专利名称：渣浆泵圆柱形变角螺旋线型叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种离心式渣浆泵叶轮的叶片。
离心式渣浆泵叶轮的叶片是重要的过流部件，其叶片工作面型线，将影响泵的效率和使用寿命。现有的渣浆泵，如中国石家庄水泵厂生产的PH型灰渣泵的叶片工作面是单圆弧型线；PN型泥浆泵的叶片是双圆弧线。它们都是基于一相流理论设计，设定叶轮的断面为恒定，流速也是恒定的。实际上，渣浆泵中流体是固态和液态两相流，固体的能量是通过液体间接触转换。一般叶片进口处液相速度大于固相速度，导致进口处相对堵塞；在叶片出口处固相速度大于液相速度，造成出口处相对抽吸，使水流的速度场和过流通道发生畸变，按照一个速度场考虑，并不反映两相流速度场和压力场的变化，此外叶片型线各点安放角出现跳跃，所以泵的效率低、磨蚀严重、使用寿命低。目前国内外已开始用两相流理论设计渣浆泵，如美国里海(lehigh)大学试验的对数螺旋线型叶片比单圆弧叶片效率高6～10％。中国″水泵技术″1987年第3期29页″多圆弧圆柱形叶片的绘型″，以及25页″圆柱形叶片绘型的新方法″，与本发明不同。
本发明的任务是按照两相流理论，设计一种低比转数渣浆泵圆柱形变角螺旋线型叶片。借以提高泵的效率，耐磨蚀，延长使用寿命。
本发明的要点是利用下列数学模式ri=r1(r2r1)in-----------(1)]]>式中ri－－所求i位节圆半径；r1－－已知叶片进口半径；
r2－－已知叶片出口半径；i－－所求节圆位序数(1，2，3，……)n－－设计给定的圆弧数。
求定节圆半径。从叶片已知进口半径r1所定的基圆与进口边的交点A始，至叶片已知出口半径r2所定的外圆与出口边交点B之间，按(1)式求定的ri为半径，以叶轮轴心O点为圆心，圈定n－1个节圆。从A点始，在基圆与第一位节圆之间，相邻的第i位与第i－1位节圆之间，末位节圆与外圆之间，绘n段连续的圆弧，各段圆弧的成形半径Rn=ri2-ri-122(ricosβi-ri-1cosβi-1)----------(2)]]>式中ri－－i位节圆半径；βi－－i位节圆与圆弧交点安放角；ri－1－－相邻的i－1位节圆半径；βi－1－－相邻的i－1位节圆与圆弧交点安放角。
前述n段连续的圆弧，即为圆柱形变角螺旋线叶片工作面的型线。其中n的取值越大，越使所作的叶片型线包角 趋近于理论计算值，即
式中β1－－已知进口安放角；β2已知出口安放角。
对于设计两相流渣浆泵，一般取φ︱＝110°～130°范围内。为便于工业上实施，一般取n＝3，即三段连续的圆弧所构成的圆柱形变角螺旋线叶片的型线，足以满足实用的要求。
以下结合附图详细描述本发明的实施方式。
图1所示圆柱形变角螺旋线型叶片截面图。
图2所示节圆与叶片型线交点安放角图解。
如
图1所示圆柱形变角螺旋线型叶片，由叶片已知进口半径r1圈定的基圆4与叶片进口边的交点A始，至叶片已知出口半径r2圈定的外圆7与叶片出口边的交点B之间，包括进口段叶片工作面型线1，中间段叶片工作面型线2，出口段叶片工作面型线3，共三段连续的弧构成圆柱形变角螺旋线型的叶片。
一、进口段叶片工作面型线1的构成。
1、按照前述公式(1)，式中i＝1，n＝3，求定节圆半径ra，并以O点(叶轮轴心)为圆心，圈定第一节圆5。
2、按照图2所示直角坐标，横轴为叶片半径r，纵轴为叶片安放角β，按已知叶片进口安放角β1和进口半径r1定点A；按已知叶片出口安放角β2和出口半径r2定点B，其AB连线为叶片型线各点曲率半径与安放角的关系。在实际设计中，根据经验，其AB连线为上凸线。以上面所述求定的第一节圆半径ra，按一定比例尺在横轴上标定ra点，并将其投影到上凸线交于a点，由a点垂直于纵轴并截取进口段叶片工作面型线交点a的安放角βa。
3、根据已知的r1，β1及上述定的ra，βa，按照前面所述(2)，式中ri＝pa；ri－1＝r1，βi＝βa，βi－1＝β1，求出进口段叶片工作面型线的成形半径R1。
4、在基圆内，以AO连线为准作∠OAa1＝β1，在Aa1边上截取Aa1＝R1，以a1为圆心，R1为半径，从叶片进口边A点始画弧，并交于第一节圆上的a点，则
弧即为进口段叶片工作面型线1。
二、中间段叶片工作面型线2的构成。
1、按照前述公式(1)，式中i＝2，n＝3，求定节圆半径rb，并以O点为圆心，圈定第二节圆6。
2.按照图2所示，以第二节圆半径r按一定比例尺在横轴上标定rb点，并将其投影到上凸线交于b点，由b点垂直于纵轴并截取中间段叶片工作面型线交点b的安放角βb3、根据上述求定的ra，βa及rb，βb，按照前面所述公式(2)，式中ri＝rb，ri－1＝ra，βi＝βbβi－1＝βa，求出中间段叶片工作面型线的成形半径R2。
4、在aa1连线的延长线上截取aa2＝R2，以a2为圆心，R2为半径，从交点a始画弧交于第二节圆上b点，则
弧即为中间段叶片工作面型线2。
三、出口段叶片工作面型线3的构成。
1、按照前述公式(1)，式中i＝3，n＝3，所求定的半径即为已知的叶片出口半径r2，并圈定外圆7，该外圆与叶片出口边交点B的安放角即为已知的叶片出口安放角β22、根据已知的r2，β2，rb，βb，按照前面所述公式(2)，式中ri＝r2，ri－1＝rb，βi＝β2βi－1＝βb求出出口段叶片工作面型线的成形半径R3。
3、在ba2连线的延长线上，截取ba3＝R3，以a3为圆心，R3为半径，从交点b始画弧交于外圆上B点，则
弧即为出口段叶片工作面型线3四、根据已知的r1、r2、β1、β2、代入前面公式(3)中，求出叶片型线包角φ的计算值，该值应在φ＝110～130范国内。否则，需修改β1，β2值，重新按上述过程设计叶片工作面型线。
实施例渣浆泵进口半径r1＝32.5毫米，出口半径r2＝100毫米，进口安放角β1＝40°，出口安放角β2＝18°。按公式(3)计算叶片型线包角φ＝114°；按照进口段、中间段、出口段三段连续的弧设计成圆柱形变角螺旋线型叶片，其型线各点安放角变化进口段型线各点安放角变化40°→39°→38°，角度变化是缓慢的减小，附合″相对堵塞″；中间段型线各点安放角变化38°→36°→33°.5，角度变化逐渐加速减小；出口段型线各点安放角变化33°.5→30°.5→27°.5→24°.5→18°，角度变化是急速减小，附合″相对抽吸″。
按本发明设计的渣浆泵，经试验，最高效率74.5％，最好吸程H＝8.4米，超过现有同类产品指标。本发明附合固液两相流混合场的规律，减少水力损失，提高泵的效率；叶片工作面型线各点安放角变化是有规律的，消除了跳汰现象，减小磨蚀，提高泵的使用寿命。
权利要求1.一种渣浆泵圆柱形变角螺旋线型叶片，其特征是从叶片已知进口半径r所定的基圆与进口边的交点A始，至叶片已知出口半径r所定的外圆与出口边交点B之间，按下式ri=r1(r2r1)in]]>式中ri-所求i位节圆半径；r1-已知叶片进口半径，r2-已知叶片出口半径，i-所求节圆位序数(1，2，3，……)n-设计给定的圆弧数，求定的节圆半径ri，以叶片轮轴心O点为圆心，圈定n-1个节圆，从A点始，在基圆与第一位节圆之间、相邻的第i位与第i-1位节圆之间、末位节圆与外圆之间，绘n段连续的圆弧，构成圆柱形变角螺旋线型叶片工作面的型线。
2.按照权利要求1所述的叶片，其特征是至少设定n＝3，即进口段、中间段、出口段三段连续的圆弧，构成圆柱形变角螺旋线型叶片工作面型线。
3.按照权利要求1所述的叶片，其特征是叶片工作面型线最佳包角φ＝110°～130°。
专利摘要一种渣浆泵圆柱形变角螺旋线型叶片，其特征是按固液两相流理论，采用新的数学模式
文档编号F04D29/18GK2075274SQ9020603
公开日1991年4月17日 申请日期1990年5月8日 优先权日1990年5月8日
发明者顾广运 申请人:煤炭科学研究总院唐山分院