一种双吸双层双流道叶轮及其设计方法与流程

本发明属于流体机械设计领域，特别涉及一种双吸双层双流道叶轮及其设计方法。

背景技术：

双流道泵也叫双流道离心泵，具有结构对称、运行平稳和无阻塞性能好等特点，主要用于潜水排污泵；因其可抽送生活污水、工业废水及含有固体颗粒和纤维的液体，从而广泛用于市政、轻工、化工、建筑、矿山等行业。由于传统水泵产品设计的局限性，其抗堵塞、防缠绕性能较差，严重影响和制约着市政建设及环境保护工作的发展，大大束缚了企业的生产能力。因此，研究开发高效节能、防缠绕、抗堵塞性能好、可靠性高、适应社会发展需求、具有广阔应用前景的无堵塞泵将显得尤为必要和迫切。目前国内双流道泵的研究工作主要围绕双流道叶轮和蜗壳的水力设计及相关产品的开发。但传统双流道泵效率低和轴向力大等特点使其有很大的应用局限性。

经检索，申请号91214341.X实用新型专利公开了一种双吸双流道叶轮，是一种单层双吸双流道叶轮，将两个单吸单流道叶轮结合成为一个双吸双流道叶轮。两个流道的出口呈轴对称，但未给出叶轮进口直径、出口直径、出口角、流道型线等具体设计参数。申请号201610008414.8发明专利申请公开了一种双吸多流道叶轮及其设计方法，其外叶轮是开式叶轮，内叶轮为闭式叶轮，发明人提供了叶轮的主要几何参数，包括双流道排污泵叶轮后盖板圆弧半径、叶轮出口直径等。但因外叶轮是开式叶轮，在安装叶轮与蜗壳时，需要慎重处理蜗壳与叶轮之间的间隙。

针对上述存在的不足，本发明人发明了“一种双吸双层双流道叶轮及其设计叶轮”，提供一种双吸双层双流道叶轮以及相关的设计方法，可以有效的提高双流道泵运行效率，解决双流道泵的轴向力过大等问题，且对双流道叶轮结构的改变使其具有更加良好的无阻塞性能。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种双吸双层双流道叶轮及其设计方法，使其效率和无阻塞性能大大提高，且解决了传统双流道泵轴向力过大的问题，且该双吸双层双流道叶轮在非设计工况点效率大大提高。具有结构简单，拆装方便，调节便捷，运行稳定等特点，并对所述的双吸双层双流道叶轮根据其结构特点进行水力设计，使其在不同的工况及介质环境下，叶轮都具有较高的效率和稳定的性能。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种双吸双层双流道叶轮，其特征在于，双流道叶轮为非对称双吸结构，左右流道呈180°镜像分布，且每个流道为双层叶轮；所述双流道叶轮每个流道对应一个吸入口，且吸入口对称布置在双吸双层双流道叶轮两侧；所述双流道叶轮的每个流道为两层，且靠近该流道吸入口盖板的为第一层流道，远离该流道吸入口盖板的为第二层流道，所述第一层流道和所述第二层流道的轴向宽度不同，且所述第一层流道的周向宽度大于所述第二层流道的周向宽度，且两层流道的外流道的流线方程不同、外流道的进口角不同。

进一步，所述双流道叶轮进口直径D_j和出口直径D₂，由下面公式计算：

其中：

D₂—泵叶轮出口直径，mm；

D_j—泵叶轮进口直径，mm；

Q—泵设计流量，m³/h；

H—泵设计扬程，m；

n—泵转速，r/min；

n_s—双吸双层双流道泵的比转速，公式为：

进一步，所述第一层流道宽度为b₂₁，所述第二层流道的宽度为b₂₂，由下面公式计算：

第一层流道和第二层流道总流道宽度b₂的确定：

其中：

b₂＝b₂₁+b₂₂

第一层流道的流道宽度b₂₁的确定：

第二层流道的流道宽度b₂₂的确定：

b₂₂＝b₂-b₂₁

式中：

n_s—双吸双层双流道泵的比转速；

D_j—泵叶轮进口直径，mm；

b₂—叶轮两层流道的总流道宽度，mm；

b₂₁—第一层流道的流道宽度，mm；

b₂₂—第二层流道的流道宽度，mm；

K_b21—系数，取值0.85～1.15。

进一步，所述双吸双层双流道叶轮前后盖板的圆弧半径，由下面公式计算：

第一层流道(1)前盖板圆弧半径R₁₁的确定：

第二层流道(2)前盖板圆弧半径R₁₂的确定：

后盖板圆弧半径R₂的确定：

式中：

n_s—双吸双层双流道泵的比转速；

D_j—泵叶轮进口直径，mm；

R₁₁—第一层流道(1)前盖板圆弧半径，mm；

R₁₂—第二层流道(2)前盖板圆弧半径，mm；

R₂—后盖板圆弧半径，mm。

进一步，所述双吸双层双流道叶轮第一层流道外流道和第二层流道外流道的螺旋线，由以下关系式确定：

第一层流道外流道的螺旋线方程：

第二层流道外流道的螺旋线方程：

式中：

r_a—第一层流道外流道的θ_a角处所对应的螺旋线半径，mm；

r_b—第二层流道外流道的θ_b角处所对应的螺旋线半径，mm；

r₂—叶轮出口半径，mm；

r₁—叶轮进口半径，mm；

β₁₁—第一层流道外流道进口安放角，度；

β₁₂—第二层流道外流道进口安放角，度；

β₂—第二层流道外流道出口安放角，度；

—第一层流道外流道外流道的包角，度；

—第二层流道外流道外流道的包角，度；

和关系：

θ_a—第一层流道(1)外流道(a)处给定的不同的角度，度；取值范围：

θ_b—第二层流道(2)外流道(b)处给定的不同的角度，度；取值范围：

K_a—第一层流道外流道的系数，公式为：

K_b—第二层流道外流道的系数，公式为：

进一步，所述双吸双层双流道叶轮流道第一层流道和第二层流道中线螺旋线和第一层流道中线的螺旋线包角，由以下关系式确定：

第一层流道中线的螺旋线：

第二层流道中线螺旋线：

第一层流道中线的螺旋线包角：

式中：

D_2θ—第一层流道外流道的θ_az角处所对应的螺旋线半径，mm；

—第一层流道中线的包角，度；

θ_az—第一层流道中线处给定的不同的角度，度；

r_az—第一层流道中线的θ_az角处所对应的螺旋线半径，mm；

r_bz—第二层流道中线的螺旋线半径，mm。

进一步，所述双吸双层双流道叶轮流道的前、后盖板倾角γ₁和γ₂满足下面关系：

γ₁＝85～89°

γ₂＝89～91°式中：

γ₁—双吸双层双流道泵的前盖板倾角，度；

γ₂—双吸双层双流道泵的后盖板倾角，度。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的双吸双层双流道叶轮及其设计方法，可以改善双吸双流道叶轮内部的流动状态，有效降低双流道泵的轴向力过大等问题，提高双流道泵运行效率。且对双流道叶轮的结构的改变使其具有更加良好的无阻塞性能。

2.本发明所述的双吸双层双流道叶轮及其设计方法，具有结构简单，拆装方便，调节便捷，运行稳定等特点，并对所述的双吸双层双流道叶轮根据其结构特点进行水力设计，使其在不同的工况及介质环境下，叶轮都具有较高的效率和稳定的性能。

附图说明

图1为本发明所述的双吸双层双流道叶轮的结构的轴面图。

图2为本发明所述的双吸双层双流道叶轮的结构的平面图。

图3为本发明所述的双吸双层双流道叶轮的前、后盖板示意图。

图4为本发明所述的双吸双层双流道叶轮的一个流道的截面示意图。

图中：

1-第一层流道；2-第二层流道；a-第一层流道外流道；b-第二层流道外流道；c-内流道。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1和图4所示，一种双吸双层双流道叶轮，其特征在于，双流道叶轮为非对称双吸结构，左右流道呈180°镜像分布，且每个流道为双层叶轮；所述双流道叶轮每个流道对应一个吸入口，且吸入口对称布置在双吸双层双流道叶轮两侧；所述双流道叶轮的每个流道为两层，且靠近该流道吸入口盖板的为第一层流道1，远离该流道吸入口盖板的为第二层流道2，所述第一层流道1和所述第二层流道2的轴向宽度不同，且所述第一层流道1的周向宽度大于所述第二层流道2的周向宽度，且两层流道的外流道的流线方程不同、外流道的进口角不同。

图2和图3中的轴面图和平面图对各设计参数进行表示，根据设计要求扬程H，流量Q，效率η参数，对该叶轮进口直径D_j和出口直径D₂，第一层流道流道1宽度b₂₁和第二层流道的流道2宽度b₂₂，前盖板圆弧半径R₁，后盖板圆弧半径R₂，第一层流道1外流道a和第二层流道2外流道b的螺旋线，第一层流道1和第二层流道2中线螺旋线和第一层流道1中线的螺旋线包角进行设计，主要由以下关系式确定：

所述双流道叶轮进口直径D_j和出口直径D₂，由下面公式计算：

其中：

D₂—泵叶轮出口直径，mm；

D_j—泵叶轮进口直径，mm；

Q—泵设计流量，m³/h；

H—泵设计扬程，m；

n—泵转速，r/min；

n_s—双吸双层双流道泵的比转速，公式为

所述第一层流道1宽度为b₂₁，所述第二层流道2的宽度为b₂₂，由下面公式计算：

第一层流道1和第二层流道2总流道宽度b₂的确定：

其中：

b₂＝b₂₁+b₂₂

第一层流道1的流道宽度b₂₁的确定：

第二层流道2的流道宽度b₂₂的确定：

b₂₂＝b₂-b₂₁

式中：

n_s—双吸双层双流道泵的比转速；

D_j—泵叶轮进口直径，mm；

b₂—叶轮两层流道的总流道宽度，mm；

b₂₁—第一层流道1的流道宽度，mm；

b₂₂—第二层流道2的流道宽度，mm；

K_b21—系数，取值0.85～1.15。

所述双吸双层双流道叶轮前后盖板的圆弧半径，由下面公式计算：

第一层流道1前盖板圆弧半径R₁₁的确定：

第二层流道2前盖板圆弧半径R₁₂的确定：

后盖板圆弧半径R₂的确定：

式中：

n_s—双吸双层双流道泵的比转速；

D_j—泵叶轮进口直径，mm；

R₁₁—第一层流道1前盖板圆弧半径，mm；

R₁₂—第二层流道2前盖板圆弧半径，mm；

R₂—后盖板圆弧半径，mm。

所述双吸双层双流道叶轮第一层流道1外流道a和第二层流道2外流道b的螺旋线，由以下关系式确定：

第一层流道1外流道a的螺旋线方程：

第二层流道2外流道b的螺旋线方程：

式中：

r_a—第一层流道1外流道a的θ_a角处所对应的螺旋线半径，mm；

r_b—第二层流道2外流道b的θ_b角处所对应的螺旋线半径，mm；

r₂—叶轮出口半径，mm；

r₁—叶轮进口半径，mm；

β₁₁—第一层流道1外流道a进口安放角，度；

β₁₂—第二层流道2外流道b进口安放角，度；

β₂—第二层流道2外流道b出口安放角，度；

—第一层流道1外流道a外流道的包角，度；

—第二层流道2外流道b外流道的包角，度；

和关系：

θ_a—第一层流道1外流道a处给定的不同的角度，度；取值范围：

θ_b—第二层流道2外流道b处给定的不同的角度，度；取值范围：

K_a—第一层流道1外流道a的系数，公式为：

K_b—第二层流道2外流道b的系数，公式为：

所述双吸双层双流道叶轮流道第一层流道1和第二层流道2中线螺旋线和第一层流道1中线的螺旋线包角，由以下关系式确定：

第一层流道1中线的螺旋线：

第二层流道2中线螺旋线：

第一层流道1中线的螺旋线包角：

式中：

D_2θ—第一层流道1外流道a的θ_az角处所对应的螺旋线半径，mm；

—第一层流道1中线的包角，度；

θ_az—第一层流道1中线处给定的不同的角度，度；

r_az—第一层流道1中线的θ_az角处所对应的螺旋线半径，mm；

r_bz—第二层流道2中线的螺旋线半径，mm。

所述双吸双层双流道叶轮流道的前、后盖板倾角γ₁和γ₂满足下面关系：

γ₁＝85～89°

γ₂＝89～91°

式中：

γ₁—双吸双层双流道泵的前盖板倾角，度；

γ₂—双吸双层双流道泵的后盖板倾角，度。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。