一種“反s”型無(wú)堵塞泵葉輪的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種”反S”型無(wú)堵塞泵葉輪，其主要用于輸送含有纖維和固體顆粒的生活和工業(yè)污水，該葉輪為閉式葉輪結(jié)構(gòu)；具有兩枚適應(yīng)流體力學(xué)原理的高扭曲葉片結(jié)構(gòu)，葉片向進(jìn)口前伸并且前緣急劇前掠；對(duì)葉片前緣處進(jìn)行加厚和修圓增強(qiáng)抗纏繞能力；輪轂經(jīng)過(guò)特殊修圓處理，防止污物纏繞其上。本發(fā)明的有益效果是：增強(qiáng)了葉輪的通過(guò)能力和防纏繞能力，同時(shí)采用閉式葉輪，增加了葉輪的水力效率，降低了泵的運(yùn)行能耗，同時(shí)降低了材料和工藝方面的要求，降低了葉輪的生產(chǎn)成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種“反S”型無(wú)堵塞泵葉輪
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)堵塞泵葉輪，其主要用來(lái)輸送帶有顆粒和纖維的污水污物介質(zhì)，屬于流體機(jī)械【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在泵抽送污水污物介質(zhì)時(shí)，常因介質(zhì)中夾雜各種大顆粒、長(zhǎng)纖維，比如長(zhǎng)塑料纖維、麻纖維等雜質(zhì)，在輸送時(shí)污物易纏繞在輪轂上，從而導(dǎo)致泵易出現(xiàn)堵塞故障，從而影響泵的通過(guò)性能和運(yùn)行效率，降低泵的可靠性和使用壽命；在工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)污水泵葉輪出現(xiàn)纖維纏繞時(shí)，通常需停機(jī)處理，導(dǎo)致泵維修率提高，進(jìn)而影響工業(yè)生產(chǎn)而造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，污水泵葉輪實(shí)現(xiàn)無(wú)堵塞和高效率運(yùn)行是當(dāng)前污水處理行業(yè)急需創(chuàng)新和提高的一項(xiàng)技術(shù)。
[0003]目前市場(chǎng)上的污水泵的結(jié)構(gòu)形式較多，其中以半開(kāi)式離心葉輪為主，加大進(jìn)口直徑和寬度來(lái)提高通過(guò)能力，最典型的是ITT制造企業(yè)公司的N系列泵。參考專(zhuān)利文獻(xiàn)“泵葉輪”(申請(qǐng)?zhí)?98120840.1)和“泵”(申請(qǐng)?zhí)?98120838.X)，如圖1所示，其采用半開(kāi)式葉輪，使葉片前伸并讓前緣后掠，這樣讓污物沿前緣向周邊運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入靜止的前蓋板上的切割槽內(nèi)，葉輪和切割槽進(jìn)行配合，對(duì)污物進(jìn)行切割，達(dá)到自切割目的。但是這種結(jié)構(gòu)形式的葉輪存在明顯缺陷:1)由于該葉輪是半開(kāi)式葉輪結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致泵水力效率降低10%左右，泵長(zhǎng)期運(yùn)行浪費(fèi)能耗嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)性較差；2)泵葉輪和泵蓋上自切割結(jié)構(gòu)對(duì)材料的耐磨性和硬度、前蓋板和葉輪之間配合、切割槽的加工工藝等都具有很高的要求，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本增加，泵價(jià)格昂貴，性?xún)r(jià)比較低；3)當(dāng)尖銳的顆?；蛘呶畚锒氯∏懈畈郏~輪時(shí)常在刀口槽會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，導(dǎo)致電機(jī)功率瞬間升高，情況嚴(yán)重時(shí)，可導(dǎo)致燒毀電機(jī)，并且當(dāng)堅(jiān)硬的固體積聚在切割槽中，泵的切割能力將下降，進(jìn)而污物纏繞在葉片上，不能實(shí)現(xiàn)葉輪無(wú)堵塞運(yùn)行，同時(shí)維護(hù)成本提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問(wèn)題，本專(zhuān)利創(chuàng)新了一種“反S”型無(wú)堵塞泵葉輪，葉輪具有2枚葉片，根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，葉片在進(jìn)口側(cè)設(shè)計(jì)高度扭曲結(jié)構(gòu)，同時(shí)兩枚葉片自然過(guò)渡形成“反S”型葉片進(jìn)口形狀。對(duì)于單葉片，在前蓋板側(cè)葉片往前伸展，形成前掠結(jié)構(gòu)，由于葉輪進(jìn)口通常具有3?5m / S的水流流速，在水流的沖擊下污水污物沿葉輪口外側(cè)前緣處流向軸中心輪轂處，在往下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，一部分纖維和固體顆粒順利流入葉片流道中。但也有少量固體顆粒運(yùn)動(dòng)到葉輪中心位置，“反S”型無(wú)堵塞泵葉輪的輪轂處采用特殊弧狀過(guò)渡結(jié)構(gòu)處理，使得纖維等污物不會(huì)纏繞在輪轂上，并且葉輪進(jìn)口中心的軸向流速較大，水流以較大的軸向速度沖擊纖維等污物，可促使其加速通過(guò)葉輪流道，達(dá)到葉輪運(yùn)行過(guò)程無(wú)堵塞的目標(biāo)。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該葉輪設(shè)有兩個(gè)葉片，葉輪為閉式結(jié)構(gòu)，葉片的前緣向周邊前掠，前緣與前蓋板連接點(diǎn)與所述前緣與輪轂連接點(diǎn)間的扇形角θ，在原點(diǎn)位于軸線(xiàn)上的圓柱坐標(biāo)系中，取50度到150度。[0006]由于葉輪前緣從輪轂向周邊前掠，所以從進(jìn)口方向看，若葉輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)，則前緣呈“反S”形；前掠角定義為:前緣上每一點(diǎn)處前緣法線(xiàn)與圓周速度的夾角；該前掠角的取值在前緣與前蓋板連接點(diǎn)處限制在45度到60度范圍內(nèi)，在前緣與輪轂連接點(diǎn)處限制在25度到40度范圍內(nèi)，其余各點(diǎn)的前掠角在二者之間平滑變化。
[0007]葉片的真實(shí)厚度為一般葉片真實(shí)厚度的1.5~3倍，其中，前緣與前蓋板連接點(diǎn)處的葉片厚度為一般葉輪的1.5~2倍，前緣與輪轂連接點(diǎn)處的葉片厚度為一般葉輪的2~3倍。
[0008]對(duì)葉片前緣進(jìn)行橢圓式修圓，橢圓的長(zhǎng)半軸與短半軸之比的取值范圍為2到5。
[0009]對(duì)輪轂處進(jìn)行橢圓式修圓，軸心處使用半橢圓形斷面(b_b)與輪轂邊上葉片斷面(a-a, c-c)光滑連接；其中假設(shè)a-a和c_c的截面的長(zhǎng)半軸都為，它們的長(zhǎng)半軸和短半軸之比為Si，則對(duì)b-b的要求為:b-b的長(zhǎng)半軸取rι，其δ與關(guān)系為6=0.3-0.86^
[0010]葉片的包角取150度到200度。
[0011]葉輪進(jìn)口流道截面形似橢圓形，最大程度保證大直徑的固體顆粒通過(guò)。[0012]本發(fā)明的有益效果是，“反S”型無(wú)堵塞泵葉輪葉片采用獨(dú)特的前緣前掠形式和橢圓式修圓結(jié)構(gòu)，配合特殊的半橢圓面輪轂，增強(qiáng)了葉輪的通過(guò)能力，同時(shí)采用閉式葉輪，增加了葉輪的水力效率，并降低了材料和工藝方面的要求，最大程度降低了成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為飛力N系列泵葉輪的的徑向剖面示意圖
[0014]圖2為“反S”型無(wú)堵塞泵葉輪三維圖
[0015]圖3為“反S”型無(wú)堵塞泵葉輪的徑向剖面示意圖
[0016]圖4為葉輪吸入端軸向示意圖
[0017]圖5為葉輪單個(gè)葉片前緣的放大圖
[0018]圖6為葉片前緣與輪轂連接點(diǎn)處葉片修圓的翼型圖
[0019]圖7為葉輪輪轂處截面圖
[0020]圖3中，1.葉輪軸線(xiàn)，2.葉輪圓形進(jìn)口，3.前蓋板，4.非貫穿式輪轂，5.葉片，6.葉片前緣，7.前緣與輪轂連接點(diǎn),8.前緣與前蓋板連接點(diǎn),9.葉片后緣,10.非貫穿式軸孔，12.輪轂端面
[0021]圖4中，11.葉輪旋轉(zhuǎn)方向，Θ為前掠掃掠角度，a-a, b_b和c_c為輪轂截面位置示意
[0022]圖5中，13.前緣法線(xiàn)，u為圓周速度，β為前掠角
[0023]圖6和圖7中，為橢圓長(zhǎng)半軸，r2為橢圓短半軸
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0025]在圖3和圖4中，葉片(5)設(shè)計(jì)成其前緣(6)前掠的形式，這樣可以使污物沿前緣
(6)滑向軸中心，防止纏繞在前緣與前蓋板連接點(diǎn)(8)上；考慮到靠近軸中心的圓周速度比靠近周邊的圓周速度要小得多，這樣可以有效減少纏繞的可能性；如圖3所示，以軸心為原點(diǎn)的圓柱坐標(biāo)系中，定義前緣與輪轂連接點(diǎn)(7)到前緣與前蓋板連接點(diǎn)(8)的前掠掃掠角度Θ，所述掃掠角度在50度到150度之間，這樣不會(huì)降低水力效率；同時(shí)，對(duì)于不同的污物也需要選取不同的前掠掃掠角度，例如，較大的污物需要取較大的前掠掃掠角度Θ。
[0026]只是引入前掠掃掠角度的概念并不能詳盡地描述出前緣曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)，因此，引入前掠角的概念；如圖5所示，將前緣(6)上某一點(diǎn)處前緣法線(xiàn)(13)與圓周速度(u)的夾角定義為該點(diǎn)的前掠角(β);該前掠角(β)的取值在前緣與前蓋板連接點(diǎn)(8)處限制在45度到60度范圍內(nèi)，在前緣與輪轂連接點(diǎn)(7)處限制在25度到40度范圍內(nèi)，其余各點(diǎn)的前掠角在二者之間平滑變化。
[0027]由于葉輪的葉片數(shù)較小，從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考慮，葉片要比一般葉片更厚，因此葉片(5)的真實(shí)厚度為一般葉片真實(shí)厚度的1.5倍到3倍；整個(gè)葉輪中前緣最容易發(fā)生纏繞，而增加葉片進(jìn)口的葉片厚度可以增大前緣與污物的接觸面積，有效增強(qiáng)防纏繞性，因此前緣與前蓋板連接點(diǎn)(8)處的葉片厚度為一般葉輪的1.5倍到2倍，前緣與輪轂連接點(diǎn)(7)處的葉片厚度為一般葉輪的2倍到3倍。
[0028]為進(jìn)一步增強(qiáng)進(jìn)口處葉片的抗纏繞能力，對(duì)前緣進(jìn)行橢圓式修圓；如圖6所示，為葉片前緣與輪轂連接點(diǎn)處葉片修圓的翼型圖，從圖中可以看出，其修圓部分為半橢圓，橢圓的長(zhǎng)半軸(^)與短半軸(r2)之比(δ )的取值范圍為2到5 ; δ取得過(guò)大，前緣與污物的接觸面積過(guò)小，纖維類(lèi)污物容易纏繞其上；δ取得過(guò)小，會(huì)產(chǎn)生不必要的水力損失。
[0029]由于前緣前掠的設(shè)計(jì)，污物會(huì)向軸心處移動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)輪轂處防纏繞，對(duì)輪轂處進(jìn)行修圓。一般離心泵的輪轂為圓形，如圖3中所示的輪轂端面(12)即為一般的輪轂；對(duì)圖3中輪穀作截面a_a,b_b和c_c,在圖6中表不出來(lái)；圖6中,a_a和c_c為兩葉片前緣靠近輪轂處的截面，b-b為通過(guò)軸線(xiàn)的輪轂截面；假設(shè)a-a和c-c的截面的長(zhǎng)半軸都為^，它們的長(zhǎng)半軸和短半軸之比為\，則對(duì)b-b的要求為:b_b的長(zhǎng)半軸取r1，其δ與關(guān)系為δ =0.3~0.8 δ i ;這樣就使得輪轂處完成了對(duì)兩葉片間的光滑過(guò)度，如圖2所示；由于輪轂處的修圓處理，這要求有非貫穿式軸孔(10)，如圖3所示，該軸孔采用螺紋安裝，螺紋方向的選取要確保軸旋轉(zhuǎn)時(shí)軸與孔有旋緊趨勢(shì)。
[0030]葉片包角取150度到200度，取得過(guò)小，葉片做功能力變小，取得過(guò)大，流道會(huì)變得過(guò)于狹長(zhǎng)，降低通過(guò)能力。
[0031]葉輪進(jìn)口流道面呈橢圓形， 一方面最大程度保證大顆粒直徑的顆粒和纖維順利通過(guò)，同時(shí)也能夠有效控制流道擴(kuò)散，從而提高葉輪水力效率。
【權(quán)利要求】
1.一種“反s”型無(wú)堵塞泵葉輪，其特征在于，包括葉輪設(shè)有兩個(gè)葉片(5)，葉輪為閉式結(jié)構(gòu)，葉片的前緣(6)向周邊前掠，前緣與前蓋板連接點(diǎn)(8)與所述前緣與輪轂連接點(diǎn)(7)間的扇形角Θ，在原點(diǎn)位于軸線(xiàn)上的圓柱坐標(biāo)系中，取50度到150度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種“反S”型無(wú)堵塞泵葉輪，，其特征在于，從進(jìn)口方向看，若葉輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)，則前緣(6)呈“反S”形；前掠角(β)定義為:前緣(6)上某一點(diǎn)處前緣法線(xiàn)(13)與圓周速度(u)的夾角；該前掠角(β)的取值在前緣與前蓋板連接點(diǎn)⑶處限制在45度到60度范圍內(nèi)，在前緣與輪轂連接點(diǎn)(7)處限制在25度到40度范圍內(nèi)，其余各點(diǎn)的前掠角在二者之間平滑變化。
3.如權(quán)利要求1所述的一種“反S”型無(wú)堵塞泵葉輪，，其特征在于，葉片(5)的真實(shí)厚度為一般葉片真實(shí)厚度的1.5倍到3倍，其中，前緣與前蓋板連接點(diǎn)(8)處的葉片厚度為一般葉輪的1.5倍到2倍，前緣與輪轂連接點(diǎn)(7)處的葉片厚度為一般葉輪的2倍到3倍。
4.如權(quán)利要求1所述的一種“反S”型無(wú)堵塞泵葉輪，其特征在于，葉片前緣(6)進(jìn)行橢圓式修圓，橢圓的長(zhǎng)半軸(^)與短半軸(r2)之比(δ )的取值范圍為2到5。
5.如權(quán)利要求1所述的一種“反S”型無(wú)堵塞泵葉輪，其特點(diǎn)在于:對(duì)輪轂(4)處進(jìn)行橢圓式修圓，軸心處使用半橢圓形斷面(b_b)與輪轂邊上葉片斷面(a-a，c-c)光滑連接；其中假設(shè)a-a和c-c的截面的長(zhǎng)半軸都為r1，它們的長(zhǎng)半軸和短半軸之比為δ 1?則對(duì)b_b的要求為:b-b的長(zhǎng)半軸取r1，其δ與Si的關(guān)系為6=0.3-0.83^
6.如權(quán)利要求1所述的一種“ 反S”型無(wú)堵塞泵葉輪，其特征在于，葉片(5)包角為150度到200度。
7.如權(quán)利要求1所述的一種“反S”型無(wú)堵塞泵葉輪，其特征在于，進(jìn)口流道截面為橢圓形，保證大顆粒和大直徑纖維和顆粒順利通過(guò)。
【文檔編號(hào)】F04D29/18GK103671231SQ201310687530
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】張德勝, 陳刻強(qiáng), 施衛(wèi)東, 邢津, 程成, 張俊杰 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)