高效節(jié)能礦漿泵葉輪的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種高效節(jié)能礦漿泵葉輪，其特征在于：葉輪輪盤(pán)上圓周均布有6片葉輪葉片，葉輪流道口寬度為：（540/葉輪直徑）×74mm。葉輪葉片材質(zhì)為2cr13NiMo。本實(shí)用新型將傳統(tǒng)的礦漿泵葉輪的葉片由8片改為6片，選擇了合適的葉輪流道口寬度，從而提高了葉輪效率，達(dá)到耗電降低及節(jié)能的作用，采用了新材質(zhì)葉片，使礦漿泵的使用范圍擴(kuò)大，使用壽命提高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高效節(jié)能礦漿泵葉輪
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于一種葉輪結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種應(yīng)用于礦漿泵的葉輪結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]礦漿泵葉輪是礦漿泵的核心部件，礦漿泵主要用于輸送:清水；雜質(zhì)水，礦漿，紙漿?，F(xiàn)有中國(guó)礦漿泵國(guó)標(biāo)的水平是:葉輪采用二維設(shè)計(jì)理論，礦漿泵葉輪葉片全部為8片，如直徑# 540葉輪，國(guó)標(biāo)為8片葉輪葉片，流道尺寸# 68，葉片與葉片間的圓柱面流動(dòng)阻力沒(méi)有計(jì)算，國(guó)內(nèi)礦漿泵最高工作效率為70%。礦漿泵的葉輪材質(zhì)，全部采用的，鑄鐵件，鑄鋼件。造成我國(guó)國(guó)標(biāo)礦漿泵使用范圍只能輸送無(wú)雜質(zhì)的清潔水，工作效率低，耗電高，噪音振動(dòng)大，使用壽命短等特點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型提供一種高效節(jié)能礦漿泵葉輪，其目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，使礦漿泵的使用范圍擴(kuò)大，耗電降低，節(jié)能，效率提高，使用壽命提高。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]高效節(jié)能礦漿泵葉輪，其特征在于:葉輪輪盤(pán)上圓周均布有6片葉輪葉片，葉輪流道口寬度為:(540/葉輪直徑)X 74mm。
[0006]葉輪葉片材質(zhì)為2crl3NiMo。
[0007]本實(shí)用新型的有益之處在于:
[0008]本實(shí)用新型將傳統(tǒng)的礦漿泵葉輪的葉片由8片改為6片，改變?nèi)~輪流道口寬度，從而提高了葉輪效率，達(dá)到耗電降低及節(jié)能的作用，采用了新材質(zhì)葉片，使礦漿泵的使用范圍擴(kuò)大，使用壽命提聞。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0010]圖1是葉輪局部視圖；
[0011]圖2是葉輪的一個(gè)流道分析圖；
[0012]圖3是射流_尾跡現(xiàn)象不意圖；
[0013]圖4是現(xiàn)有葉輪和本實(shí)用新型葉輪的子午流道對(duì)比圖；
[0014]圖5是現(xiàn)有葉輪和本實(shí)用新型葉輪在垂直于軸線(xiàn)Z的平面上的投影圖；
[0015]圖6是本實(shí)用新型葉輪外觀(guān)圖；
[0016]圖7是本實(shí)用新型葉輪的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本實(shí)用新型是一種高效節(jié)能礦漿泵葉輪，如圖5、圖6所示，其結(jié)構(gòu)是葉輪輪盤(pán)2上圓周均布有6片葉輪葉片1，葉輪流道口寬度D為:(540/葉輪直徑)X74mm。葉輪葉片I的材質(zhì)為2crl3NiMo。
[0018]本實(shí)用新型的原理:
[0019]1、高效節(jié)能礦漿泵葉輪的定義:
[0020]高效節(jié)能礦漿泵葉輪是指在實(shí)際流動(dòng)中，所有流動(dòng)參數(shù)都是空間坐標(biāo)系上三個(gè)方向變量的函數(shù)(X，y，Z坐標(biāo))。由于水的實(shí)際流動(dòng)不是規(guī)則的，因此目前國(guó)標(biāo)葉輪(x，y坐標(biāo))不能真實(shí)反映水的實(shí)際流動(dòng)軌跡。而高效節(jié)能礦漿泵葉輪則能真實(shí)反映。
[0021]2、高效節(jié)能礦楽；泵葉輪的節(jié)能:
[0022]理論上，目前運(yùn)行的礦漿泵主要是采用二唯設(shè)計(jì)理論的流動(dòng)技術(shù)，其礦漿泵的基本方程式是=HT=Vg(U2C2-U1C1)，其中HT為揚(yáng)程，U為圓周速度；C為絕對(duì)速度。該公式是揭示水流在葉片根部到葉片頂部的S流面的流動(dòng)，而葉片與葉片間的圓柱面流動(dòng)阻力沒(méi)有計(jì)算；高效節(jié)能礦漿泵葉輪采用的三維設(shè)計(jì)理論，將這部分圓柱面的流動(dòng)發(fā)展到了沿S流面的流動(dòng)，將被現(xiàn)有二維(s” S2)流動(dòng)技術(shù)忽略的各類(lèi)因素考慮進(jìn)去，從而在葉輪設(shè)計(jì)中減少了泵體內(nèi)部的沖撞損失和摩擦損失等各種損失，提高了葉輪機(jī)械效率。因此從理論上講，效率提高大約5%左右?？傮w礦漿泵效率達(dá)到80%-90%。
[0023]3、高效礦漿泵葉輪的應(yīng)用:
[0024]目前，節(jié)能降耗已成為全國(guó)各行各業(yè)，特別是高耗能企業(yè)的重要任務(wù)。我國(guó)已把節(jié)能降耗提到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展非常重要的位置。礦漿泵是離心泵，離心泵是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能通過(guò)離心泵葉輪產(chǎn)生的離心力使液體產(chǎn)生動(dòng)能，從而達(dá)到輸送液體的目的，它廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。因此，通過(guò)優(yōu)化離心泵的性能做好離心泵的節(jié)能工作，是節(jié)能降耗中至關(guān)重要的一環(huán)。
[0025]4、高效礦漿泵葉輪理論技術(shù)概述:
[0026]礦漿泵是一種離心泵。我國(guó)離心泵多年來(lái)一直采用傳統(tǒng)理論設(shè)計(jì)離心泵葉輪，它的設(shè)計(jì)理念是假定進(jìn)出口流通截面及流道內(nèi)部任何流通截面的水流分布是均勻的，而流速僅為一個(gè)自變量的函數(shù)。據(jù)此而設(shè)計(jì)出葉片的幾何形狀，制作出多種模型進(jìn)行試驗(yàn)，擇優(yōu)選用。由于離心泵在不同工況下其流量、壓力變化范圍很大，而這種葉輪的模型只能是有限的數(shù)種，因而無(wú)法保證優(yōu)選模型與實(shí)際工況一致。這就導(dǎo)致離心泵葉輪偏離設(shè)計(jì)最佳效率點(diǎn)，進(jìn)而影響泵的實(shí)用效率。中科院研究員劉殿魁教授于1986年提出了葉輪機(jī)械內(nèi)“射流-尾跡的”的解法。應(yīng)用這一計(jì)算方法對(duì)葉輪流道進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效地解決了尾跡區(qū)的影響，提高了葉輪的水力效力，同時(shí)增大了有效流通面積，提高了離心泵的工作效率。離心泵的水力效率受水泵葉輪的進(jìn)口輪徑、出口輪徑、輪轂比、子午流道的曲率變化、葉型中心線(xiàn)的形狀、葉片厚度分布、安裝角、進(jìn)口角、出口角及泵的工作流量、壓力變化等多種因素的影響。而根據(jù)“射流-尾跡三元流動(dòng)”理論結(jié)合離心泵的實(shí)際流量、揚(yáng)程等參數(shù)設(shè)計(jì)制作的高效葉輪，在不變動(dòng)泵體安裝結(jié)構(gòu)的情況下，換裝于原泵體內(nèi)。以投資最少，見(jiàn)效最快的技改方式，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。根據(jù)這些理論，實(shí)用新型人經(jīng)過(guò)多年的研究和無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)，得出此最佳合理的生產(chǎn)工藝，并實(shí)現(xiàn)了成熟的產(chǎn)品。
[0027]5、高效葉輪設(shè)計(jì):
[0028]高效葉輪技術(shù)通過(guò)使用先進(jìn)的泵設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的運(yùn)行工況，重新進(jìn)行泵內(nèi)水力部件(主要是葉輪)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體步驟是:先對(duì)在用離心泵的流量、壓力、電機(jī)耗功等進(jìn)行測(cè)試，并提出常年運(yùn)行的工藝參數(shù)要求，作為泵的設(shè)計(jì)參數(shù)；再使用泵設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)出新葉輪，保證可以和原型互換，在不動(dòng)管路電路、泵體等條件下實(shí)現(xiàn)節(jié)能或擴(kuò)大生產(chǎn)能力的目標(biāo)。
[0029]6、傳統(tǒng)葉輪的基本概念:
[0030]圖1是葉輪的局部視圖，圖2是把葉輪內(nèi)兩個(gè)相鄰葉片和前、后蓋板形成的流道abcdefgh作為一個(gè)計(jì)算分析研究的單元。aehd、bfgc是兩個(gè)相鄰的葉片，dcnghid是葉輪前蓋板，bkfeja是葉輪后蓋板。傳統(tǒng)的一元流理論就是把葉輪內(nèi)的曲形流道abcdefgh,視為一個(gè)截面變化的彎曲流管，認(rèn)為沿流線(xiàn)的流速大小僅隨截面大小而變化，但假定在每個(gè)橫斷面上如abed、ijkn、efgh等，流速是相同的。這樣在流體力學(xué)計(jì)算中，流動(dòng)速度(W)就只是流線(xiàn)長(zhǎng)度坐標(biāo)(S)的一元函數(shù)。這種簡(jiǎn)化使泵內(nèi)部流體力學(xué)的計(jì)算可以用手工算法得以實(shí)現(xiàn)。國(guó)內(nèi)采用的雙吸水平中開(kāi)泵，就是采用這種理論設(shè)計(jì)的。
[0031]然而由于葉輪流道abcdefgh的三元曲線(xiàn)形狀又是高速旋轉(zhuǎn)的，流速(或壓力)不但沿流線(xiàn)變化，而且沿橫截面abed，ijkn、efgh等等，任何一點(diǎn)都是不相同的，即流速是三元空間圓柱坐標(biāo)0?、Φ、Ζ的函數(shù))。特別是葉片數(shù)也是有限的，流速和壓力沿旋轉(zhuǎn)周向(Φ坐標(biāo))的變化，正是水泵向流體輸入功的最終體現(xiàn)。忽略這一點(diǎn)就無(wú)法計(jì)算水泵內(nèi)部的壓力變化，這也就是為什么一元流動(dòng)理論只能計(jì)算葉輪進(jìn)口、出口參數(shù)，而不能準(zhǔn)確分析葉輪內(nèi)部流動(dòng)參數(shù)的原因。水泵的效率顯然與其內(nèi)部流動(dòng)狀況的好壞是密不可分的，一元流理論固然簡(jiǎn)單，但不能完全反映泵內(nèi)的真實(shí)流動(dòng)，這就在設(shè)計(jì)上阻礙了泵效率的提聞。
[0032]7、關(guān)于射流-尾跡三元流動(dòng):
[0033]最早在航空 用離心壓氣機(jī)中，用激光測(cè)速技術(shù)觀(guān)察到射流-尾跡現(xiàn)象，如圖3所示，弧狀彎曲線(xiàn)dh和eg分別代表兩個(gè)相鄰的葉片，dc為葉片進(jìn)口邊，hg為葉片出口邊，W1為葉片進(jìn)口流速，W2為葉片出口流速，都是不均勻的。t是流動(dòng)分離點(diǎn)，htv即是尾跡區(qū)，是一些低能量流體組成，類(lèi)似一個(gè)旋渦。cdtvg則是射流區(qū)可視為無(wú)黏性的位流區(qū)，可按通常的三元流計(jì)算。
[0034]8、現(xiàn)有技術(shù)和本實(shí)用新型葉輪的對(duì)比:
[0035]如圖4所示，是葉輪的子午流道形狀，對(duì)應(yīng)于圖1中的葉片位置，依次為進(jìn)口、出口、葉輪前蓋板內(nèi)壁型線(xiàn)、葉輪后蓋板壁面型線(xiàn)。實(shí)線(xiàn)為本實(shí)用新型的6葉片葉輪，虛線(xiàn)為傳統(tǒng)的8葉片葉輪。前者軸向向進(jìn)口方向延伸，軸向?qū)挾却螅斐闪鲃?dòng)損失盡可能小的進(jìn)口條件，使泵的效率和氣蝕性能得以改善。
[0036]如圖5所示，葉片在垂直軸線(xiàn)Z的平面上投影為adh曲面，實(shí)線(xiàn)為本實(shí)用新型的6葉片葉輪，虛線(xiàn)為傳統(tǒng)的8葉片葉輪，由于Φ角的改變可以看到本實(shí)用新型的6葉片葉輪葉片扭曲顯著，而傳統(tǒng)的8葉片葉輪的葉片adh則扭曲度小，有時(shí)a與d重合，葉片完全不扭曲，而只是一個(gè)板式彎曲形葉片，因此稱(chēng)之為直葉片。
[0037]本實(shí)用新型的高效節(jié)能礦漿泵葉輪與現(xiàn)有傳統(tǒng)普通葉輪相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):，
[0038]A:原來(lái)的傳統(tǒng)葉輪為8葉片，本實(shí)用新型的高效葉輪為6葉片，在同一個(gè)平面上，等分后，本實(shí)用新型高效葉輪的流道口寬度大(弧長(zhǎng)和弦長(zhǎng)增大)，葉片扭曲度也增加。
[0039]這樣減少了水泵進(jìn)水和出水的摩擦阻力，由于減少了 2個(gè)葉片，葉片厚度減少，葉輪重量減輕，即節(jié)約了材料成本，又增加了效率，由于是6葉片，流道口寬度的自然增加，水流阻力減少，流量自然增加。因?yàn)槿~片的數(shù)量對(duì)葉輪的能量損失起著重要作用，所以效率高是肯定的。8葉片減到6葉片，不是單純的減少數(shù)量，減少I(mǎi)片或者幾片，都無(wú)法達(dá)到最優(yōu)效率。
[0040]另一方面，如果直徑# 540mm葉輪，流道口寬度必須為74mm，這是最佳方案，多一點(diǎn)尺寸會(huì)降低泵的揚(yáng)程，或者少一點(diǎn)尺寸會(huì)造成泵的流量不足，都無(wú)法達(dá)到最佳效率。由于直徑# 540mm葉輪的流道口寬度為74_，那么根據(jù)數(shù)學(xué)公式得出，隨著葉輪尺寸的大小，可以得出葉輪流道口的寬度，寬度多一點(diǎn)尺寸或者少一點(diǎn)尺寸，泵的效率將無(wú)法提高。具體的公式如下:
[0041 ] 葉輪流道口寬度=(540/葉輪直徑尺寸)X 74mm
[0042]由此得出其他型號(hào)葉輪的流道口寬度尺寸。
[0043]例如直徑Φ 540mm葉輪，流道口寬度必須為74mm ((540/葉輪直徑尺寸)X 74mm=(540/540)X74mm= IX74mm=74mm);直徑 β 1080mm 葉輪，流道口寬度必須為 37mm ((540/ 葉輪直徑尺寸)X74mm= (540/1080) X74mm=0.5X74mm=37mm)，直徑 # 270mm 葉輪，流道口寬度必須為 148mm ((540/葉輪直徑尺寸)X74mm= (540/270) X74mm=2X74mm= 148mm)?
[0044]B:具有較高的抗汽蝕性能；
[0045]C:減小了泵的轉(zhuǎn)子重量，降低了泵組的徑向力，提高了軸承壽命；增高了泵組的臨界轉(zhuǎn)速，泵運(yùn)行更平穩(wěn)，提高軸的抗疲勞強(qiáng)度；
[0046]D:降低了轉(zhuǎn)子運(yùn)行撓度值，減少葉輪口環(huán)的磨損及功率損耗；
[0047]E:減小了密封的磨損，延長(zhǎng)了使用壽命；
[0048]F:采用全三維立體設(shè)計(jì)，優(yōu)化水力設(shè)計(jì)，例如直徑f 540葉輪，由國(guó)標(biāo)的8片葉輪，流道尺寸68，材質(zhì)為:鑄鐵或者鑄鋼的普通葉輪，改成高效節(jié)能的6片葉輪，葉輪重量減輕，流道口寬度尺寸74，增加了流量，節(jié)約能耗，整個(gè)效率比8葉片葉輪提高效率20%左右。材質(zhì)改為2crl3NiMo，延長(zhǎng)了葉輪使用壽命，改造后，提高了葉輪的綜合效率。
[0049]G:能加工到的葉輪表面全部采用機(jī)械加工，對(duì)葉輪流道采用精密鑄造，全面提高葉輪光潔度，減小水力損失。
[0050]H:改變?cè)瓉?lái)我國(guó)礦漿泵葉輪的材質(zhì)，由鑄鐵件，鑄鋼件，變革為:2crl3NiMo材質(zhì)，使我國(guó)礦漿泵只能單一的輸送清潔水，改造后能夠輸送雜質(zhì)水，礦漿，弱酸介質(zhì)液體的狀況，使用范圍擴(kuò)大幾倍?？傊?，由于轉(zhuǎn)子重量的極大降低，減小了相關(guān)零件的磨損，故障率降低，從而增大了泵組運(yùn)行的平穩(wěn)性、可靠性，減少維修，提高了壽命，延長(zhǎng)了泵組大修期。
[0051]9、高效節(jié)能礦漿泵葉輪的應(yīng)用和技改方法:
[0052]在保持水泵系統(tǒng)流量和揚(yáng)程不變的情況下，實(shí)現(xiàn)降低電機(jī)電流，達(dá)到節(jié)電的目的；或者在額定電流范圍內(nèi)，提高水泵的揚(yáng)程或流量。
[0053]改造時(shí)根據(jù)用戶(hù)泵的實(shí)際參數(shù)，重新設(shè)計(jì)可互換的新型葉輪，換裝于原泵內(nèi)即可，不動(dòng)電機(jī)、管路等，施工簡(jiǎn)單，立即見(jiàn)效。
[0054]在水泵機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到使用的安全性，機(jī)組都配置了備用泵，最少是一用一備，兩用一備等等。由于機(jī)組的相互影響，假設(shè)一臺(tái)泵工作時(shí)的流量Ql為100，兩臺(tái)泵并聯(lián)工作時(shí)Q2為190，比單臺(tái)泵增加了 90 ;三臺(tái)泵的Q3為251，比兩臺(tái)泵增加了 61 ;;四臺(tái)泵的Q3為284，比兩臺(tái)泵增加了 33。上述情況都是說(shuō)在相同型號(hào)泵的情況下的結(jié)論，如果在進(jìn)行水泵節(jié)能改造時(shí)，只改造多臺(tái)泵中的一臺(tái)，由于泵的相互影響，是看不出效果的，因此改造時(shí)必須以機(jī)組系統(tǒng)為一個(gè)整體進(jìn)行改造，而不能單獨(dú)孤立地分開(kāi)研究。[0055]10:高效節(jié)能礦漿泵葉輪與其它節(jié)能方式的比較:
[0056]高效節(jié)能礦漿泵葉輪和其它節(jié)能方式(如變頻技術(shù)改造)相比較:二者都能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的目的。但是高效節(jié)能礦漿泵葉輪安裝簡(jiǎn)單，不占用外部空間；施工周期短；不動(dòng)設(shè)備基礎(chǔ)和管路；投資較低，回收周期短。變頻技術(shù)對(duì)周?chē)h(huán)境的的溫度和濕度要求比較高；改造時(shí)還要考慮配電盤(pán)是否有空間，如果沒(méi)有需要另上配電盤(pán)；施工復(fù)雜，周期長(zhǎng)；投資高，回收周期長(zhǎng)(IOOkVA收費(fèi)在800?1000元之間，甚至更高)。
[0057]11、高效節(jié)能礦漿泵葉輪與一般水泵葉輪的比較:
[0058]高效節(jié)能礦漿泵葉輪是根據(jù)水泵實(shí)際運(yùn)行的工況進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的非標(biāo)設(shè)備。能保證水泵在高效區(qū)運(yùn)行。而一般水泵葉輪受水泵制造的影響，很難選到適合生產(chǎn)要求的水泵，也就不能保證在水泵高效區(qū)工作，從而造成能源的浪費(fèi)。
[0059]12、高效節(jié)能礦漿泵葉輪的壽命:
[0060]高效節(jié)能礦衆(zhòng)泵葉輪由于采用了 2crl3NiMo耐磨材質(zhì)，壽命同目前國(guó)標(biāo)普通鑄鋼，鑄鐵葉輪相比，壽命高一倍。
[0061]13、高效節(jié)能礦楽；泵葉輪節(jié)能效果的驗(yàn)證:
[0062]高效節(jié)能礦漿泵葉輪安裝完畢后，由甲方組織驗(yàn)收，根據(jù)安裝前后的電流比較，或者安裝前后一段時(shí)期的用電量，計(jì)算出準(zhǔn)確的節(jié)電效果。
[0063]用電量的計(jì)算公式:Σ N= V 3UA ICOSi η
[0064]其中:Σ N用電量，kw(或度)；U電壓，V; Λ I—電流A;COS0 功率因數(shù)；η 電機(jī)效率。
[0065]節(jié)能效果顯著:一般節(jié)能在10%?20%之間。
[0066]例如如下實(shí)驗(yàn):攀鋼礦業(yè)公司密地選礦廠(chǎng)環(huán)水車(chē)間6臺(tái)KJS400-350-670型循礦漿泵，經(jīng)過(guò)改造后，單臺(tái)水泵年節(jié)電將達(dá)到68萬(wàn)度。節(jié)電率在15%以上。兩臺(tái)350S-75A循礦衆(zhòng)泵，改造后年節(jié)電50萬(wàn)度。
[0067]攀鋼礦業(yè)公司白馬選礦廠(chǎng)KJS250-350-120循礦漿泵改造后，節(jié)電率在23%。
[0068]攀鋼礦業(yè)公司動(dòng)力廠(chǎng)兩臺(tái)KJS400-350-670A循礦漿泵，改造后年節(jié)電120萬(wàn)度，節(jié)電率在25%。
【權(quán)利要求】
1.高效節(jié)能礦漿泵葉輪，其特征在于:葉輪輪盤(pán)上圓周均布有6片葉輪葉片，葉輪流道口寬度為:(540/葉輪直徑)X 74mm。
2.如權(quán)利要求1所述的高效節(jié)能礦衆(zhòng)泵葉輪，其特征在于:葉輪葉片材質(zhì)為2crl3NiMo0
【文檔編號(hào)】F04D29/22GK203717431SQ201420047577
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】鐘析 申請(qǐng)人:鐘析