小流量低比转数离心泵叶轮的制作方法

本发明涉及离心泵叶轮的设计和制造，特别是一种小流量低比转数离心泵叶轮。

背景技术：

1、随着我国国民经济的快速发展，各行各业对各种离心泵的需求也越来越多，每年都会有15％左右的增长需求。近年来随着工农业发展的不断深入，在某些项目或场合中，泵系统装置中的工况、介质属性更加多样性及复杂化，除了要求结构设计多样性外，越来越多的离心泵应用设计有向小流量低比转速方向发展的趋势。

2、传统离心泵叶轮(比转数ns＝30～300时)的设计一般都是根据用户要求的流量、扬程等额定工况，按流体机械设计理论，通过保角变换法在叶轮的轴面投影图上得到叶片，然后再按所需叶片数阵列得到叶轮流道；或者在得到叶片工作面后，直接根据经验选取叶轮叶片的厚度，得到背面，然后再按所需叶片数阵列得到叶轮流道。这两种方法得到的叶片一般都是为了在满足额定工况、结构安全要求的前提下，如避免叶片因应力过大而断裂、提前腐蚀破坏等，尽可能的减小叶片的厚度，以减小流道的水力排挤，提高效率，同时降低质量成本。但对于小流量、低比转速离心泵的窄流道叶轮而言，其叶轮出口宽度较小，铸造非常困难，不方便清砂，容易有气孔、凹陷、夹渣、裂纹等缺陷，表面粗糙、质量很差，使小流量低比转速离心泵的沿程水力损失、圆盘摩擦损失非常大，同时由于流道扩散严重，扩散损失也很大。

3、但是，小流量(q＝2～50m3/h)、低比转速(ns＝10～60)离心泵叶轮，特别是ns≤30，流量q≤5m3/h时，它的出口宽度b2变的很小。如按常规的计算叶轮出口宽度公式进行计算：当q≤5m3/h，ns≤30时，b2≤3mm。这样窄的出口宽度，铸造非常困难，不方便清砂，容易有气孔、凹陷、夹渣、裂纹等缺陷，表面粗糙、质量很差，使小流量低比转速离心泵的沿程水力损失、圆盘摩擦损失非常大，同时由于流道扩散严重，扩散损失也很大。

4、故仅仅通过传统的理论设计方法、按照常规铸造方法制造的小流量、低比转速离心泵叶轮，已经无法满足用户特殊工况的离心泵发展要求，很难实现离心泵叶轮设计要求的流量工况与高效率、易制造的良好匹配，需要有针对性的为该类项目对小流量低比转速离心泵叶轮进行优化设计，以及制造方法改进，进行水力效率提升。

技术实现思路

1、本发明为了解决目前小流量低比转数离心泵叶轮在铸造时由于流道窄，导致铸造困难、产品不良率高、质量差的问题，而提供的小流量低比转数离心泵叶轮。

2、为达到上述功能，本发明提供的技术方案是：

3、一种小流量低比转数离心泵叶轮，包括叶片、前盖板、后盖板和轮毂，所述叶片的出口宽度b2根据以下公式确定：

4、qd＝k1·qe，

5、b2＝0.02ns0.83(qd/n)1/3，

6、式中：

7、qe－原设计额定流量，单位为m3/h，且2≤qe≤50；

8、qd－新额定流量，单位为m3/h；

9、k1－经验系数，k1＝1.1～1.25，ns小时取大值，ns大时取小值；

10、b2－叶片出口宽度，单位为mm；

11、ns－比转速，无单位，ns＝10～60；

12、n－转速，单位为转/分。

13、优选地，叶轮的出口过流截面积a2与叶轮的进口过流截面积a1的关系如下：

14、a2＝k2·a1，

15、式中：

16、k2－经验系数，k2＝1.05～1.25，ns小时取大值，ns大时取小值。

17、优选地，所述叶片开设有空腔。

18、优选地，所述前盖板和/或后盖板在流道中间处开设有窗口，所述窗口上焊接有窗盖。

19、优选地，所述窗口与叶片工作面和叶片背面相邻的两个边分别由叶片工作面和叶片背面向流道侧偏置一个焊接距离γ而得；所述窗口靠近叶轮进口的圆弧边，其直径为1.2*d1；所述窗口靠近叶轮出口的圆弧边，其直径为0.8*d2；其中，d1为叶轮进口直径，d2为叶轮出口直径。

20、优选地，所述窗口的边沿设置有凸台，所述窗盖的边沿设置有与所述凸台对应的凹槽。

21、本发明的有益效果在于：

22、1、通过加宽叶片出口宽度b2，从而降低叶轮的铸造难度，易于拔模、清砂，表面光洁度、质量得到提高，使小流量低比转速离心泵的沿程水力损失、圆盘摩擦损失大大降低；

23、2、通过限制叶轮的出口过流截面积a2，能有效防止流道扩散损失严重的问题；

24、3、通过在叶片设置空腔，利于拔模、清砂，减少气孔、凹陷、夹渣、裂纹等铸造缺陷，同时减小了叶片厚度，减轻重量，降低制造成本；另外，叶轮在减轻重量后，可减小泵转子运转时的不平衡力、离心力，进而减小泵转子的振动、噪音，使机泵运行更加稳定、可靠、安全，延长了其使用寿命；

25、4、小流量低比转数叶轮的扬程高，外径d2一般比较大，其流道很狭长，传统闭式叶轮很容易出现流道夹渣等铸造缺陷，工具探头伸不进去里面，无法清砂去渣、打磨光滑，通过在前盖板和/或后盖板开设窗口可有效减少流道夹渣，方便清砂、打磨，大大提高效率，且叶轮大部分为铸造，只是局部焊接成型，其结构强度几乎没有减小。

技术特征：

1.一种小流量低比转数离心泵叶轮，包括叶片、前盖板、后盖板和轮毂，其特征在于：所述叶片的出口宽度b2根据以下公式确定：

2.如权利要求1所述的小流量低比转数离心泵叶轮，其特征在于：叶轮的出口过流截面积a2与叶轮的进口过流截面积a1的关系如下：

3.如权利要求1所述的小流量低比转数离心泵叶轮，其特征在于：所述叶片开设有空腔。

4.如权利要求1～3任意一项所述的小流量低比转数离心泵叶轮，其特征在于：所述前盖板和/或后盖板在流道中间处开设有窗口，所述窗口上焊接有窗盖。

5.如权利要求4所述的小流量低比转数离心泵叶轮，其特征在于：所述窗口与叶片工作面和叶片背面相邻的两个边分别由叶片工作面和叶片背面向流道侧偏置一个焊接距离γ而得；所述窗口靠近叶轮进口的圆弧边，其直径为1.2*d1；所述窗口靠近叶轮出口的圆弧边，其直径为0.8*d2；其中，d1为叶轮进口直径，d2为叶轮出口直径。

6.如权利要求4所述的小流量低比转数离心泵叶轮的设计方法，其特征在于：所述窗口的边沿设置有凸台，所述窗盖的边沿设置有与所述凸台对应的凹槽。

技术总结
本发明涉及离心泵叶轮的设计和制造技术领域，特别是小流量低比转数离心泵叶轮；包括叶片、前盖板、后盖板和轮毂，叶片的出口宽度b2根据以下公式确定：Qd＝k1·Qe，b2＝0.02Ns<supgt;0.83</supgt;(Qd/n)<supgt;1/3</supgt;；叶轮的出口过流截面积A2与叶轮的进口过流截面积A1的关系如下：A2＝k2·A1；前盖板和/或后盖板在流道中间处开设有窗口，窗口上焊接有窗盖；通过加宽叶片出口宽度b2，从而降低叶轮的铸造难度，易于拔模、清砂，表面光洁度、质量得到提高，使小流量低比转速离心泵的沿程水力损失、圆盘摩擦损失大大降低；通过限制叶轮的出口过流截面积A2，能有效防止流道扩散损失；另外前盖板和/或后盖板开设窗口再焊接窗盖的设置有利于铸造后的叶轮流道清砂去渣。

技术研发人员：蒙盛吉,回萍,吴慧明
受保护的技术使用者：广东肯富来泵业股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13