一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构及设计方法技术

本发明专利技术提供了一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构及设计方法，包括后盖板、轮毂和叶片，所述轮毂与后盖板的回转中心共轴，所述叶片沿轮毂的周向排列在后盖板上，叶片的前缘朝向叶轮进口处，叶片后缘朝向叶轮出口处，叶片压力面的根部设置有迎来流面平缓升高，然后从最高点陡降的沙丘形凸起结构。沙丘形凸起结构的起始点分布圆直径为D1～(0.9D2+0.1D1)，凸起结构的长度为凸起结构的高度为(0.05～0.5)b2，其中D1为叶轮入口端叶片分布圆直径，D2为叶轮出口外径，b2为叶轮出口端叶片高度。本发明专利技术中叶轮结构上沙丘形凸起结构的设置，能够改善叶片间流场分布，改变流体中固体颗粒的流动轨迹，降低固体颗粒沉降对叶片根部的冲刷磨损，从而延长叶轮的使用寿命。的使用寿命。的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构及设计方法


[0001]本专利技术涉及离心泵
，特别涉及一种用于液固两相流的防止叶片磨损疲劳断裂的离心泵叶轮结构及设计方法。

技术介绍

[0002]在离心泵的应用领域中，一些液体工质常含有一定浓度的固体颗粒。由于固体颗粒密度比泵送流体介质密度大，离心泵在输送该类介质时，其中所含的固体颗粒逐渐沉降到叶片压力面根部，从而对叶轮根部造成强烈的冲刷磨损，典型情况下叶片在外缘根部产生磨损开口，如图3。继而在离心力和介质压力综合作用造成叶片断裂。这种冲刷磨损对于适用于小流量、高扬程、低比转速工况的高转速离心泵的叶轮尤为显著。
[0003]受工艺要求及条件限制，通过净化来流介质、降低其中固体颗粒含量的措施不易实现。为满足上述工况条件下离心泵的长周期运行，设计一种新的用于液固两相流的叶轮结构，是解决该问题的有效措施。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构及设计方法，在叶片压力面根部设计沙丘形凸起结构，该结构能够改善叶片间流场分布，改变流体中固体颗粒的流动轨迹，降低固体颗粒沉降对叶片根部的冲刷磨损，从而延长叶轮的使用寿命。
[0005]本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]第一方面，一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构，包括后盖板、轮毂和叶片，所述轮毂与后盖板的回转中心共轴，用于与离心泵轴配合；所述叶片沿轮毂的周向排列在后盖板上，叶片的前缘朝向叶轮进口处，叶片后缘朝向叶轮出口处，所述叶片压力面的根部设置有沙丘形凸起结构。
[0007]进一步地，所述凸起结构与叶片根部连接处光滑过渡，凸起结构的起始点到最高点为光滑平缓抬升形式，从最高点到终止点为陡降形式。
[0008]进一步地，所述凸起结构的起始点偏向叶轮轴心侧，终止点偏向叶轮出口侧，起始点的分布圆直径为D1～(0.9D2+0.1D1)，凸起结构的长度为其中D1为叶轮入口端叶片分布圆直径，D2为叶轮外径。
[0009]进一步地，所述凸起结构的高度为(0.05～0.5)b2，其中b2为叶轮出口端叶片高度。
[0010]进一步地，所述叶轮结构为半开式叶轮或闭式叶轮。所述叶片成直叶片或扭曲叶片。叶片为统一长度或长短叶片相结合的布置形式，优选所述叶片为长、短叶片周向间隔布置的形式，且短叶片沿圆周方向向长叶片的吸力面偏置。
[0011]第二方面，一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构的设计方法，包括：在后盖板上
沿轮毂的周向排列叶片，使叶片的前缘朝向叶轮进口处，叶片后缘位于叶轮出口处，在叶片压力面的根部设置沙丘形凸起结构，使凸起结构与叶片根部连接处光滑过渡。
[0012]进一步地，所述设计方法中，设置所述凸起结构的起始点偏向叶轮轴心侧，终止点偏向叶轮出口侧，凸起结构的起始点到最高点为光滑平缓抬升形式，从最高点到终止点为陡降形式。
[0013]进一步地，所述设计方法中，凸起结构可采用液固两相流计算确定最优结构尺寸，使得固体颗粒对叶片的磨损降到最小。一般凸起结构起始点的分布圆直径为D1～(0.9D2+0.1D1)，凸起结构的长度为凸起结构的高度为(0.05～0.5)b2，其中D1为叶轮入口端叶片分布圆直径，D2为叶轮外径，b2为叶轮出口端叶片高度。
[0014]根据本专利技术提供的一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构及设计方法，具有以下有益效果：
[0015](1)本专利技术提供的一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构及设计方法，叶片压力面的根部的沙丘形凸起结构，能够改善叶片流道中流场分布，改变流体中固体颗粒的流动轨迹，减小固体颗粒沉降沿叶片根部流动对叶片根部造成的冲刷，从而延长叶轮的使用寿命。
[0016](2)本专利技术提供的一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构及设计方法，叶片压力面的沙丘形凸起结构，能够增加叶轮叶片根部强度，提高抗冲刷磨损性能。
附图说明
[0017]图1示出本专利技术中用于液固两相流的离心泵叶轮结构的示意图；
[0018]图2示出本专利技术中叶轮沙丘形凸起结构及叶轮出口端叶片高度的示意图；
[0019]图3示出一般离心泵叶轮叶片根部磨损断裂的示意图。
[0020]附图标号说明
[0021]1‑
后盖板；2
‑
轮毂；3
‑
叶片；31
‑
长叶片；32
‑
短叶片；4
‑
凸起结构；5
‑
平衡孔。
具体实施方式
[0022]下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0023]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0024]本专利技术人经过研究发现，离心泵在输送含有固体颗粒的介质时，由于固体颗粒密度较大，其在叶轮入口流向叶轮出口的过程中，逐渐沉降到叶片压力面根部，从而造成对叶片根部强烈的冲刷磨损，使叶轮易发生如图3所示的叶片断裂故障。
[0025]本专利技术人基于离心泵叶轮叶片中液固两相流流场分布，分析固体颗粒运动规律及其对叶轮叶片的冲刷磨损效应，得出使固体颗粒沿叶轮出口端叶片中间高度位置流出为最佳状态，通过在叶片压力面根部设置迎来流面平滑升高，然后陡降的沙丘形凸起结构可以
达到这种效果。沙丘形凸起结构的位置、大小、高度的设计受泵送流量、扬程、介质粘度、所含颗粒浓度、颗粒密度、颗粒大小等综合影响。凸起结构的起始位置、大小、高度设计不合适，会造成固体颗粒过早下降，无法消除对叶片根部的磨损，或颗粒上扬高度过高，对叶轮前盖板和叶片叶尖造成磨损，影响叶轮性能及使用寿命。以下具体阐述本专利技术。
[0026]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构，如图1所示，包括后盖板1、轮毂2和叶片3，所述轮毂2与后盖板1的回转中心共轴，用于与离心泵轴配合；所述叶片3沿轮毂2的周向排列在后盖板1上，所述叶片3的前缘朝向叶轮进口处，叶片后缘朝向叶轮出口处，所述叶片3压力面的根部设置有沙丘形凸起结构4。
[0027]在一种优选的实施方式中，所述沙丘形凸起结构4与叶片根部连接处光滑过渡，所述凸起结构4的起始点到最高点为光滑平缓抬升形式，从最高点到终止点为陡降形式，如图2所示。
[0028]在一种优选的实施方式中，所述凸起结构4的起始点偏向叶轮轴心侧，终止点偏向叶轮出口侧，起始点的分布圆直径为D1～(0.9D2+0.1D1)，凸起结构的长度为凸起结构(最高点)的高度为(0.05～0.5)b2，凸起结构4的最高点至终止点的长度为凸起结构总长度的1/10～1/3，其中D1为叶轮入口端叶片分布圆直径，D2为叶轮外径，b2为叶轮出口端叶片高度，如图2所示。
[0029]在一种优选的实施方式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于液固两相流的离心泵叶轮结构，其特征在于，包括后盖板、轮毂和叶片，所述轮毂与后盖板的回转中心共轴，用于与离心泵轴配合；所述叶片沿轮毂的周向排列在后盖板上，叶片前缘朝向叶轮进口处，叶片后缘朝向叶轮出口处，所述叶片压力面的根部设置有沙丘形凸起结构。2.根据权利要求1所述的用于液固两相流的离心泵叶轮结构，其特征在于，所述凸起结构与叶片根部连接处光滑过渡，凸起结构的起始点到最高点为光滑平缓抬升形式，从最高点到终止点为陡降形式。3.根据权利要求1所述的用于液固两相流的离心泵叶轮结构，其特征在于，所述凸起结构的起始点偏向叶轮轴心侧，终止点偏向叶轮出口侧，起始点的分布圆直径为D1～(0.9D2+0.1D1)，凸起结构的长度为其中D1为叶轮入口端叶片分布圆直径，D2为叶轮外径。4.根据权利要求1所述的用于液固两相流的离心泵叶轮结构，其特征在于，所述凸起结构的高度为(0.05～0.5)b2，其中b2为叶轮出口端叶片高度。5.根据权利要求1所述的用于液固两相流的离心泵叶轮结构，其特征在于，所述叶轮结构为半开式叶轮或闭式叶轮。6.根据权利要求1所述的用于液固两相流的离心泵叶轮结构，其特征在于，所述叶片为直叶片或扭曲叶片。7.根据权利要求1所述的用于液固两相流的离心...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴侃，郝晓林，齐彬彬，杨敏，邓晶，
申请(专利权)人：北京航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：