[发明专利]一种可减小叶轮轴向推力的离心泵及其设计方法

说明书

本发明公开了一种可减小叶轮轴向推力的离心泵，包括蜗壳流道和位于蜗壳流道中的叶轮，叶轮由前盖板、后盖板和轮毂构成，后盖板的前表面具有若干叶片，具有这样的特征：所述后盖板上开设有若干平衡缝；每个平衡缝沿叶轮周向开设在后盖板上两叶片的中间；平衡缝的流道出口朝向叶轮出口倾斜。本发明的平衡缝结构简单，可减小离心泵体积。同时，该平衡缝兼具传统密封环和平衡孔组合作用的节流降压效果，能显著减小离心泵叶轮轴向推力，可减少轴承磨损，提高轴承寿命。

技术领域

本发明属于水力机械领域，涉及一种离心泵，尤其涉及一种可减小叶轮轴向推力的离心泵及其设计方法。

背景技术

离心泵广泛应用于农业、化工业、食品加工等行业。离心泵在运行过程中，部分流体不可避免地从叶片出口泄露到前后盘腔中，由于前后泵腔出口边界条件不同，使得前后泵腔的压力分布不一样，导致后盖板上的作用力大于前盖板上的作用力，造成轴承磨损。传统离心泵中，密封环的作用是节流，平衡孔的作用是降压，只有两者共同存在才具有节流降压效果，缺一不可。传统工艺上，密封环为达到密封效果，轴向需要满足一定长度，但使后泵腔体积变大，增加了离心泵的体积。同时，传统平衡孔平行于泵轴，泄流对叶轮流道内流体流动有很大影响，使离心泵抗空化能力及效率降低。

发明内容

本发明提供一种可减小叶轮轴向推力的离心泵及其设计方法，以克服现有技术的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种可减小叶轮轴向推力的离心泵，包括蜗壳流道和位于蜗壳流道中的叶轮，叶轮由前盖板、后盖板和轮毂构成，后盖板的前表面具有若干叶片，具有这样的特征：所述后盖板上开设有若干平衡缝；每个平衡缝沿叶轮周向开设在后盖板上两叶片的中间；平衡缝的流道出口朝向叶轮出口倾斜。

进一步，本发明提供一种可减小叶轮轴向推力的离心泵，还可以具有这样的特征：其中，所述平衡缝的截面形状为长条形。

进一步，本发明提供一种可减小叶轮轴向推力的离心泵，还可以具有这样的特征：其中，所述平衡缝与径向方向的夹角为倾斜角θ，倾斜角θ的取值范围为15°≤θ≤75°。

进一步，本发明提供一种可减小叶轮轴向推力的离心泵，还可以具有这样的特征：其中，所述平衡缝的间隙s的取值范围为0.1mm≤s≤1mm。

进一步，本发明提供一种可减小叶轮轴向推力的离心泵，还可以具有这样的特征：其中，所述平衡缝的进口中心所在半径R_s的取值范围为R_h为轮毂半径，R_p为叶轮出口半径。

进一步，本发明提供一种可减小叶轮轴向推力的离心泵，还可以具有这样的特征：其中，单个所述平衡缝长边对应的圆周角为叶片包角。

进一步，本发明提供一种可减小叶轮轴向推力的离心泵，还可以具有这样的特征：其中，所述平衡缝的数量Z_s与叶片数量Z相等。

本发明还提供一种可减小叶轮轴向推力的离心泵的设计方法，具有这样的特征：所述平衡缝的设计方法为：首先设计平衡缝的相关参数，然后基于离心泵盘腔流动模型，分别计算开设平衡缝前和开设平衡缝后作用在后盖板上的力，据此得到平衡缝减小的轴向力，并依次判断其平衡效果；若满足要求，则完成设计；若不满足要求，则重新调整平衡缝的相关参数，直至满足要求。

进一步，本发明提供一种可减小叶轮轴向推力的离心泵的设计方法，还可以具有这样的特征：所述平衡缝的设计方法具体包括以下步骤：

S1、设计平衡缝的相关参数：根据平衡缝各相关参数的取值范围确定倾斜角θ、间隙s、进口中心所在半径R_s、单个平衡缝圆周角和单个平衡缝截面面积A_s，其中

S2、计算轴向力：离心泵盘腔流动模型为：