本发明涉及一种单叶片离心泵的主要零件的设计方法,特别涉及一种超空化离心泵螺旋形叶轮结构设计方法。
背景技术：
单叶片泵叶轮可以从叶轮进口到叶轮出口只存在一个叶片，因此也存在一个弯曲的流道，适合输送大颗粒或含纤维的物质，因此在化工、矿山、食品、建筑、造纸等诸多行业的工业流程中应用较为广泛。而有时离心泵输送的是高浓度、有腐蚀性的盐卤类介质，比如输卤泵输送卤水时,由于泵的内部流道结构复杂,卤水通过时，难免会有沉淀的细微颗粒吸附在叶轮叶片表面,成为生长晶体,迅速引起结盐,严重时会堵塞流道,或者腐蚀叶片，导致泵的效率下降，泵就不能正常工作。
空化是指在液体流场的低压区域形成蒸汽空泡的过程，Knapp这样描述空化过程的主要特征：当液体内的压力在恒温下由于某种原因降低，然后达到了某种状态，此时蒸汽空泡或者充满气体或蒸汽的空穴开始出现并生长，空泡或空穴的生长是爆炸性的，这一过程称为空化。空化是以液体为介质的泵、水轮机、水泵水轮机以及螺旋桨等透平机械的两个特有流体力学问题之一。空化对泵的损坏很大，叶片因此被损毁从而影响泵的效率和水力性能，所以泵的空化现象一直是泵类研究的重点方向。但是往往学者集中在怎么避免或者减少空化来提高效率，但是空化也有可以利用的一面，在超空化阶段，水汽混合相和汽相的分布决定了超空化区域速度场和涡量场的分布特性。在超空化时，空泡已经覆盖了整个水翼吸力面，并从物体表面延伸到尾部的后面区域，空化区域的压力非常低，并形成一个大的准固定空穴。本专利就利用超空化的特点来提高泵的效率与水力性能。
申请号为201120532204.1号的中国发明专利公开了一种防结盐的输卤泵叶轮水力设计方法，这种方法是通过采用在叶轮过流通道表面喷涂环氧陶瓷涂层,提高表面光洁度通过加大圆角和加装橡胶密封板的方法,消除叶轮内的低压区，来防止结盐。但是上述专利中只提到利用物理方法来防止结盐，并没有对减少高浓度盐卤介质对叶片的腐蚀进行结构上的改进。
针对上述存在的缺陷，本发明人发明了“一种超空化离心泵螺旋形叶轮”，不仅给出了单叶片超空化泵叶轮螺旋状叶片的设计方法，还在一定程度上解决了单叶片泵叶片减阻、耐腐蚀、增效的作用，因而改善了单叶片泵性能失稳的问题，稳定流入叶轮中的流体，在一定程度上提高了单叶片泵的水力效率，延长泵的使用寿命和维修周期。
随着我国经济的快速发展和全球能源的日益减少，如何节约能源已成为人们越来越关注的问题。目前国内对于泵类产品的需求量很大，每年发电量的20％～25％都会消耗在泵类产品上。如何实现单叶片泵在保证水力效率高的同时，进一步提高其稳定性能，较少叶片的磨损破坏，已经成为当前单叶片泵发展的紧迫问题。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种超空化离心泵螺旋形叶轮设计方法。本发明的目的在于让单叶片泵的叶轮叶片出现超空化，减小泵的摩擦阻力损失，通过改进叶片进口段的几何设计助于固体颗粒的舒畅流动，稳定流体，在一定程度上增强单叶片泵的可靠性，提高离心泵水力效率和稳定性能，增长泵的寿命和维修周期，以减少检修人员的工作量。
实现上述目的所采用的技术方案是：
一种超空化离心泵螺旋形叶轮，该叶轮主要由叶片、叶轮前盖板、叶轮后盖板组成，叶片固定连接在叶轮前盖板和叶轮后盖板之间，所述叶片为螺旋状的单叶片，在所述螺旋状的单叶片背面靠近吸入口处开设有一个凹槽，在超空化泵运行时，在凹槽处形成初始空穴，并且初始空穴可以沿着叶片背面形成一个稳定的超空泡。
所述螺旋状的单叶片为环绕吸入口包角为360°成形的螺旋状的单叶片，加大了超空化离心泵螺旋形叶轮叶片的工作面长度，对进入叶轮内部的流体进行更长时间的做功，从而可以运用在高扬程的环境下；
所述叶片的工作面前端与背面前端之间环绕吸入口形成的夹角α为90°，可以防止运行过程中固体颗粒堵塞在进口部位，而磨损叶片、破坏超空泡的稳定性。
所述叶片的背面围绕吸入口的曲线方程为：
式中：
Ln—叶片背面围绕吸入口的曲线方程，单位m，
Dx—叶轮吸入口直径，单位m，
θ1—叶片背面曲线上的点相对于起点的夹角，取值范围为0°～360°，单位：度。
所述叶片的工作面围绕吸入口的曲线方程为
式中：
Lw—叶片工作面围绕吸入口的曲线方程，单位m，
θ2—叶片工作面曲线上的点相对于起点的夹角，取值范围为0°～270°，单位：度。
本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一种相对系统的、精确的单叶片泵超空化离心泵螺旋形叶轮主要参数的设计方法。
(2)本发明所述超空泡整个覆盖于叶片背面，来使叶轮中的叶片在高速运行下免于空化的腐蚀，并且使叶片在运行过程中免于由于固体颗粒所引起的磨损、损坏、破坏或气泡。附图说明
图1是超空化离心泵螺旋形叶轮的轴面图。
图2是超空化离心泵螺旋形叶轮的平面图。
附图标记说明：1-叶片，2-叶轮前盖板、3-叶轮后盖板，4-凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明主要是通过对单叶片泵叶轮结构的改变来改善叶片超空化性能，达到叶轮流道减阻增效的作用。
此实施例是在给定原有单叶片泵叶轮的基础上，对叶轮的叶片结构以及形状进行了改进：
图1和图2共同确定了本实施例：
所述叶片1背面围绕吸入口的曲线方程为
所述叶片1工作面围绕吸入口的曲线方程为
在所述叶片1背面靠近吸入口处开设有一个凹槽4，从而可以在超空化泵运行时，在凹槽4处形成初始空穴，并且初始空穴可以沿着叶片背面形成一个稳定的超空泡。
所述叶片特征是：具有环绕吸入口360°成形的螺旋状的单叶片，加大了超空化离心泵螺旋形叶轮叶片的工作面长度，对进入叶轮内部的流体进行更长时间的做功，从而可以运用在高扬程的环境下。叶片工作面前端与背面前端之间环绕吸入口形成的夹角α为90°，可以防止运行过程中固体颗粒堵塞在进口部位，而磨损叶片、破坏超空泡的稳定性。
本发明采用改造单叶片泵叶轮结构的设计方法，使泵叶轮叶片可以实现超空化，让空泡覆盖到整个叶片，达到减小阻力，来使叶轮中的叶片在高速运行下免于空化的腐蚀，并且使叶片在运行过程中免于由于固体颗粒所引起的磨损、损坏、破坏或气泡。具有良好的经济效益，符合节约型社会的要求。
以上，为本发明专利参照实施例做出的具体说明，但是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。