一种离心泵叶轮结构的制作方法与流程

本发明涉及一种离心泵，尤其是涉及一种离心泵叶轮结构的制作方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的加速与工业生产的蓬勃发展，污水处理需求日益增长，这对污水泵的性能提出了更高要求。

2、如图1和图2所示，传统的离心泵结构设计往往侧重于流体动力学的一般原理，但在处理含有大颗粒物质的污水时面临挑战。具体而言，标准叶轮结构因叶片数量较多且出口宽度受限，不仅容易导致堵塞问题，影响大颗粒物质的顺畅通过，还限制了泵的整体效率。

3、鉴于此现状，亟需一种新的叶轮结构及其制作方法来解决所提出的问题。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的在于提供一种离心泵叶轮结构的制作方法，有效处理含有大颗粒物质的污水，同时显著提升了泵的运转效率及稳定性。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种离心泵叶轮结构的制作方法，所述离心泵叶轮结构包括后盖板及设置在后盖板上的至多两叶片，叶片呈螺旋状设置在后盖板上，叶片一端置于后盖板区域的中间，叶片另一端延伸至后盖板的边缘处；

3、其中，所述离心泵叶轮结构的制作方法包括如下步骤，

4、s1、根据离心泵叶轮结构的设计流量 q、扬程 h、转速 n确定离心泵叶轮结构的比转速 ns：

5、（1）；

6、s2、基于离心泵的比转速 ns，预设离心泵的泵效率η、容积效率 ηv与机械效率 ηm，获取离心泵的理论扬程：

7、（2）

8、s3、获取叶轮出口直径 d2及离心泵在有限叶片数量条件下的理论比转速 nsth：

9、（3），

10、（4），

11、其中，g为重力加速度， ku2为叶轮出口圆周速度系数， ku2=-0.711 ln( nsth)+4.3643；

12、s4、基于叶轮叶片出口处的滑移系数s及载荷系数 k获取叶轮叶片出口相对速度 w2及叶轮叶片进口相对速度 w1：

13、（5），

14、（6），

15、 w1= w2/ k（7），

16、（8），

17、（9），

18、其中，β2为叶片出口安放角， u2为叶片出口处的圆周速度，z为叶轮叶片数量，为叶轮出口轴面速度，为叶片出口处的圆周厚度， b2为叶片出口宽度；

19、s5、获取叶片进口轴面速度、吸水室进口速度、叶片进口安放角β1及吸入室进口直径 d0：

20、（10），

21、（11），

22、（12），

23、（13），

24、其中， d1为叶轮进口直径，为叶片进口处的圆周厚度，b1为叶片入口宽度，k为吸入口流速比；

25、s6、给定叶轮进口直径 d1一个初始值 d11及叶片入口宽度b1一个初始值b11，代入至公式（3）~（12）中后获取叶片进口轴面速度的初始值及叶片进口安放角β1的初始值β12：

26、，

27、；

28、s7、基于迭代公式、β1(p+1)=β1p、d1（p+1）=d1p、b1（p+1）=b1p将初始值、、 d11、b11代入至公式（3）~（12）中获取更新迭代后的叶片进口轴面速度、叶片进口安放角β1(p+1)及叶片进口直径d1（p+1）：

29、（14），

30、（15），

31、（16），

32、其中，p=1、2、3、4……；

33、s8、基于迭代公式b1（p+1）=b1p及公式（15）获取叶片入口宽度b1（p+1）：

34、

35、当b1（p+1）-b1p差值在预设阈值范围内时，停止迭代，获取得到：

36、吸入室进口直径 d0的最终取值满足：

37、，；

38、叶片进口安放角β1的最终取值为β1=β1(p+1)，

39、；

40、叶片入口宽度b1的最终取值为b1=b1（p+1），

41、；

42、叶轮进口直径 d1的最终取值为d1=d1（p+1），

43、。

44、进一步地，还包括如下步骤，

45、s9、建立直角坐标系，获取叶片工作面的轮廓：

46、r=d1 ·eλ/2，x=r·cos(t·360)，y=r·sin(t·360)；

47、其中，叶片工作面为叶片弧形凸起一侧所对应的侧面，e=2.71828，λ=2πt×(m1 ·(360t/θ)m+tanβ1) ，，

48、，，θ为叶片包角， θ=150°～300°；在直角坐标系中，r、x、y分别指代为极半径、x轴的坐标值、y轴的坐标值。

49、进一步地，还包括如下步骤，

50、s10、获取叶片背面的轮廓；其中，所述获取叶片背面的轮廓的方法为：

51、获取叶片的最大厚度值；

52、叶片沿叶片工作面轮廓加厚规律满足：

53、，

54、

55、其中， li指代叶片工作面轮廓上的第 i个节点到叶片进口位置的弧线长度； l指叶片工作面轮廓整个弧线长度； ti指代叶片工作面轮廓上的第 i个点垂直加厚厚度。

56、进一步地，所述获取叶片背面的轮廓的方法，还包括：

57、叶片加厚时，可将工作面轮廓等分成 n1个节点， n1=10～20，量取每个节点到叶片进口处的弧线长度 li，以等分节点为圆心，以其对应的 ti值为半径描画圆形，勾勒出背面轮廓线，该轮廓线与所有描画的圆形保持相切状态。

58、进一步地，所述步骤s3中获取离心泵在有限叶片数量条件下的理论比转速 nsth的方法为：

59、用离心泵的理论扬程 hth代替离心泵的扬程 h，代入至公式（1）中，得到离心泵在有限叶片数量条件下的理论比转速 nsth：

60、（4）。

61、进一步地，所述 b2的取值需满足 b2=(1～1.1) d，所述叶片入口宽度b1的初始值b11满足b11= (1.1～1.2) d，所述叶片出口安放角β2=15°~35°。

62、进一步地，所述载荷系数 k=1.1～1.8 ，所述吸入口流速比k=0.3～0.8。

63、进一步地，所述叶轮叶片数量z = 1或z = 2。

64、与现有技术相比，本发明离心泵叶轮结构的制作方法的有益效果是：

65、1、精细化步骤设计：本发明采用了一种更为精细化的步骤设计，将离心泵叶轮结构设计的各个环节进行整合，通过精准计算和参数优化，实现了从理论预测到实际应用的无缝对接。本发明克服了传统离心泵叶轮结构设计中依赖经验判断和试错法带来的不确定性，大大缩短了产品迭代周期，提高了设计效率和成功率。

66、2、载荷系数与吸入口流速比的引入：本发明引入了叶片出口相对速度与进口相对速度比值（载荷系数 k）以及叶片进口轴面速度与吸水室进口速度比值（吸入口流速比k）两个关键参数，这两个关键参数的设定，有助于平衡离心泵叶轮结构内部的流体力学特性，避免了流体在叶轮内部的过度减速或加速，从而显著提升了离心泵的运转效率和稳定性。

67、3、颗粒通过能力的强化：通过对叶轮叶片数量和叶片入口宽度的优化设计，本发明成功解决了传统离心泵在处理含有大颗粒物质污水时常见的堵塞问题；具体地，通过减少叶片数量，并适当放宽叶片间流道宽度，有效保证了颗粒物质的顺畅通过，显著提升了泵的适用范围和处理能力。

68、4、效率提升与能耗降低：本发明离心泵叶轮结构利用叶片出口相对速度 w2远大于叶片进口相对速度 w1达成加速流动，在保证足够扬程的同时，大幅度降低能量损耗；与传统设计相比，本发明设计的叶轮在相同工作条件下，泵效率普遍提升了约20%以上，显著节约了能源消耗，满足绿色生产与节能减排的需求。

69、综上所述，本发明一种离心泵叶轮结构的制作方法通过在后盖板上设置至多两叶片，配合设计叶片出口相对速度与进口相对速度比值以及叶片进口轴面速度与吸水室进口速度比值两个关键参数，避免流体在叶轮结构内部过度减速或加速，显著提升泵的运转效率及稳定性。

技术特征：

1.一种离心泵叶轮结构的制作方法，其特征在于，所述离心泵叶轮结构包括后盖板及设置在后盖板上的至多两叶片，叶片呈螺旋状设置在后盖板上，叶片一端置于后盖板区域的中间，叶片另一端延伸至后盖板的边缘处；

2.根据权利要求1所述的一种离心泵叶轮结构的制作方法，其特征在于，还包括如下步骤，

3.根据权利要求2所述的一种离心泵叶轮结构的制作方法，其特征在于，还包括如下步骤，

4.根据权利要求3所述的一种离心泵叶轮结构的制作方法，其特征在于，所述获取叶片背面的轮廓的方法，还包括：

5.根据权利要求1所述的一种离心泵叶轮结构的制作方法，其特征在于，所述步骤s3中获取离心泵在有限叶片数量条件下的理论比转速nsth的方法为：

6.根据权利要求1所述的一种离心泵叶轮结构的制作方法，其特征在于，所述b2的取值需满足b2=(1～1.1)d，所述叶片入口宽度b1的初始值b11满足b11 = (1.1～1.2)d，所述叶片出口安放角β2=15°~35°。

7.根据权利要求1所述的一种离心泵叶轮结构的制作方法，其特征在于，所述载荷系数k=1.1～1.8 ，所述吸入口流速比k=0.3～0.8。

8.根据权利要求1所述的一种离心泵叶轮结构的制作方法，其特征在于，所述叶轮叶片数量z = 1或z = 2。

技术总结
本发明公开了一种离心泵叶轮结构的制作方法，其包括后盖板及设置在后盖板上的至多两叶片，叶片呈螺旋状设置在后盖板上，叶片一端置于后盖板区域的中间，叶片另一端延伸至后盖板的边缘处。本发明通过在后盖板上设置至多两叶片，配合设计叶片出口相对速度与进口相对速度比值以及叶片进口轴面速度与吸水室进口速度比值两个关键参数，避免流体在叶轮结构内部过度减速或加速，显著提升泵的运转效率及稳定性。

技术研发人员：蒋敦军,郑丹,史博,周京武,马力智
受保护的技术使用者：湖南凯利特泵业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5