基于涡旋增压原理的防堵塞潜污泵叶轮设计方法
阅读说明：本技术 基于涡旋增压原理的防堵塞潜污泵叶轮设计方法 (Vortex supercharging principle-based anti-blocking submersible sewage pump impeller design method ) 是由 马林 李威 李江莲 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及潜污泵叶轮技术领域,具体为基于涡旋增压原理的防堵塞潜污泵叶轮的设计方法,包括锥状中心体以及设置于所述锥状中心体外壁的螺旋状叶片,所述锥状中心体与所述螺旋状叶片组成的叶轮根据设计要求流量Q,转速n,扬程H等参数,确定该叶轮的主要设计参数包括叶轮进口直径D-(j),叶轮进口侧外径D-(2a),叶轮出口侧外径D-(2i),叶轮出口宽度b-(2),进水边倾角θ-(1),叶片包角φ和叶片出口安放角β-(2)的设计计算公式；采用本发明设计的潜污泵叶轮解决了潜污泵易堵塞、效率低以及汽蚀性能差的问题。(The invention relates to the technical field of submersible sewage pump impellers, in particular to a design method of an anti-blocking submersible sewage pump impeller based on a vortex supercharging principle j Outer diameter D of inlet side of impeller 2a Outer diameter D of outlet side of impeller 2i Width of impeller outlet b 2 Angle of inclination theta of water inlet edge 1 Wrap angle of blade phi and blade exit setting angle beta 2 The design calculation formula of (1); designed by adopting the inventionThe submersible sewage pump impeller solves the problems of easy blockage, low efficiency and poor cavitation performance of the submersible sewage pump.)
技术领域
本发明涉及潜污泵叶轮技术领域，具体为基于涡旋增压原理的防堵塞潜污泵叶轮设计方法。
背景技术
目前，污水提升系统用的泵，使用装有普通离心叶轮的潜污泵居多。此类普通离心叶轮由轮毂与均匀分布在其四周的若干叶片组成，叶片的两侧还分别设置有前盖板和后盖板，其中该离心叶轮主要设计参数包括叶轮进口当量内径D0、叶轮外径D2、出口宽度b2、叶片包角φ、叶片出口安放角β2等。
传统设计方法中叶轮的主要设计参数取值如下：
①叶轮进口当量内径D0
D0＝K0·(Q/n)1/3(mm)
式中：Q——泵的流量，m3/S；
n——泵的转速，转/分钟；
其中，K0在主要考虑效率时取值为3.5～4.0；K0在兼顾效率和汽蚀时取值为4.0～4.5；K0在主要汽蚀时取值为4.5～5.5；
②叶轮外径D2
D2＝(9.35～9.6)·(ns/100)-1/2·(Q/n)1/3(mm)
式中：Q——泵的流量，m3/S；
n——泵的转速，转/分钟；
ns——泵的比转速；
③叶轮出口宽度b2
b2＝0.64·(ns/100)5/6·(Q/n)1/3(mm)
式中：Q——泵的流量，m3/S；
n——泵的转速，转/分钟；
ns——泵的比转速；
4)叶片包角φ及叶片出口安放角β2
一般来说，叶片包角φ随比转速ns的增大而减小，叶片出口安放角β2随比转速ns的增大而增大。对于低比转速泵，由于要降低圆盘摩擦损失，叶片出口安放角β2加大，叶片包角φ减小。
上述叶轮装备的潜污泵在实际使用过程中一般存在以下缺点：
1.水力损失较大，效率较低，因此匹配的电机功率较大，浪费电能；
2.由于结构形式的原因，叶轮磨损速度快，且容易堵塞，维修成本较高；
3.介质中含有一定量的气体后就会产生汽蚀，甚至不能工作，汽蚀性能较差。
发明内容
本发明的目的在于提供基于涡旋增压原理的防堵塞潜污泵叶轮设计方法，用于解决现有技术中潜污泵易堵塞、效率低以及汽蚀性能差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于涡旋增压原理的防堵塞潜污泵叶轮设计方法，包括锥状中心体以及设置于所述锥状中心体外壁的螺旋状叶片，所述锥状中心体与所述螺旋状叶片组成的叶轮根据设计要求流量Q，转速n，扬程H等参数，确定该叶轮的主要设计参数包括叶轮进口直径 Dj，叶轮进口侧外径D2a，叶轮出口侧外径D2i，叶轮出口宽度b2，进水边倾角θ1，叶片包角φ和叶片出口安放角β2由以下关系式确定：
Dj＝Kj·(Q/n)1/3
D2a＝(10.5～12)·(ns/100)-1/2·(Q/n)1/3，120＜ns≤350
D2a＝(12～13.5)·(ns/100)-1/2·(Q/n)1/3，ns＞350
D2i＝(9～10.5)·(ns/100)-1/2·(Q/n)1/3，120＜ns≤350
D2i＝7·(ns/100)-1/2·(Q/n)1/3，ns>350
b2＝2·(ns/100)5/6·(Q/n)1/3，120＜ns≤220
b2＝1.15·(ns/100)5/6·(Q/n)1/3，220＜ns≤350
b2＝0.85·(ns/100)5/6·(Q/n)1/3，ns＞350
θ1＝36，ns≤220
θ1＝15，ns＞220
Φ＝270～420
β2＝20～28
式中，Kj——取4.4～5.2；
Dj——叶轮进口直径，mm；
D2a——叶轮进口侧外径，mm；
D2i——叶轮出口侧外径，mm；
b2——叶轮出口宽度，mm；
θ1——进水边倾角，°；
Φ——叶片包角，°；
β2——叶片出口安放角，°；
Q——泵的流量，m3/S；
n——泵的转速，转/分钟；
ns——泵的比转速；
出水边倾角θ2，根据上述计算出的D2a、D2i、b2参数可以确定；另外叶片包角取大值时，叶片出口安放角取小值；叶片包角取小值时，则叶片出口安放角取大值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明涉及的潜污泵叶轮近似于龙卷风式的螺旋增压原理，以叶轮旋转为诱导，将周围的液体，尤其是固体颗粒及长纤维等吸入中心区域，然后送出泵外，这样可以有效防止污堵，提高潜污泵叶轮的使用寿命，维修费用大大降低。
2.本发明涉及的潜污泵叶轮的叶轮出口宽度宽大，即意味着叶片间的通道宽大、通畅，那么流体的流动效果就较好；叶轮易于铸造，流道表面平滑度好、流道不易堵塞；流体在流道内的流动损失小，从而最大程度的提升叶轮的效率，其效率比普通潜污泵高5％～10％。
3.本发明涉及的潜污泵叶轮汽蚀性能优越，该潜污泵亦可以用于输送含有气体的液体，而且不会产生汽蚀现象。
附图说明
图1为本发明潜污泵叶轮整体的立体结构示意图；
图2为本发明潜污泵叶轮整体的主视结构示意图；
图3为本发明潜污泵叶轮整体的后视结构示意图；
图4为本发明潜污泵叶轮整体的左视结构示意图；
图5为本发明潜污泵叶轮整体的右视结构示意图；
图6为本发明潜污泵叶轮整体的俯视结构示意图；
图7为本发明潜污泵叶轮整体的仰视结构示意图；
图8为本发明潜污泵叶轮的主要设计参数示意图。
图中：1-锥状中心体；2-螺旋状叶片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案，基于涡旋增压原理的防堵塞潜污泵叶轮设计方法，包括锥状中心体以及设置于所述锥状中心体外壁的螺旋状叶片，所述锥状中心体与所述螺旋状叶片组成的叶轮根据设计要求流量Q，转速n，扬程H等参数，确定该叶轮的主要设计参数包括叶轮进口直径Dj，叶轮进口侧外径D2a，叶轮出口侧外径D2i，叶轮出口宽度b2，进水边倾角θ1，叶片包角φ和叶片出口安放角β2由以下关系式确定：
Dj＝Kj·(Q/n)1/3
通常潜污泵对汽蚀性能要求不高，因此Kj——取4.4～5.2。
对于比转速泵较低的泵，取较小的叶轮外径；而对于比转泵较高的泵，取稍大一点的叶轮外径，常取：
D2a＝(10.5～12)·(ns/100)-1/2·(Q/n)1/3，120＜ns≤350
D2a＝(12～13.5)·(ns/100)-1/2·(Q/n)1/3，ns＞350
D2i＝(9～10.5)·(ns/100)-1/2(Q/n)1/3，120＜ns≤350
D2i＝7·(ns/100)-1/2·(Q/n)1/3，ns>350。
取较宽的叶轮出口宽度，常取：
b2＝2·(ns/100)5/6·(Q/n)1/3，120＜ns≤220
b2＝1.15·(ns/100)5/6·(Q/n)1/3，220＜ns≤350
b2＝0.85·(ns/100)5/6·(Q/n)1/3，ns＞350。
进水边倾角对水力性能影响不大，考虑吸入口零件的通用性：
θ1＝36，ns≤220
θ1＝15，ns＞220
出水边倾角θ2根据上述计算出的D2a、D2i、b2参数即可确定。
在结合涡旋增压原理及考虑防堵塞的前提下，采用单叶片大包角是最佳的设计方案，通常采取Φ＝270～420，同时叶片安放角的选择要与包角相匹配，一般情况下取β2＝20～28，并且叶片包角取大值时，叶片出口安放角取小值；叶片包角取小值时，则叶片出口安放角取大值。
上述各关系式中，
Dj——叶轮进口直径，mm；
D2a——叶轮进口侧外径，mm；
D2i——叶轮出口侧外径，mm；
b2——叶轮出口宽度，mm；
θ1——进水边倾角，°；
Φ——叶片包角，°；
β2——叶片出口安放角，°；
Q——泵的流量，m3/S；
n——泵的转速，转/分钟；
ns——泵的比转速,ns＝3.65·n·Q1/2/H3/4。
龙卷风是大气中最强烈的涡旋现象，它是从雷雨云底伸向地面或水面的一种范围很小而风力极大的强风旋涡，在龙卷风形成过程中，空气绕龙卷风的轴快速旋转，受龙卷风中心气压极度减小的吸引，近地面几十米厚的薄层空气内，气流从四面八方吸入涡流底部，并随机变为绕轴心向上的涡流。
本发明根据龙卷风的形成机理，提出一种系统的设计取值方法。通过对各参数合理的取值，设计出基于涡旋增压原理的防堵塞的潜污泵叶轮，并使其与其它水力部件达到最佳的匹配性，最终达到综合效率提高的最优化产品。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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