高效節(jié)能礦漿泵葉輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種葉輪結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種應(yīng)用于礦漿泵的葉輪結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]礦漿泵葉輪是礦漿泵的核心部件，礦漿泵主要用于輸送:清水；雜質(zhì)水，礦漿，紙漿?，F(xiàn)有中國(guó)礦漿泵國(guó)標(biāo)的水平是:葉輪采用二維設(shè)計(jì)理論，礦漿泵葉輪葉片全部為8片，如直徑# 540葉輪，國(guó)標(biāo)為8片葉輪葉片，流道尺寸# 68，葉片與葉片間的圓柱面流動(dòng)阻力沒(méi)有計(jì)算，國(guó)內(nèi)礦漿泵最高工作效率為70%。礦漿泵的葉輪材質(zhì)，全部采用的，鑄鐵件，鑄鋼件。造成我國(guó)國(guó)標(biāo)礦漿泵使用范圍只能輸送無(wú)雜質(zhì)的清潔水，工作效率低，耗電高，噪音振動(dòng)大，使用壽命短等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種高效節(jié)能礦漿泵葉輪，其目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，使礦漿泵的使用范圍擴(kuò)大，耗電降低，節(jié)能，效率提高，使用壽命提高。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]高效節(jié)能礦漿泵葉輪，其特征在于:葉輪輪盤(pán)上圓周均布有6片葉輪葉片，葉輪流道口寬度為:(540/葉輪直徑)X 74mm。
[0006]葉輪葉片材質(zhì)為2crl3NiMo。
[0007]本發(fā)明的有益之處在于:
[0008]本發(fā)明將傳統(tǒng)的礦漿泵葉輪的葉片由8片改為6片，改變?nèi)~輪流道口寬度，從而提高了葉輪效率，達(dá)到耗電降低及節(jié)能的作用，采用了新材質(zhì)葉片，使礦漿泵的使用范圍擴(kuò)大，使用壽命提聞。
【附圖說(shuō)明】
[0009]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0010]圖1是葉輪局部視圖；
[0011]圖2是葉輪的一個(gè)流道分析圖；
[0012]圖3是射流_尾跡現(xiàn)象不意圖；
[0013]圖4是現(xiàn)有葉輪和本發(fā)明葉輪的子午流道對(duì)比圖；
[0014]圖5是現(xiàn)有葉輪和本發(fā)明葉輪在垂直于軸線Z的平面上的投影圖；
[0015]圖6是本發(fā)明葉輪外觀圖；
[0016]圖7是本發(fā)明葉輪的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明是一種高效節(jié)能礦漿泵葉輪，如圖5、圖6所示，其結(jié)構(gòu)是葉輪輪盤(pán)2上圓周均布有6片葉輪葉片1，葉輪流道口寬度D為:(540/葉輪直徑)X74mm。葉輪葉片I的材質(zhì)為 2crl3NiMo。
[0018]本發(fā)明的原理:
[0019]1、高效節(jié)能礦漿泵葉輪的定義:
[0020]高效節(jié)能礦漿泵葉輪是指在實(shí)際流動(dòng)中，所有流動(dòng)參數(shù)都是空間坐標(biāo)系上三個(gè)方向變量的函數(shù)(X，y，Z坐標(biāo))。由于水的實(shí)際流動(dòng)不是規(guī)則的，因此目前國(guó)標(biāo)葉輪(x，y坐標(biāo))不能真實(shí)反映水的實(shí)際流動(dòng)軌跡。而高效節(jié)能礦漿泵葉輪則能真實(shí)反映。
[0021]2、高效節(jié)能礦楽；泵葉輪的節(jié)能:
[0022]理論上，目前運(yùn)行的礦漿泵主要是采用二唯設(shè)計(jì)理論的流動(dòng)技術(shù)，其礦漿泵的基本方程式是:HT=l/g(U2C2-UlCl)，其中HT為揚(yáng)程，U為圓周速度；C為絕對(duì)速度。該公式是揭示水流在葉片根部到葉片頂部的S流面的流動(dòng)，而葉片與葉片間的圓柱面流動(dòng)阻力沒(méi)有計(jì)算；高效節(jié)能礦漿泵葉輪采用的三維設(shè)計(jì)理論，將這部分圓柱面的流動(dòng)發(fā)展到了沿S流面的流動(dòng)，將被現(xiàn)有二維(sl，s2)流動(dòng)技術(shù)忽略的各類因素考慮進(jìn)去，從而在葉輪設(shè)計(jì)中減少了泵體內(nèi)部的沖撞損失和摩擦損失等各種損失，提高了葉輪機(jī)械效率。因此從理論上講，效率提高大約5%左右?？傮w礦漿泵效率達(dá)到80%-90%。
[0023]3、高效礦漿泵葉輪的應(yīng)用:
[0024]目前，節(jié)能降耗已成為全國(guó)各行各業(yè)，特別是高耗能企業(yè)的重要任務(wù)。我國(guó)已把節(jié)能降耗提到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展非常重要的位置。礦漿泵是離心泵，離心泵是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能通過(guò)離心泵葉輪產(chǎn)生的離心力使液體產(chǎn)生動(dòng)能，從而達(dá)到輸送液體的目的，它廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。因此，通過(guò)優(yōu)化離心泵的性能做好離心泵的節(jié)能工作，是節(jié)能降耗中至關(guān)重要的一環(huán)。
[0025]4、高效礦漿泵葉輪理論技術(shù)概述:
[0026]礦漿泵是一種離心泵。我國(guó)離心泵多年來(lái)一直采用傳統(tǒng)理論設(shè)計(jì)離心泵葉輪，它的設(shè)計(jì)理念是假定進(jìn)出口流通截面及流道內(nèi)部任何流通截面的水流分布是均勻的，而流速僅為一個(gè)自變量的函數(shù)。據(jù)此而設(shè)計(jì)出葉片的幾何形狀，制作出多種模型進(jìn)行試驗(yàn)，擇優(yōu)選用。由于離心泵在不同工況下其流量、壓力變化范圍很大，而這種葉輪的模型只能是有限的數(shù)種，因而無(wú)法保證優(yōu)選模型與實(shí)際工況一致。這就導(dǎo)致離心泵葉輪偏離設(shè)計(jì)最佳效率點(diǎn)，進(jìn)而影響泵的實(shí)用效率。中科院研究員劉殿魁教授于1986年提出了葉輪機(jī)械內(nèi)“射流-尾跡的”的解法。應(yīng)用這一計(jì)算方法對(duì)葉輪流道進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效地解決了尾跡區(qū)的影響，提高了葉輪的水力效力，同時(shí)增大了有效流通面積，提高了離心泵的工作效率。離心泵的水力效率受水泵葉輪的進(jìn)口輪徑、出口輪徑、輪轂比、子午流道的曲率變化、葉型中心線的形狀、葉片厚度分布、安裝角、進(jìn)口角、出口角及泵的工作流量、壓力變化等多種因素的影響。而根據(jù)“射流-尾跡三元流動(dòng)”理論結(jié)合離心泵的實(shí)際流量、揚(yáng)程等參數(shù)設(shè)計(jì)制作的高效葉輪，在不變動(dòng)泵體安裝結(jié)構(gòu)的情況下，換裝于原泵體內(nèi)。以投資最少，見(jiàn)效最快的技改方式，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。根據(jù)這些理論，發(fā)明人經(jīng)過(guò)多年的研究和無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)，得出此最佳合理的生產(chǎn)工藝，并實(shí)現(xiàn)了成熟的產(chǎn)品。
[0027]5、高效葉輪設(shè)計(jì):
[0028]高效葉輪技術(shù)通過(guò)使用先進(jìn)的泵設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的運(yùn)行工況，重新進(jìn)行泵內(nèi)水力部件(主要是葉輪)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體步驟是:先對(duì)在用離心泵的流量、壓力、電機(jī)耗功等進(jìn)行測(cè)試，并提出常年運(yùn)行的工藝參數(shù)要求，作為泵的設(shè)計(jì)參數(shù)；再使用泵設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)出新葉輪，保證可以和原型互換，在不動(dòng)管路電路、泵體等條件下實(shí)現(xiàn)節(jié)能或擴(kuò)大生產(chǎn)能力的目標(biāo)。
[0029]6、傳統(tǒng)葉輪的基本概念:
[0030]圖1是葉輪的局部視圖，圖2是把葉輪內(nèi)兩個(gè)相鄰葉片和前、后蓋板形成的流道abcdefgh作為一個(gè)計(jì)算分析研究的單元。aehd、bfgc是兩個(gè)相鄰的葉片，dcnghid是葉輪前蓋板，bkfeja是葉輪后蓋板。傳統(tǒng)的一元流理論就是把葉輪內(nèi)的曲形流道abcdefgh,視為一個(gè)截面變化的彎曲流管，認(rèn)為沿流線的流速大小僅隨截面大小而變化，但假定在每個(gè)橫斷面上如abed、ijkn、efgh等，流速是相同的。這樣在流體力學(xué)計(jì)算中，流動(dòng)速度(W)就只是流線長(zhǎng)度坐標(biāo)(S)的一元函數(shù)。這種簡(jiǎn)化使泵內(nèi)部流體力學(xué)的計(jì)算可以用手工算法得以實(shí)現(xiàn)。國(guó)內(nèi)采用的雙吸水平中開(kāi)泵，就是采用這種理論設(shè)計(jì)的。
[0031]然而由于葉輪流道abcdefgh的三元曲線形狀又是高速旋轉(zhuǎn)的，流速(或壓力)不但沿流線變化，而且沿橫截面abed，ijkn、efgh等等，任何一點(diǎn)都是不相同的，即流速是三元空間圓柱坐標(biāo)0?、Φ、Ζ的函數(shù))。特別是葉片數(shù)也是有限的，流速和壓力沿旋轉(zhuǎn)周向(Φ坐標(biāo))的變化，正是水泵向流體輸入功的最終體現(xiàn)。忽略這一點(diǎn)就無(wú)法計(jì)算水泵內(nèi)部的壓力變化，這也就是為什么一元流動(dòng)理論只能計(jì)算葉輪進(jìn)口、出口參數(shù)，而不能準(zhǔn)確分析葉輪內(nèi)部流動(dòng)參數(shù)的原因。水泵的效率顯然與其內(nèi)部流動(dòng)狀況的好壞是密不可分的，一元流理論固然簡(jiǎn)單，但不能完全反映泵內(nèi)的真實(shí)流動(dòng)，這就在設(shè)計(jì)上阻礙了泵效率的提聞。
[0032]7、關(guān)于射流-尾跡三元流動(dòng):
[0033]最早在航空用離心壓氣機(jī)中，用激光測(cè)速技術(shù)觀察到射流-尾跡現(xiàn)象，如圖3所示，弧狀彎曲線dh和eg分別代表兩個(gè)相鄰的葉片，dc為葉片進(jìn)口邊，hg為葉片出口邊，wl為葉片進(jìn)口流速，w2為葉片出口流速，都是不均勻的。t是流動(dòng)分離點(diǎn)，htv即是尾跡區(qū)，是一些低能量流體組成，類似一個(gè)旋渦。cdtvg則是射流區(qū)可視為無(wú)黏性的位流區(qū)，可按通常的三元流計(jì)算。
[0034]8、現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明葉輪的對(duì)比:
[0035]如圖4所示，是葉輪的子午流道形狀，對(duì)應(yīng)于圖1中的葉片位置，依次為進(jìn)口、出口、葉輪前蓋板內(nèi)壁型線、葉輪后蓋板壁面型線。實(shí)線為本發(fā)明的6葉片葉輪，虛線