本發(fā)明涉及一種葉輪，尤其是一種離心泵閉式葉輪。本發(fā)明涉及一種離心泵閉式葉輪的設計方法，尤其是一種葉輪的設計方法。
背景技術：
：在離心泵中，由于葉輪的前后蓋板不對稱，所受流體作用力不同，相互抵消后還剩下一部分軸向力，該軸向力作用方向朝向葉輪吸入口方向。在離心泵設計過程中，必須設法平衡或消除葉輪上的軸向力，否則它將造成轉子竄動，甚至導致轉子與固定零部件接觸，造成零部件損壞。據實際生產統(tǒng)計，因軸向力引起的故障占泵故障的40％以上，其維修工作量也占了很大的比重，無形中增加了工作成本，降低了利用率。為了平衡葉輪上的軸向力，目前所采用的方案是設置平衡孔來平衡軸向力，該方案是在葉輪的前、后蓋板上裝兩個直徑相同的密封環(huán)，并在葉輪后蓋板口環(huán)以下位置均勻設置若干平衡孔，使后蓋板的平衡室與葉輪吸入口相聯通，以達到平衡軸向力的目的。但是，這種方案存在以下不足：①平衡孔泄漏流對葉輪入口流態(tài)破壞嚴重，使泵的抗汽蝕能力下降；②液流從平衡孔泄漏造成容積損失較大，使得離心泵的效率降低；③平衡孔的位置大小等因素憑經驗取值，平衡軸向力的效果不夠理想；④軸向力不能完全被平衡，仍有殘余軸向力存在。技術實現要素：為了克服現有技術的不足，本發(fā)明提供了一種能有效平衡葉輪上軸向力的離心泵閉式葉輪設計方法。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種離心泵閉式葉輪的設計方法，所述閉式葉輪包括前蓋板、后蓋板、位于前蓋板和后蓋板之間的若干葉片，及依次貫通前蓋板和后蓋板的軸孔，相鄰兩葉片間設有流道，其特征在于：所述葉片上開設有平衡孔，平衡孔的孔徑為D；該平衡孔包括有入口和出口，平衡孔入口位于后蓋板處、且遠離輪轂設置，出口位于前蓋板處、且靠近輪轂設置；平衡孔入口與出口之間連線為平衡孔中心線，該平衡孔中心線與軸孔軸線的夾角為θ，平衡孔入口距軸孔軸線的距離為r2，平衡孔出口距軸孔軸線的距離為r1；平衡孔開設于葉片內部，且不與流道相交；其中，r22-r12=4(Rm2-Rh2)zD2(8gω2Hp-R22+Rm2+Rh22);]]>r22>8gω2Hp-R22+2Rm2;]]>tanθ＝(r2-r1)/b2；D＝(0.4：0.7)b1；式中，Rm—口環(huán)半徑，m；Rh—輪轂半徑，m；z—葉片數；ω—轉速，rad/s；Hp—葉輪出口勢揚程，m；R2—葉輪半徑，m；b2—葉片寬度，m；b1—葉片厚度，m；g—重力加速度。本發(fā)明的有益效果是：通過上述設計，平衡孔結構對離心泵閉式葉輪內部介質流動沒有影響，不會干擾葉輪內部流態(tài)，也不會產生容積損失，而且提高了離心泵的工作效率，及葉輪軸向力的平衡效果。進一步優(yōu)選設置為：夾角θ的范圍為0°～60°。其中一種葉片設置方案為，各葉片上平衡孔的數量為1個或2個以上，且各葉片上平衡孔的數量均一致，保證閉式葉輪前蓋板和后蓋板處的受力平衡。另一種葉片設置方案為，葉片數量為偶數、且葉片數量大于等于4個，則設有平衡孔的葉片繞軸孔間隔、且均勻分布。即，不是每片葉片上均設有平衡孔，而任意兩帶平衡孔的葉片間存在1片或2片以上不帶平衡孔的葉片，且?guī)胶饪椎娜~片均勻分布于閉式葉輪上。此處的均勻，指的是同一閉式葉輪上，任意兩帶平衡孔的葉片間不帶平衡孔的葉片均保持一致。為了克服現有技術的不足，本發(fā)明提供了一種能有效平衡葉輪上軸向力的離心泵閉式葉輪。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種離心泵閉式葉輪，包括前蓋板、后蓋板、位于前蓋板和后蓋板之間的若干葉片，及依次貫通前蓋板和后蓋板的軸孔，相鄰兩葉片間設有流道，所述葉片上開設有平衡孔，平衡孔的孔徑為D；該平衡孔包括有入口和出口，平衡孔入口位于后蓋板處、且遠離輪轂設置，出口位于前蓋板處、且靠近輪轂設置；平衡孔入口與出口之間連線為平衡孔中心線，該平衡孔中心線與軸孔軸線的夾角為θ，平衡孔入口距軸孔軸線的距離為r2，平衡孔出口距軸孔軸線的距離為r1；平衡孔開設于葉片內部，且不與流道相交；其中，r22-r12=4(Rm2-Rh2)zD2(8gω2Hp-R22+Rm2+Rh22);]]>r22>8gω2Hp-R22+2Rm2;]]>tanθ＝(r2-r1)/b2；D＝(0.4：0.7)b1；式中，Rm—口環(huán)半徑，m；Rh—輪轂半徑，m；z—葉片數；ω—轉速，rad/s；Hp—葉輪出口勢揚程，m；R2—葉輪半徑，m；b2—葉片寬度，m；b1—葉片厚度，m；g—重力加速度。本發(fā)明的有益效果是：改善閉式葉輪結構，使的平衡孔結構不會對離心泵閉式葉輪內部介質流動產生影響，不會干擾葉輪內部流態(tài)，也不會產生容積損失，而且提高了離心泵的工作效率，及葉輪軸向力的平衡效果。附圖說明圖1是實施例一所設計葉輪的結構示意圖。圖2是實施例一所設計葉輪的軸面剖視圖。圖3是實施例一所設計葉輪的主視圖，去除前蓋板。圖4是實施例一所設計葉輪的軸向力分析圖。具體實施方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述：實施例一：如圖1、2、3、4所示，本實施例設計方法如下，閉式葉輪包括前蓋板11、后蓋板12、位于前蓋板11和后蓋板12之間的若干葉片2，及依次貫通前蓋板11和后蓋板12的軸孔13，相鄰兩葉片2間設有流道4。各葉片2上均開設有1個平衡孔3，平衡孔3的孔徑為D；該平衡孔3包括有入口32和出口31，平衡孔3入口32位于后蓋板12處、且遠離輪轂14設置，出口31位于前蓋板11處、且靠近輪轂14設置，平衡孔3入口32靜壓高于出口31靜壓。平衡孔3入口32與出口31之間連線為平衡孔3中心線，該平衡孔3中心線與軸孔13軸線的夾角為θ，θ的取值范圍為0°～60°；平衡孔3入口32距軸孔13軸線的距離為r2，平衡孔3出口距軸孔13軸線的距離為r1。平衡孔3開設于葉片2內部，且不與流道4相交，即平衡孔3只在于葉片2內，且不穿過閉式葉輪內的流道4。平衡孔3平衡軸向力的大小取決于平衡孔3孔徑、入口32和出口31位置以及平衡孔3的數量，具體計算方法詳述如下：葉輪后蓋板12任意半徑R處，作用的壓頭差h為，h=Hp-h′=Hp-ω28g(R22-R2);]]>R—葉片上任一點至軸孔軸線的距離，m；Hp—葉輪出口勢揚程，m；h′—任意半徑R處的壓頭，m；R2—葉輪半徑，m；ω—轉速，rad/s；將上式兩側乘以液體密度ρ和重力加速度g，并從輪轂14直徑積分到密封環(huán)直徑，則得蓋板軸向力T1為T1=∫RnRm2πRdRhρg=2πρg∫RhRm[FP-ω28g(R22-R2)]RdR=2πρgHP(Rm2-Rh22)-ω22πρgR228g(Rm2-Rh22)+ω22πρg8g(Rm4-Rh44);]]>即T1=πρg(Rm2-Rh2)[HP-ω28g(R22-Rm2+Rh22)];]]>ω—轉速，rad/s；Rm—口環(huán)半徑，m；Rh—輪轂半徑，m；g—重力加速度。平衡孔3入口32的孔心距軸孔13軸線的距離為r2，平衡孔3出口31的孔心距軸孔13軸線的距離為r1，平衡孔3中心線與軸孔13軸線的夾角tanθ＝(r2-r1)/b2。平衡孔3入口32處的靜壓頭平衡孔3出口31處的靜壓頭由于平衡孔3直徑較小，故可以將平衡孔3中心處的靜壓近似代表平衡孔的平均靜壓，則靜壓力分別為：T20=ρgh1π(D2)2=14πD2ρgω28g(R22-r22);]]>T10=ρgh1π(D2)2=14πD2ρgω28g(R22-r12);]]>T20—平衡孔入口的平均靜壓，N；T10—平衡孔出口的平均靜壓，N；則一個平衡孔3所能平衡掉的軸向力為ΔT0：ΔT0=T20-T10=14πD2ρgω28g(r22-r12).]]>本實施例以一個葉片2只開1個平衡孔3為例，所有平衡孔3平衡的總軸向力為ΔT：ΔT=zΔT0=14zπD2ρgω28g(r22-r12);]]>z—葉片數；令ΔT＝T1，可得：r22-r12=4(Rm2-Rh2)zD2(8gω2Hp-R22+Rm2+Rh22);]]>為保證平衡軸向力的效果，須使得平衡孔3入口32處靜壓至少大于口環(huán)處靜壓的2倍，才可使得平衡孔3入口32和出口間靜壓差大于口環(huán)處靜壓。(口環(huán)，也叫密封環(huán)，或者耐磨環(huán))因此，Hp-ω28g(R22-r22)>2×[Hp-ω28g(R22-Rm2)];]]>r22>8gω2Hp-R22+2Rm2;]]>由于平衡孔3開在葉片2上，因此孔徑取值范圍為D＝(0.4：0.7)b1；b2—葉片寬度，m；b1—葉片厚度，m；綜合可得：r22-r12=4(Rm2-Rh2)zD2(8gω2Hp-R22+Rm2+Rh22);]]>r22>8gω2Hp-R22+2Rm2;]]>tanθ＝(r2-r1)/b2；D＝(0.4：0.7)b1；本實施例各式中：R—葉片上任一點至軸孔軸線的距離，m；h′—任意半徑R處的壓頭，m；Hp—葉輪出口勢揚程，m；R2—葉輪半徑，m；ω—轉速，rad/s；T1—蓋板軸向力，N；Rm—口環(huán)半徑，m；Rh—輪轂半徑，m；h2—平衡孔入口處的靜壓頭，m；h1—平衡孔出口處的靜壓頭，m；T20—平衡孔入口的平均靜壓，N；T10—平衡孔出口的平均靜壓，N；ΔT0—一個平衡孔平衡掉的軸向力，N；ΔT—平衡孔平衡的總軸向力，N；z—葉片數；b2—葉片寬度，m；b1—葉片厚度，m；g—重力加速度。由此方程組可得到平衡孔3位置和平衡孔3傾角的關系，再根據閉式葉輪相關參數通過優(yōu)化計算確定合適的平衡孔3具體尺寸。由于本發(fā)明提供的離心泵閉式葉輪軸向力平衡方法和現有技術相比較，改變了平衡孔3的位置和方式，保留了結構簡單易行的優(yōu)點，但不干擾離心泵閉式葉輪的內部流態(tài)，也不會產生容積損失，提高了離心泵的效率和軸向力的平衡效果，所以該離心泵閉式葉輪軸向力平衡方法相比傳統(tǒng)平衡孔方法具有強大的優(yōu)勢。所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。實施例二：與實施例一的區(qū)別設計僅在于，葉片2數量為偶數、且葉片2數量大于等于4個，則設有平衡孔3的葉片2繞軸孔13間隔、且均勻分布。其中，不帶平衡孔的葉片稱為原葉，則相鄰兩帶平衡孔3的葉片2之間可以設有1個或多個原葉，且在同一閉式葉輪上，相鄰兩帶平衡孔3的葉片2之間原葉的數量保持一致。實施例三，本實施例為離心泵閉式葉輪，該離心泵閉式葉輪采用實施例一或實施例二所公開的設計方法設計而成。當前第1頁1 2 3