CN112182810B - 一种三叶片闭式污水泵及水力设计方法和三叶片闭式叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种三叶片闭式污水泵及水力设计方法和三叶片闭式叶轮，三叶片闭式污水泵的叶轮为三叶片闭式叶轮形式，本发明主要用于输送含有纤维等易缠绕杂质的城市生活污水，采用一元理论及速度三角形在原有技术的基础上提出了一种新的污水泵水力设计方法，本发明的目的是在给出设计要求参数的情况下，利用一元理论及速度三角形设计叶轮几何参数，包括：叶轮进口直径D1、叶轮出口直径D2、叶片出口宽度b2、叶片出口安放角β2和叶片包角α，设计出防堵性较好的污水泵，能够有效提高污水泵输送含有长纤维污水的通过性能，避免发生堵塞，同时能够提高污水泵的水力性能。本发明所述污水泵适用性广，防堵性能较好，同时能够保证污水泵的有着较高的效率。
Description
技术领域
本发明属于流体机械领域，尤其涉及一种三叶片闭式污水泵及水力设计方法和三叶片闭式叶轮。
背景技术
污水泵主要用于输送城市中的生活用水。由于被输送的介质中含有易缠绕或聚束的纤维物。故该种泵流道易于堵塞，泵一旦被堵塞会使泵不能正常工作，甚至烧毁电机，从而造成排污不畅。给城市生活和环保带来严重的影响。因此，防堵性和可靠性是判断污水泵优劣的重要因素。
闭式污水泵叶轮正常效率较高。但该型式叶轮的防堵性差，易于缠绕，不宜于抽送含大颗粒(长纤维)等未经处理的污水介质。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种三叶片闭式污水泵及水力设计方法和三叶片闭式叶轮，三叶片闭式污水泵的叶轮为三叶片闭式叶轮形式，本发明主要用于输送含有纤维等易缠绕杂质的城市生活污水，采用一元理论及速度三角形初步设计，在原有技术的基础上提出了一种新的污水泵水力设计方法，本发明的目的是在给出设计要求参数(流量Q，扬程H，转速n)的情况下，利用一元理论及速度三角形设计叶轮几何参数，包括：叶轮进口直径D1、叶轮出口直径D2、叶片出口宽度b2、叶片出口安放角β2和叶片包角α，设计出防堵性较好的污水泵。
本发明的技术方案是：一种三叶片闭式污水泵的水力设计方法，所述三叶片闭式污水泵的叶轮为三叶片闭式叶轮形式，对三叶片闭式叶轮的几何参数进行优化设计，所述几何参数包括：叶轮进口直径D1、叶轮出口直径D2、叶片出口宽度b2、叶片出口安放角β2和叶片包角α。
上述方案中，所述进口直径D1由以下公式获得：
式中：
D1—叶轮进口直径，m；
ns—比转速,Q—流量，m3/s；
n—转速，r/min；
H—扬程，m。
上述方案中，所述出口直径D2由以下公式获得：
式中：
D2—叶轮外径，m；
ns—比转速，Q—流量，m3/s；
n—转速，r/min。
上述方案中，所述出口宽度b2由以下公式获得：
式中：
b2—叶轮出口宽度，m；
ns—比转速,Q—流量，m3/s；
n—转速，r/min。
上述方案中，所述叶片出口安放角β2由以下公式获得：
式中：
β2—叶片出口安放角，°。
上述方案中，所述叶片包角α由以下公式获得：
式中:
α—叶片包角，°；
ns—比转速。
一种三叶片闭式叶轮，所述三叶片闭式叶轮根据所述三叶片闭式污水泵的水力设计方法得到。
一种三叶片闭式污水泵，所述三叶片闭式污水泵包括所述三叶片闭式叶轮。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于一元理论及速度三角形对三叶片闭式叶轮的几何参数进行优化设计，所述几何参数包括：叶轮进口直径D1，叶轮出口直径D2，叶片出口宽度b2，叶片出口安放角β2，叶片包角α。利用本发明方法设计的三叶片闭式叶轮，能够有效提高污水泵输送含有长纤维污水的通过性能，避免发生堵塞，同时能够提高污水泵的水力性能。本发明所述污水泵适用性广，防堵性能较好，同时能够保证污水泵的有着较高的效率。
附图说明
图1是本发明一个实施例的叶轮轴面投影图；
图2是本发明一个实施例的叶轮平面简图；
图3是本发明一个实施例在三个不同时刻的防堵性能模拟可视化结果，(a)0.042s(b)0.141s(c)0.295s；
图4是依据传统水力设计方法在三个不同时刻的防堵性能模拟可视化结果，(a)0.042s(b)0.141s(c)0.295s。
其中，D1—叶轮进口直径，D2—叶轮出口直径，b2—叶片出口宽度；β2—叶片出口安放角，α—叶片包角。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
一种三叶片闭式污水泵的水力设计方法，所述三叶片闭式污水泵的叶轮为三叶片闭式叶轮形式，利用一元理论及速度三角形设计叶轮几何参数，几何参数包括：叶轮进口直径D1、叶轮出口直径D2、叶片出口宽度b2、叶片出口安放角β2和叶片包角α，如图1和图2所示。
根据本实施例，优选的，设计要求为：以设计参数流量Q＝750m3/h，扬程H＝20m，转速n＝1480r/min为例，说明上述水力设计方法的具体应用。在设计过程中，根据不同的比转速，选择不同的参数关联式。
因此，
根据所得出的水力参数，采用Pro/E软件对水体进行三维建模，采用ICEM软件对水体进行网格划分。
对上述叶轮采用ANSYS CFX进行定常计算，分别得出本设计方法和传统水力设计方法得到的两种不同方案下的水力性能参数，表1所示为本发明方法与传统水力设计方法的性能比较。
表1本发明方法与传统水力设计方法的性能比较
对本发明方法与传统水力设计方法得到的叶轮采用rocky dem软件进行叶轮堵塞可视化研究，分别得出两种不同方案下叶轮在不同时刻的叶片缠绕情况，如图3和图4所示。与传统水力设计方法相比较，本发明中水力设计方法使得污水泵的效率与扬程均有所提高，且防堵性能更好。依据本发明方法设计的污水泵和传统设计方法设计的污水泵输送含有长纤维杂质污水时候的数值模拟可视化结果对比，结果选取了3个典型时刻，图3是依据本发明方法设计的污水泵分别在运行时刻为0.042s,0.141s,0.295s防堵性能可视化模拟结果；图4是依据传统水力设计方法设计的污水泵分别在运行时刻为0.042s,0.141s,0.295s防堵性能可视化模拟结果。图3中(a)和图4中(a)为长纤维杂质刚刚进入叶轮0.042s的计算结果，受水流影响长纤维杂质运动至紧贴叶轮叶片工作面并处于流道前部；图3和图4中(b)为叶轮运行0.141s的计算结果，传统设计设计叶轮中长纤维杂质堵塞于流道前部，如图4中(b)所示，而本发明方法所设计的叶轮内部分杂质已经顺利通过流道，如图3中(b)所示；图3和图4中(c)为叶轮运行0.295s，传统设计叶轮中叶轮缠绕物较多，流道部分堵塞严重，对流体的流动产生了较大阻碍，会影响叶轮的运行,如图4中(c)所示，而本发明方法所设计的叶轮缠绕物较少,叶轮内部流道未发生明显堵塞，如图3中(c)所示。可见，传统水力设计方法设计的叶轮流道内纤维杂质的速度较低，叶轮的通过性能不好，而本发明方法所设计的叶轮运行通畅，纤维杂质运动速度比原方案高，在流道内滞留时间短。综上分析，本发明方法设计的叶轮具有更好的防堵塞性能。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种三叶片闭式污水泵的水力设计方法，其特征在于，所述三叶片闭式污水泵的叶轮为三叶片闭式叶轮形式，对三叶片闭式叶轮的几何参数进行优化设计，所述几何参数包括：叶轮进口直径D1、叶轮出口直径D2、叶片出口宽度b2、叶片出口安放角β2和叶片包角α；
所述进口直径D1由以下公式获得：
式中：
D1—叶轮进口直径，m；
ns—比转速,
Q—流量，m3/s；
n—转速，r/min；
H—扬程，m；
所述出口直径D2由以下公式获得：
式中：
D2—叶轮外径，m；
所述出口宽度b2由以下公式获得：
式中：
b2—叶轮出口宽度，m；
所述叶片出口安放角β2由以下公式获得：
式中：
β2—叶片出口安放角，°；
所述叶片包角α由以下公式获得：
,ns＝40～300
式中:
α—叶片包角，°。
2.一种三叶片闭式叶轮，其特征在于，所述三叶片闭式叶轮根据权利要求1所述三叶片闭式污水泵的水力设计方法得到。
3.一种三叶片闭式污水泵，其特征在于，所述三叶片闭式污水泵包括根据权利要求2所述三叶片闭式叶轮。
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