[发明专利]高效耐磨挖泥泵三叶片叶轮设计方法及叶轮

说明书

一种高效耐磨挖泥泵三叶片叶轮设计方法及叶轮，属于泥泵水力设计技术领域，本发明参考渣浆泵的设计方法，利用几个关系式来确定该挖泥泵叶轮结构的主要几何参数，主要包括：进口直径D_j，叶轮外径D₂，叶片出口宽度b₂，叶片包角进口安放角β₁，出口安放角β₂。本发明结合势流理论和二次流最小理论，将挖泥泵叶轮叶片设计成扭曲型叶片，新的挖泥泵水力元件能够解决叶轮流道通过粒径小、易阻塞、易磨损等问题，并减小了水力损失，提高了泥泵效率。

技术领域

本发明属于泵设计技术领域，涉及一种泥浆泵叶轮水力设计方法，特别涉及一种扭曲三叶片泥浆泵叶轮的水力设计方法，主要是一种既有较大通过能力、耐磨损又能保证流量和效率的水力设计方法。

背景技术

泥泵是挖泥船的关键设备，它的施工效率不仅与其清水效率有关，也与输送土质特性息息相关，而泥泵的疏浚物中往往可能包含了大块的砾石、粘土球乃至岩石块，也可能存在各种废弃物。针对特殊土质时，泥泵关键部件不仅要求其水力损失小，而且流道应顺应其运行轨迹，减少磨损冲击。

一般的挖泥船泥泵叶轮前后盖板线为直线及小弧线，叶片为四叶片或是五叶片的圆弧柱形，致使泥浆在叶轮中的运动速度变化不均，流动紊乱，泥浆中的大颗粒石块对泥泵流道产生较大的冲击，加剧了泥泵过流部件的磨损，且容易堵塞流道。泥泵的通过能力小、效率低、易磨损是制约疏浚施工的重要问题。当前挖泥泵叶轮的设计方法没有充分考虑这种问题，而且经验参数多，取值随意性大，致使设计一个通过能力强、耐磨蚀、效率高的泵非常困难。

发明内容

本发明的目的是针对现有挖泥泵叶轮易阻塞、易磨损以及效率低等问题，且经验参数多，取值随意性大，过程繁冗的缺点，提供一种简单可行的高效耐磨三叶片叶轮的设计方法。本设计尽量规避了传统二元与一元设计方法中经验参数、理想参数等中间变量较多的缺陷，针对三叶片泥泵叶轮，优化了设计步骤，缩减了大量中间参数，提出一种设计者仅通过少量的经验参数即可生成带有三维扭曲叶片的叶轮，并具有通过能力强、耐磨损、效率高的优势，并良好适用于疏浚行业中泥沙浆体的抽吸、输送工程。本设计方法设计速度较快，精度较高。

本发明所采用的技术方案是：

1根据设计流量Q、设计扬程H、设计转速n、泥浆泵经验系数等参数，按公式(1)-(6)初步确定进口直径D_j，出口直径D₂，叶片出口厚度b₂，叶片进口安装角β₁，出口安装角β₂等叶轮的主要参数(见图2)。

D_j按下式计算：

式中Q为流量，单位为m³/h；n为转速，单位为rpm；K为经验系数，η为参考效率，下标v表示容积。ψ为排挤系数，下标为1(进口边位置)，2(出口边位置)，下同。

D₂按下式计算：

式中n_s为比转速。

b₂按下式计算：

或

式中H为设计杨程，单位为m。

β₁按下式计算：

式中r为当地半径高度，单位为m；F为过水断面面积，单位为m²，其中

F＝2πR_cl (5)