直径为叶轮吸口直径的60％，叶片从进口到出口均匀加厚，叶片厚度取值为80～120mm，叶片包角取值120°～150°。叶片型线方程由两部分组成，叶片与前盖板交线方程和叶片与后盖板交线方程：

所述叶片与前盖板交线方程：

所述叶片与后盖板交线方程：

其中，r₁为叶轮吸口半径，单位mm；θ为叶片在圆周方向的角度，叶片进口为起始0°，叶片出口为终点 为叶片包角，图1中为135°，r_s(θ)和r_h(θ)分别为前盖板交线和后盖板交线上任一点到叶轮中心的距离，单位mm。叶片由前盖板交线和后盖板交线放样后，向叶轮外缘方向加厚得到设定的厚度范围内。

基于以上技术方案，可以设计一种输送岩石的大通径高效挖泥泵，内腔由本发明悬臂式闭式离心叶轮及单流道蜗壳组成，内部的叶轮及外部的蜗壳均采用高铬铸铁铸造而成。

叶轮的过流部分由叶轮前盖板、叶轮后盖板、导流帽、叶片、轮毂5围成。泵轴与叶轮轮毂通过螺纹连接，叶轮吸口有防磨环，吸口处有防磨衬套，叶轮与泵盖间有防磨衬板。叶片为扭曲型叶片，叶片数为三个，叶轮流道通过最大球体直径为叶轮吸口直径的60％。

蜗壳由衬板、泵盖支撑并固定，蜗壳流道断面形状为圆角矩形，蜗壳流道宽度值取叶轮流道宽度与叶轮前后盖板厚度值以及叶轮盖板与耐磨衬板的间隙值之和，叶轮前后盖板厚度值取50-60mm，叶轮盖板与耐磨衬板的间隙值取3-5mm，蜗壳的内、外缘均为螺旋线型。

本发明的挖泥泵叶轮叶片被设计成扭曲型叶片，叶片型线提高了叶轮流道的通过能力，本发明挖泥泵叶轮能够解决泥泵输送大块儿岩石时易阻塞的问题，并减小了水力损失，提高了泥泵效率。

本发明的泥泵具有大通过球径、高效率，通过球体直径比市场现有泥泵产品的通过球径提高50％，有效减少疏浚大块岩石的堵塞几率，且泥泵清水效率可达85％，保证了施工连续性及经济型，给企业带来了明显的效益提升。

附图说明

图1是叶轮轴面投影图和叶片型线图。

图2为叶轮水体流道三维图以及通过球径图。

图3为三维叶轮零件图，1-前盖板，2-导流帽，3-叶片，4-后盖板，5-轮毂。

图4为双壳泥泵三维装配图，6-蜗壳(内胆)，7-耐磨衬板，8-大盖，9-前泵盖，10-叶轮，11-叶轮吸口防磨环，12-外壳，13-轴承筒组件，14-泵轴，15-轴承筒托架。

图5为采用本发明叶轮设计的泥泵清水性能曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1所示，叶轮流道轴面投影和叶片型线，叶片数为3，叶轮外径D₂为2040mm，叶轮吸口直径850mm，叶轮叶轮流道出口宽度B2为叶轮吸口直径D₁的60％，即叶轮流道出口宽度B₂为510mm，叶片包角取135°，根据方程(1)和方程(2)计算得到叶片型线坐标如下表。叶片由前盖板交线和后盖板交线放样后，向叶轮外缘方向加厚80mm得到。

θ(°)	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	135
																rs(θ)(mm)	231	277	323	382	433	490	541	600	654	708	755	805	857	912	1020
rh(θ)(mm)	429	448	474	498	529	556	591	626	669	708	755	805	857	912	1020

图2所示，本发明叶轮的最大通过球体直径为图1中叶轮吸口直径D1的60％，即510mm。

图3所示，叶轮的过流部分由叶轮前盖板1、导流帽2、叶片3和叶轮后盖板4、轮毂5围成，且前述五个部分为一体铸造。叶片3为扭曲型叶片，叶片数为三个，叶轮流道通过最大球体直径为叶轮吸口直径的60％。

图4所示，泵轴14与叶轮10通过螺纹连接，叶轮10与叶轮吸口防磨环11通过螺栓连接，叶轮10位于蜗壳(内胆)6以及耐磨衬板7组成的腔体内，蜗壳(内胆)6通过螺栓固定在外壳12上，蜗壳(内胆)6与外壳12之间的腔体充满高压水已平衡泥泵流道内的压力，叶轮10与前泵盖9和外壳12间有耐磨衬板7，耐磨衬板7通过螺栓和前泵盖9和外壳12连接，前泵盖9通过螺栓连接在大盖8上，大盖8通过螺栓连接在外壳12上，泵轴14位于轴承筒13内部，轴承筒13固定在轴承筒托架15上，且轴承筒托架15通过螺栓与外壳7连接，轴承筒托架15和外壳12通过螺栓固定在船体甲板上。

蜗壳(内胆)流道宽度值取叶轮流道宽度与叶轮前后盖板厚度值以及叶轮盖板与耐磨衬板的间隙值之和，叶轮前后盖板厚度值取60mm，叶轮盖板与耐磨衬板的间隙值取4mm，即蜗壳(内胆)流道宽度值取578mm。

图5所示，经过数值模拟仿真得到本发明泥泵的性能曲线，流量12000-14000m³/h，水力效率可达83％-85％，水力性能优良。经生产实践检验，根据本发明设计的叶轮增强了大块儿岩石的输送能力，有效防止泥泵堵塞，提高了挖泥船的施工连续性，进而提高了挖泥船的施工效率，具有较高的经济效益。能大幅度减少绞吸挖泥船在恶劣土质下的泥泵堵塞几率，减少维护时间，提高船舶施工连续性，增加绞吸挖泥船的有效施工时长，提高日产量，从而节约成本，提高效益。

以上为本发明专利的具体说明，但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。

Claims (2)

1.一种大通过球径高效双壳泥泵的扭曲叶片型叶轮，该叶轮的过流部分由叶轮前盖板、叶轮后盖板、导流帽、叶片、轮毂5围成(这部分结构涉及组成部件、位置关系，连接关系都已属于现有技术)，其特征在于，

所述的叶片3为扭曲型叶片，叶片数为三个，相邻呈120度间隔，叶片出口宽度为叶轮吸口直径的60％，叶轮流道通过最大球体直径为叶轮吸口直径的60％，叶片从进口到出口均匀加厚，叶片厚度取值为80～120mm，叶片包角取值120°～150°。

2.如权利要求1所述的叶轮，其特征在于，叶片型线方程由两部分组成，叶片与前盖板交线方程和叶片与后盖板交线方程：

叶片与前盖板交线方程：r_s(θ)＝0.9863e^0.0059θr₁

叶片与后盖板交线方程：r_h(θ)＝(0.0125θ+0.5273)r₁

其中，r₁为叶轮吸口半径，单位mm；θ为叶片在圆周方向的角度，叶片进口为起始0°，叶片出口为终点 为叶片包角，图1中为135°，r_s(θ)和r_h(θ)分别为前盖板交线和后盖板交线上任一点到叶轮中心的距离，单位mm。叶片由前盖板交线和后盖板交线放样后，向叶轮外缘方向加厚得到设定的厚度范围内。