一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵的制作方法

1.本发明属于疏浚泥泵、流体力学等跨技术领域。


背景技术：

2.无论是河湖水库、城市乡村河道、市政污水，都需要对生态环境友好的清淤设备，输送设备做为清淤装备中的核心装备，对环保清淤的输送效率起着决定性的作用。许多河道底泥、污水池受到严重污染，污泥中含有大块垃圾，给清淤设备带来了挑战，目前的泥浆泵在输送过程中经常堵塞，泵轴被带状纤维物缠绕，制约了清淤工程中的污泥输送效率。
3.旋流泵的优势是通过能力好，可以输送含有大块固体的泥浆。通常叶轮为开式或半开式叶轮，叶轮与泵壳吸口侧的无叶腔较大，保证了通过性；叶轮和泵腔的相对位置通常有三种：(a)叶轮完全退缩到泵腔后面，(b)叶轮部分前伸到泵腔内，(c)叶轮全部前伸到泵腔。当采用(c)的方式时，泥浆部分通过叶轮，由于叶轮与后泵盖之间存在间隙，泥浆回流至间隙内，纤维物被水流带至间隙中，缠绕在泵轴上，随着缠绕物增多，影响泵轴转动。
4.为解决纤维物缠绕问题，离心泵通过泵吸口叶轮切割装置对纤维进行切割破碎；但是在旋流泵中，叶轮吸口侧空腔较大，无法采用切割方式破碎纤维物。
5.通常，输送较高浓度的离心式渣浆泵、离心式疏浚挖泥泵的叶轮为闭式叶轮，通过叶片特殊设计提高通过能力，且在叶轮和衬板之间配置间隙冲水，所述“间隙冲水”手段是为减小泥浆对叶轮盖板和衬板的磨损。离心式泥泵间隙冲水示意图见图1，双箭头表示泥浆流动方向，单箭头表示间隙冲水流动方向，间隙冲水沿着叶轮和衬板之间的间隙由中心向外缘流动，防止泥浆进入该间隙，减小叶轮和衬板的磨损。
6.在本领域，在旋流泵结构中未发现应用“间隙冲水”。


技术实现要素：

7.为了解决以上问题，针对旋流泵在输送污泥时的垃圾缠绕、堵塞问题，本发明公开了一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，以半开式叶轮和间隙冲水联合优化设计。防止纤维垃圾缠绕泵轴，减少泵的停机维修，实现环保清淤工程中污泥连续输送。
8.本发明需要保护的技术方案是：
9.一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，其特征在于，包括泵壳(1)、后泵盖(3)、轴封(4)、泵轴(5)、轴承箱组件(6)：
10.还包括叶轮(2)和冲水通道及喷口(7)；
11.所述泵壳(1)为单流道泵壳，叶轮(2)为半开式叶轮，叶轮(2)安装于泵壳(1)的内腔；
12.叶轮(2)通过其轮毂(23)与泵轴(5)螺纹连接；叶轮(2)依次通过叶轮轮毂(2-1)、泵轴(5)连接至轴承箱组件(6)；
13.由叶轮(2)和单流道的泵壳(1)组合成泵腔体，位于内部的叶轮(2)及在外部的泵壳(1)均采用耐磨材料铸造而成，后泵盖(3)安装于泵壳(1)后侧从而闭合腔体；所述泵壳
(1)的吸入室(1-1)和压水室(1-2)一体结构，泵壳(1)的吸入室(1-1)一侧设有入口，泵壳(1)的压水室(1-2)顶部一侧设有出口；
14.所述轴承箱组件(6)设有斜撑(6-1)，所述斜撑(6-1)、后泵盖(3)、泵壳(1)三者通过螺栓固定，所述斜撑(6-1)提供支撑和固定；转动的泵轴(5)通过轴封(4)与静止的后泵盖(3)连接；
15.泵壳(1)由后泵盖(3)支撑并固定，后泵盖(3)与轴承箱组件(6)通过螺栓连接连，轴封组件(4)位于后泵盖(3)与泵轴(5)之间的空腔内，冲水通道及喷口(7)连接外部的水管。
16.进一步的，所述半开式叶轮，包括叶片(21)、叶轮后盖板(22)和轮毂(23)，其中：所述叶轮后盖板(22)的一侧与叶片(21)构成一体，其另一侧与轮毂(23)构成一体；所述叶片(21)数量为3-5片，叶片为径向直叶片，叶片沿叶轮圆周均匀分布，工作面型线和背面型线为直线，相邻叶片间的叶片型线为圆弧过渡且叶片型线与圆弧相切；在所述直叶片伸长方向与所述叶轮后盖板(22)圆周边沿平齐；所述间隙冲水机构为冲水通道及喷口(7)，所述冲水通道及喷口(7)位于旋流泵后泵盖(3)的竖直和水平夹角位置上。
17.上述设计，叶轮结构简单，叶片宽厚，外形平齐，纤维物不易附着其上。加之，在应用时，由于间隙冲水机构采用冲水通道及喷口(7)，所述冲水通道及喷口(7)位于旋流泵后泵盖(3)的竖直和水平夹角位置上，通过所述冲水通道及喷口(7)连接外部水管即可获得水源。在本领域，水源可以由另外一台清水泵提供(现有技术，非本发明技术方案组成部分)。
18.进一步的，所述叶轮直径h为扬程，单位m，n为转速，单位rpm；
19.泵进口直径和出口直径d
in
＝d
out
＝0.5d2，单位m，圆整到标准gb/t9113.1-2000法兰尺寸。
20.进一步的，所述叶片厚度取值为20～60mm，叶片宽度b2为叶轮直径d2的35％，后盖板厚度δ2取20-30mm。
21.进一步的，所述叶片工作面型线和背面型线夹角θ为10
°‑
20
°
，相邻叶片过渡圆弧半径r4取50-150mm，叶片出口厚度取值为20-60mm。
22.进一步的，所述泵壳流道为准螺旋形，断面形状为圆角矩形；泵壳总宽度b3＝0.6d2+e，
23.进一步的，叶轮后盖板与后泵盖之间间隙e＝2-5mm，冲水通道及喷口7位于后泵盖3的竖直和水平夹角位置上，冲水通道及喷口7与水平方向成45
°
夹角，面向叶轮吸口方向，冲水通道及喷口7沿着圆周切向方向，出水水流方向和叶轮旋转方向相反。
24.所述冲水通道及喷口7，其冲水沿着后泵盖3和叶轮后盖板22之间的间隙流出，冲水水流量q＝0.833n
·d22
，单位l/min，n为转速，单位rpm，冲水压力取1.2倍旋流泵扬程。其中，间隙冲水流量公式q＝0.833n
·d22
，根据模拟实验数据拟合归纳得到，此流量下间隙冲水效果好，满足旋流泵运行要求，间隙无泥浆回流，依据试验，上述设计完全杜绝防止垃圾等缠绕。
25.有益效果
26.本发明的旋流泵带有间隙冲水，明确了间隙冲水的流量和压力参数，有效防止环保清淤过程中垃圾杂物对旋流泵的缠绕和堵塞，保证旋流泵稳定运行，减少维修清理，延长
有效疏浚作业时间，提高环保清淤施工效率。
27.适用于市政污泥输送、环保清淤领域输送高浓度泥浆。
附图说明
28.图1为离心式泥泵间隙冲水示意图(现有技术)
29.图2为叶轮叶片示意图
30.图3为三维叶轮零件图
31.图4为应用例旋流泵装置的二维装配示意图
32.图5为应用例冲水通道及喷口角度示意图
33.图6为测试清水性能曲线
34.图7为冲水流量与叶轮直径环形面上的水流方向关系图
35.图8为间隙冲水流量公式拟合
36.标号说明：1-泵壳，2-叶轮，3-后泵盖，4-轴封组件，5-泵轴，6-轴承箱组件，7-冲水通道及喷口，91-泵盖、92-外接清水辅助泵、93-衬板一、94-衬板二
具体实施方式
37.下面将结合具体实施例及其附图对本技术提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本技术的优点和特征将更加清楚。
38.如图2、图3所示，防缠绕半开式叶轮包括叶片21、叶轮后盖板22、轮毂23；所述轮毂23位于叶轮后盖板22的圆心位置，所述叶片21安装于叶轮后盖板22的一侧；所述叶片21数量为4片，叶片为径向直叶片，工作面型线和背面型线为直线，叶片沿叶轮圆周均匀分布，相邻叶片为圆弧过渡，叶片型线(工作面型线或背面型线)与圆弧相切；所述叶片出口厚度为δ，工作面型线和背面型线夹角为θ，叶轮外径为d2，相邻叶片圆角半径为r4。
39.基于上述设计，防缠绕半开式叶轮在应用时，由于间隙冲水机构采用冲水通道及喷口(7)，所述冲水通道及喷口(7)位于旋流泵后泵盖(3)的竖直和水平夹角位置上，只要通过所述冲水通道及喷口(7)连接外部的水管即可获得水源。在本领域，水源可以由另外一台清水泵提供(现有技术，非本发明技术方案组成部分)。
40.以下给出应用的设计例以及仿真测试。
41.实施例
42.上述防缠绕半开式叶轮设计应用于旋流泵以制作一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，如图4所示：
43.防缠绕旋流泵包括泵壳(1)、后泵盖(3)、轴封(4)、泵轴(5)、轴承箱组件(6)：
44.还包括叶轮(2)和冲水通道及喷口(7)；
45.所述泵壳(1)为单流道泵壳，叶轮(2)为半开式叶轮，叶轮(2)安装于泵壳(1)的内腔；
46.叶轮(2)通过其轮毂(23)与泵轴(5)螺纹连接；叶轮(2)依次通过叶轮轮毂(2-1)、泵轴(5)连接至轴承箱组件(6)；
47.由叶轮(2)和单流道的泵壳(1)组合成泵腔体，位于内部的叶轮(2)及在外部的泵壳(1)均采用耐磨材料铸造而成，后泵盖(3)安装于泵壳(1)后侧从而闭合腔体；所述泵壳
(1)的吸入室(1-1)和压水室(1-2)一体结构，泵壳(1)的吸入室(1-1)一侧设有入口，泵壳(1)的压水室(1-2)顶部一侧设有出口；
48.所述轴承箱组件(6)设有斜撑(6-1)，所述斜撑(6-1)、后泵盖(3)、泵壳(1)三者通过螺栓固定，所述斜撑(6-1)提供支撑和固定；转动的泵轴(5)通过轴封(4)与静止的后泵盖(3)连接；
49.泵壳(1)由后泵盖(3)支撑并固定，后泵盖(3)与轴承箱组件(6)通过螺栓连接连，轴封组件(4)位于后泵盖(3)与泵轴(5)之间的空腔内，冲水通道及喷口(7)连接外部的水管，水源由另外一台清水泵提供(这部分不属于本发明组成部分)。
50.作为应用例，叶轮后盖板与后泵盖之间间隙e＝3mm，冲水通道及喷口7位于后泵盖3的竖直和水平夹角位置上，图4中冲水通道及喷口7与水平方向成45
°
夹角，面向叶轮吸口方向，冲水通道及喷口7沿着圆周切向方向(图5所示冲水角度)，出水水流方向和叶轮旋转方向相反，防止纤维缠绕。
51.由外部辅助泵提供冲水，冲水沿着后泵盖3和叶轮后盖板22之间的间隙流出，冲水水流量q＝0.833n
·d22
，单位l/min，n为转速，单位rpm，冲水压力取1.2倍旋流泵扬程。
52.间隙冲水流量公式q＝0.833n
·d22
，根据模拟实验数据拟合归纳得到(图8)，此流量下间隙冲水效果好，满足旋流泵运行要求，间隙无泥浆回流(图7)，可防止垃圾等缠绕。
53.算例、模拟实验及仿真
54.实施例旋流泵设计参数：
55.流量q＝600m3/h，扬程h＝30m，转速n＝1200rpm，
56.叶轮外径d2计算得0.364m；
57.泵进口直径和出口直径d
in
＝d
out
＝0.5d2，计算得0.182m，圆整到标准gb/t9113.1-2000的法兰0.2m；
58.叶片宽度b2＝0.35d2，计算得0.127m，
59.叶轮与后泵盖间隙e＝3mm，
60.叶片出口厚度δ＝0.15d
in
，厚度0.03m，
61.图2、图3所示，叶轮逆时针旋转，叶片数为4，叶轮外径d2为0.364m，叶片出口宽度b2为0.127m，叶片工作面和背面夹角θ取10
°
，相邻叶片圆角半径r4取100mm。叶轮后盖板厚度δ2取20mm。
62.如图4所示，泵轴5与叶轮2通过螺纹连接，叶轮2位于泵壳1以及后泵盖3组成的腔体内，泵壳1通过螺栓固定在后泵盖3上，且轴承箱组件6通过螺栓与后泵盖3连接，轴承箱组件通过地脚螺栓固定在基础上。泵壳流道设计为准螺旋线，泵壳流道断面采用矩形。泵壳流道总宽度b3＝0.6d2+e，叶轮与后泵盖的间隙值e取3mm，计算得b3＝0.221m；冲水通道及喷口(7)与水平方向成45
°
夹角；
63.图5所示，面向泵吸口，冲水通道及喷口(7)沿着切向进入后泵盖5和泵轴5组成的空腔，出水水流方向和叶轮旋转方向相反，即叶轮顺时针旋转，冲水通道及喷口7的水流逆时针旋转，可有效防止纤维缠绕；冲水通道及喷口(7)提供间隙冲水参数按照：流量取q＝0.833n
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，计算得132l/min；封水压力p取旋流泵扬程h的1.2倍，计算得36m，即3.6bar。
64.图6所示，经过数值模拟仿真得到本实施例泥泵的性能曲线，流量600m3/h，扬程
30m，水力效率50％。
65.图7所示，箭头表示间隙在e(见图4)位置的水流方向，通过大量模拟实验，得出水流在不同流量时的水流方向，箭头长度表示速度值的大小，理想状态是仅流出，无流入。图中，当流量取q＝0.833n
·d22
时，满足仅有流出，无流入；流量取0.8q，有流入也有流出，流量取1.2q，仅有流出，无流入，但水流过大。因此优选q＝0.833n
·d22
的结果。
66.以上为本发明的具体说明，但本发明并不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其他实施例或变形例。

技术特征：
1.一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，其特征在于，包括泵壳(1)、后泵盖(3)、轴封(4)、泵轴(5)、轴承箱组件(6)：还包括叶轮(2)和冲水通道及喷口(7)；所述泵壳(1)为单流道泵壳，叶轮(2)为半开式叶轮，叶轮(2)安装于泵壳(1)的内腔；叶轮(2)通过其轮毂(23)与泵轴(5)螺纹连接；叶轮(2)依次通过叶轮轮毂(2-1)、泵轴(5)连接至轴承箱组件(6)；由叶轮(2)和单流道的泵壳(1)组合成泵腔体，位于内部的叶轮(2)及在外部的泵壳(1)均采用耐磨材料铸造而成，后泵盖(3)安装于泵壳(1)后侧从而闭合腔体；所述泵壳(1)的吸入室(1-1)和压水室(1-2)一体结构，泵壳(1)的吸入室(1-1)一侧设有入口，泵壳(1)的压水室(1-2)顶部一侧设有出口；所述轴承箱组件(6)设有斜撑(6-1)，所述斜撑(6-1)、后泵盖(3)、泵壳(1)三者通过螺栓固定，所述斜撑(6-1)提供支撑和固定；转动的泵轴(5)通过轴封(4)与静止的后泵盖(3)连接；泵壳(1)由后泵盖(3)支撑并固定，后泵盖(3)与轴承箱组件(6)通过螺栓连接连，轴封组件(4)位于后泵盖(3)与泵轴(5)之间的空腔内，冲水通道及喷口(7)连接外部的水管。2.如权利要求1所述的一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，其特征在于，所述叶轮(2)为半开式，包括叶片(21)、叶轮后盖板(22)和轮毂(23)，其中：所述叶轮后盖板(22)的一侧与叶片(21)构成一体，其另一侧与轮毂(23)构成一体；所述叶片(21)数量为3-5片，叶片为径向直叶片，叶片沿叶轮圆周均匀分布，工作面型线和背面型线为直线，相邻叶片间的叶片型线为圆弧过渡且叶片型线与圆弧相切；在所述直叶片伸长方向与所述叶轮后盖板(22)圆周边沿平齐；所述间隙冲水机构为冲水通道及喷口(7)，所述冲水通道及喷口(7)位于旋流泵后泵盖(3)的竖直和水平夹角位置上。3.如权利要求1所述的一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，其特征在于，所述叶轮直径h为扬程，单位m，n为转速，单位rpm；所述旋流泵进口直径和出口直径d
in
＝d
out
＝0.5d2，单位m，圆整到标准gb/t9113.1-2000法兰尺寸；所述泵壳流道为准螺旋形，断面形状为圆角矩形；泵壳总宽度b3＝0.6d2+e。4.如权利要求2所述的一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，其特征在于，所述叶片厚度取值为20～60mm，叶片宽度b2为叶轮直径d2的35％，后盖板厚度δ2取20-30mm。5.如权利要求2所述的一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，其特征在于，所述叶片工作面型线和背面型线夹角θ为10
°‑
20
°
，相邻叶片过渡圆弧半径r4取50-150mm，叶片出口厚度取值为20-60mm。6.如权利要求1或者2所述的一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，其特征在于，叶轮后盖板与后泵盖之间间隙e＝2-5mm，冲水通道及喷口7位于后泵盖3的竖直和水平夹角位置上，冲水通道及喷口7与水平方向成45
°
夹角，面向叶轮吸口方向，冲水通道及喷口7沿着圆周切向方向，出水水流方向和叶轮旋转方向相反。7.如权利要求1或2所述的一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，其特征在于，所述冲水通道及喷口7，其冲水沿着后泵盖3和叶轮后盖板22之间的间隙流出，冲水水流量q＝
0.833n
·
d
22
，单位l/min，n为转速，单位rpm，冲水压力取1.2倍旋流泵扬程。8.如权利要求1至5任一所述一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，其特征在于，所述冲水通道及喷口(7)的出水水流方向和叶轮旋转方向相反。9.如权利要求6所述一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，其特征在于，所述冲水通道及喷口(7)的出水水流方向和叶轮旋转方向相反。10.如权利要求7所述一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，其特征在于，所述冲水通道及喷口(7)的出水水流方向和叶轮旋转方向相反。

技术总结
本发明属于疏浚泥泵、流体力学等跨技术领域。一种带有间隙冲水的防缠绕旋流泵，包括泵壳(1)、后泵盖(3)、轴封(4)、泵轴(5)、轴承箱组件(6)：还包括叶轮(2)和冲水通道及喷口；所述半开式叶轮包括叶片、叶轮后盖板和轮毂，其中：所述叶片数量为3-5片，叶片为径向直叶片，叶片沿叶轮圆周均匀分布，工作面型线和背面型线为直线，相邻叶片间的叶片型线为圆弧过渡且叶片型线与圆弧相切；所述间隙冲水机构为冲水通道及喷口，位于旋流泵后泵盖的竖直和水平夹角位置上。可有效防止环保清淤过程中垃圾杂物对旋流泵的缠绕和堵塞，保证旋流泵稳定运行，减少维修清理，延长有效疏浚作业时间，提高环保清淤施工效率。淤施工效率。淤施工效率。


技术研发人员：庄海飞 刘明明 武永顶 曹蕾 郭涛 王海荣
受保护的技术使用者：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司
技术研发日：2021.11.15
技术公布日：2022/3/8