一种具有高输送性的离心叶轮结构及输送装置的制作方法

1.本发明属于流体输送机械领域，具体涉及一种具有高输送性的离心叶轮结构及输送装置。


背景技术：

2.固液两相介质的输送是污水处理、造纸工业、煤矿、化工等工业领域的重要问题。泵作为一种常见的固液两相介质的输送装置，因为介质中固体颗粒的存在常常会出现堵塞现象，造成性能下降、电机过载甚至电机烧毁等问题。设计一种具有高输送性的叶轮结构及输送装置，对提高泵装置的可靠性、延长使用寿命等具有重要意义。
3.用于输送固液两相流介质的叶轮结构包括闭式离心叶轮、开式(半开式)离心叶轮、旋流式叶轮、流道式叶轮、螺旋离心式叶轮等。闭式离心叶轮虽然具有运行效率高、运行稳定性好、工作范围宽等优点，但固液两相介质通过能力较差，直接作为固液两相流介质的输送装置容易出现堵塞现象。而间隙磨损的问题又导致开式(半开式)叶轮的使用范围受到限制，颗粒较大或颗粒浓度较高的场合开式(半开式)叶轮并不适用，且间隙流的损失也会带来水力性能的下降。当离心叶轮(闭式、开式、半开式)固液两相介质输送能力无法满足工程需求时，传统方法包括减少叶片数、加大进出口边宽度等。虽然传统方法能够提升固液两相介质的输送性，但也伴随着水力性能下降的问题。如何在保证水力性能的基础上提高固液两相介质的输送性，是行业尚未解决的重要问题。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有高输送性的离心叶轮结构及输送装置，在保证水力性能的基础上提高固液两相介质的输送性。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种具有高输送性的离心叶轮结构，包括前盖板、后盖板、均流叶片、做功叶片及输送叶片，均流叶片、做功叶片及输送叶片设置在前盖板与后盖板之间；输送叶片的叶片数为总叶片数的最小质因数；输送叶片由吸入段和离心段光滑连接形成；做功叶片的型线与输送叶片离心段型线相同做功叶片为离心叶片；均流叶片与做功叶片的型线相同，均流叶片长度小于做功叶片长度；均流叶片、做功叶片及输送叶片沿叶轮旋转方向的任意顺序布置。
6.均流叶片、做功叶片及输送叶片均与前盖板和后盖板连接，形成闭式叶轮。
7.均流叶片、做功叶片及输送叶片均与后盖板连接形成半开式结构。
8.保留后盖板的轴向结构，均流叶片、做功叶片及输送叶片与后盖板连接组成开式叶轮结构。
9.输送叶片吸入段形式为螺旋型、轴流型、类诱导轮型或三者组合的形式。
10.均流叶片的叶片数与输送叶片叶片数相等，或均流叶片是输送叶片叶片数的任意整倍数。
11.做功叶片叶片数与输送叶片叶片数相等，或做功叶片的叶片数输送叶片叶片数的
任意整倍数。
12.布置顺序沿叶轮旋转方向依次布置均流叶片、做功叶片、输送叶片。
13.均流叶片的长度为做功叶片长度的0.6～0.8倍。
14.另外提供一种输送装置，采用本发明所述具有高输送性的离心叶轮结构。
15.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
16.1、通过在离心叶轮中引入吸入段，提供正预旋使沿流动方向的逆压梯度减小，进而削弱流动中固体颗粒因流体逆压梯度所受到的阻碍作用；
17.2、通过布置长度较短的均流叶片，增大固体颗粒较易堆积的流道进口过流面积，进而提升固体颗粒在离心叶轮中的通过能力；
18.3、通过输送叶片的吸入段，进行预做功以补偿因正预旋及均流叶片做功不足出现的扬程下降，在保证叶轮做功能力的前提下有效改善叶轮对固液两相介质的输送能力；
19.4、通过均流叶片，改善输送叶片吸入段造成流道流量分配不均的问题，使各流道流量差最大值小于总流量的5％，避免部分流道因流量过小出现固体颗粒堆积的现象，保证离心叶轮对固液两相介质的输送能力。
附图说明
20.图1为本发明实施例的示意图；
21.图2为本发明实施例的子午面视图；
22.图3为本发明实施例去掉前盖板后叶片布置示意图；
23.图4为本发明实施例中输送叶片的示意图；
24.图5为本发明实施例中做功叶片的示意图；
25.图6为本发明实施例中均流叶片的示意图；
26.图7为本发明实施例流道轴向投影图；
27.图8为本发明实施例数值模拟得到的速度云图。
28.图中标号：1、前盖板；2、后盖板；3、均流叶片；4、做功叶片；5、输送叶片；6、吸入段；7、离心段；8、输送叶片吸力面与做功叶片压力面间的流道；9、做功叶片吸力面与均流叶片压力面间的流道；10、均流叶片吸力面与输送叶片压力面间的流道。
具体实施方式
29.为了方便本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
30.如图1、图2、图3所示，一种具有高输送性的离心叶轮结构及输送装置，包括前盖板1、后盖板2、均流叶片3、做功叶片4以及输送叶片5；均流叶片3、做功叶片4及输送叶片5设置在前盖板1与后盖板2之间；输送叶片5的叶片数为总叶片数的最小质因数；输送叶片5由吸入段6和离心段7光滑连接形成；做功叶片4的型线与输送叶片离心段型线相同做功叶片4为离心叶片；均流叶片3与做功叶片4的型线相同，均流叶片3长度小于做功叶片4长度；均流叶片3、做功叶片4及输送叶片5沿叶轮旋转方向的任意顺序布置，均流叶片3的长度由均流叶片3两侧流道流量差值决定。
31.如图4，输送叶片5包括吸入段6和离心段7，吸入段6和离心段7相互连接并且平滑过渡。
32.如图1、图2、图3、图5、图6所示，本发明的具有高输送性的离心叶轮结构及输送装置，离心叶轮可以是闭式叶轮结构，具体的，均流叶片3、做功叶片4及输送叶片5均与前盖板和后盖板连接，形成闭式叶轮；可以是半开式叶轮结构，具体的，均流叶片3、做功叶片4及输送叶片5均与后盖板连接形成半开式结构；也可以是开式叶轮结构，具体的，保留后盖板1的轴向结构，均流叶片3、做功叶片4及输送叶片5与后盖板1连接组成开式叶轮结构；具体结构形式根据固体颗粒硬度、固体颗粒浓度等条件确定。
33.输送叶片5的吸入段6形式可以是螺旋型、轴流型或类诱导轮型，也可以是三者组合的形式；输送叶片5的吸入段6具体形式需根据吸入段6进口流体流动方向、离心段7进口叶片角、吸入段6预做功扬程、固液两相介质中固体颗粒浓度等条件确定。吸入段6出口叶片角由离心段7进口叶片角决定，吸入段6进口安装角由吸入段6所需补偿的扬程确定。均流叶片3叶片数可以与输送叶片5叶片数相等，也可以是输送叶片5叶片数的任意整倍数，在保证周向结构对称性的前提下，输送叶片吸入段6对周向速度周期性产生的影响越大，均流叶片3叶片数越多。
34.所述均流叶片3长度为做功叶片4长度的0.6～0.8倍；布置顺序还可以是沿叶轮旋转方向依次布置均流叶片3、做功叶片4、输送叶片5，均流叶片3布置的位置由输送叶片吸入段6出口处大流量区域确定。
35.固液两相介质刚刚进入叶片时，输送叶片5的吸入段6对介质做功，使流体能量提高，使流体周向分速度增大；其中周向分速度增大，将导致输送叶片离心段7进口处、做功叶片4进口处以及均流叶片3进口处的正预旋增加，使得沿流动方向的逆压梯度减小，进而削弱流动中固体颗粒因流体逆压梯度所受到的阻碍作用；其中流体能量提高，将补偿因输送叶片5的离心段7进口处、做功叶片4进口处和均流叶片3进口处的正预旋增加以及均流叶片做功能力不足所带来的扬程下降，使叶轮整体水力性能不发生明显变化。
36.如图7，本发明具有高输送性的离心叶轮结构及输送装置的流道类型包括输送叶片吸力面与做功叶片压力面间的流道8、做功叶片吸力面与均流叶片压力面间的流道9、均流叶片吸力面与输送叶片压力面间的流道10；流体流入叶轮离心段时，如图7所示，长度较短的均流叶片3使得做功叶片吸力面与均流叶片压力面间的流道9进口和均流叶片吸力面与输送叶片压力面间的流道10进口具有较大过流面积，进而使固体颗粒在离心叶轮进口处的通过能力得到高。
37.由于滑移作用的影响，输送叶片5的吸入段6对介质做功将导致输送叶片5的吸入段6出口周向速度周期性被破坏，使各流道流量呈现明显差异。流量较小的流道固液两相介质流速小，固体颗粒运动速度小，易发生固体颗粒堆积造成流道堵塞的现象。如图8所示，均流叶片3的布置将改变流道进口位置，部分流道流量分配被延缓或提前，使流道流量差最大值小于总流量5％的原则被满足。这将有助于避免流道因流量过小出现固体颗粒堆积的现象，进而提高输送性。
38.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。