一种固液两相流离心泵隔舌设计方法技术

本发明专利技术属于流体机械领域，涉及一种固液两相流离心泵隔舌设计方法。该新型弹性隔舌结构由弹性部和刚性部组成；弹性部由工作部和固定部组成；工作部通过固体颗粒的挤压发生弹性形变，从而增大隔舌和叶轮的间隙，最终可以使大粒径的固体颗粒安全通过而不影响泵的正常运行和能量性能。固定部通过和刚性部过盈配合对弹性部进行固定。本发明专利技术结构简单、操作容易，可有效增加隔舌处可通过颗粒的直径，并且不影响泵的能量性能，在输送固液两相流时可以保证泵内无堵塞，为泵进行持续稳定固液两相流输送提供了极大的保障。

【技术实现步骤摘要】
一种固液两相流离心泵隔舌设计方法
本专利技术属于流体机械领域，特指一种固液两相流离心泵隔舌设计方法。
技术介绍
离心泵在设计时为了保证其水力性能达到要求，隔舌与叶轮处的间隙一般都设计的尽可能的小。这就使得离心泵在进行固液两相流输送时，极易因为隔舌与叶轮的间隙过小，造成叶轮和隔舌间隙的堵塞或者叶轮的损坏。而为了使泵内不堵塞或者叶轮不损坏，需要增大隔舌和叶轮的间隙，这又会导致泵的水力性能出现明显下降。因此有必要专利技术一种固液两相流离心泵隔舌结构设计，使得其既能保证泵水力性能，又能使固体颗粒在通过叶轮和隔舌间隙时不发生堵塞或者叶轮损坏。为此，设计一种能进行间隙拓宽的固液两相流离心泵隔舌，其隔舌分为弹性部和刚性部两部分，弹性部又分为工作部和固定部，弹性部采用弹性材料，刚性部采用刚性材料；弹性部通过固定部和刚性部的过盈配合固定于刚性部的凹槽内；当泵输送颗粒粒径大于叶轮和隔舌的间隙时，弹性部的工作部发生弹性形变，扩大隔舌和叶轮之间的间隙，使得颗粒能够安全通过且不损伤叶片或发生堵塞。迄今为止，尚无针对固液两相流离心泵隔舌设计方法的专利公布，本专利技术提供了一种固液两相流离心泵隔舌设计方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种固液两相流离心泵隔舌设计方法。本专利技术通过以下技术方案来实现：一种固液两相流离心泵隔舌设计方法，包括弹性材料、刚性材料、弹性凸槽和刚性凹槽；所述弹性材料和所述刚性材料通过相应的凹凸槽卡嵌和过盈配合进行固定；为延长弹性材料的工作寿命，对凹槽和凸槽的边角进行倒圆角处理；弹性凹槽和刚性凸槽之间形成的封闭空间，有效防止泄露。本专利技术的具体工作过程为：离心泵在进行固液两相流输送时，当较大颗粒经过叶轮和隔舌处的间隙时，通过挤压弹性隔舌增大间隙，从而颗粒能够安全通过并避免泵堵塞和叶片损坏。在颗粒安全通过后，弹性隔舌恢复原状，保证泵的水力性能维持稳定。上述方案中，工作部的设计长度L根据工作部所需形变量w而确定。上述方案中，工作部设计参数以工作部的设计长度L为依据，通过离心泵蜗壳设计参数进行确定。上述方案中，弹性凹槽和刚性凸槽的设计参数根据工作部设计长度L确定。有益效果：本专利技术结构简单、操作容易，可通过弹性材料进行弹性形变来增大隔舌和叶轮处的间隙，使离心泵在输送较大固体颗粒时仍能维持叶轮正常运转和无堵塞；本专利技术为离心泵安全输送固液两相流提供了保证。附图说明图1是固液两相流离心泵隔舌轴向截面图图2是固液两相流离心泵隔舌的的剖面图图3是固液两相流离心泵隔舌的刚性凹槽图图4是固液两相流离心泵隔舌的弹性凸块图图5是固液两相流离心泵隔舌形变示意图图中：1刚性部2弹性部3刚性凹槽4十字形刚性凸槽5弹性凸块6十字形弹性凹槽具体实施方式实施例：一种固液两相流离心泵隔舌结构包含刚性部和弹性部，刚性部采用刚性材料，弹性部采用弹性材料。弹性部又分为工作部和固定部。离心泵设计参数为流量Q＝40m3/h，扬程H＝8.0m，转速n＝2800r/min，叶片数Z＝5，叶片出口角β2＝30°，叶片出口轴面速度Vm2＝6.28m/s，叶片出口圆周速度u2＝20.5m/s，叶轮外径D2＝140mm，叶轮出口宽度b＝18mm，叶片入口厚度δ3＝3mm，叶轮出口液流角α3＝13°，隔舌基圆直径D3＝142mm，隔舌截面的上宽度b1＝27mm，隔舌截面的下宽度b2＝25mm，隔舌截面的高度h＝4.5mm，隔舌截面两边圆弧半径R＝6mm，试验设计流量为1.0Qd，试验泵送颗粒粒径为d＝16mm。下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：1.固液两相流离心泵隔舌设计的两种材料要求：(1)刚性材料选用铸铁，即泵体铸造材料。(2)弹性材料选用橡胶。橡胶的极限应力为σ橡胶＝75Mpa固液两相流离心泵的理论扬程为其中，则其中，理论扬程为Ht，叶片出口圆周速度为u2＝20.5m/s，滑移系数为σ，叶片出口轴面速度为Vm2＝6.28m/s，叶片出口角为β2＝30°，叶片数为Z＝5。因此，泵内应力为σ泵＝ρ×g×Ht＝1000×9.8×6.67＝65366Pa≈0.07Mpa，为保证离心泵正常工作，泵内最大应力取为[σ]泵＝1.2×σ泵＝1.2×0.07＝0.084Mpa，此时，σ橡胶＞＞[σ]泵，所以，弹性材料选用橡胶可满足固液两相流离心泵隔舌的设计要求。2.根据泵送最大颗粒粒径d确定工作部的最大弹性形变量w。(1)所述弹性材料2理论最大形变w1根据泵送最大颗粒粒径d确定，满足公式。w1＝D2/2+d-D3/2根据设计离心泵参数，取D2＝140mm，D3＝142mm，d＝16mm，得w1＝15mm。(2)所述工作部最大弹性形变w，需满足w≥1.2w1，所以w≥18mm。取w＝18mm。3.根据工作部的设计长度L确定工作部的形状设计。(1)根据工作部所需最大形变w确定工作部的设计长度L。L3Aτ＝3wEI其中，隔舌截面积为A，切应力为τ，弹性模量E＝7.84MPa，切变模量G＝1.95MPa，惯性矩为I，α为隔舌截面的圆心角，隔舌截面的上宽度b1＝27mm，隔舌截面的下宽度b2＝25mm，隔舌截面的高度h＝4.5mm，隔舌截面两边圆弧半径R＝6mm。联立公式得L＝15.88mm，对L进行取整，得L＝16mm。(2)以工作部的设计长度L为设计基准参数，确定工作部的其余设计参数，包括蜗壳进口宽度b3，隔舌安放角隔舌螺旋角α0，计算公式如下：其中，b＝18mm，L＝16mm，因此，取b3为30mm；其中，流量Q＝40m3/h，扬程H＝8.0m，转速n＝2800r/min，工作部设计长度L＝16mm；根据下表，取隔舌安放角其中，蜗壳出口宽度b3＝30mm，为排挤系数，叶片入口厚度δ3＝3mm，叶片数Z＝5，隔舌基圆直径D3＝142mm，叶轮出口液流角α3＝13°，叶片出口圆周速度u2＝20.5m/s，理论扬程Ht＝6.67m；4.所述刚性部1和弹性部2的固定方式为弹性挤压固定。(1)所述刚性部1的刚性凹槽3的尺寸根据设计长度L确定。其中，刚性凹槽3的具体设计参数，长为a1＝0.7L，即a1＝11.2mm，取整a1＝11mm，深度为c1＝0.6L，即c1＝9.6mm，取整为c1＝10mm；其中，刚性部1的刚性凹槽3四面的十字形刚性凸槽4具体设计参数，长为a1＝11mm，深度为c1＝10mm，高为h2＝0.1L，即h2＝1.6mm，取整为h2＝2mm，宽为b4＝0.1L，即b4＝1.6mm，取整即b4＝2mm。(2)所述弹性部2的弹性凸块5的尺寸根据设计长度L确定。其中，长为a3＝0.75L，即a3＝12mm，深度为c2＝0.5L，即c2＝8mm；其中，弹性部2的弹性凸块5的四面十字形弹性凹槽6具体设计参数，长为a3＝11mm，深度为c2＝8mm，高度h4＝0.08L，即h4＝1.28mm，取整为h4＝1mm，宽度为b4＝0.08L，即b4＝1.28mm，取整即b4＝1mm。(3)十字形弹性凹槽6和十字形刚性凸起4通过过盈配合产生的弹性压力，以及弹性凸块5和刚性凹槽3通过过盈配合产生弹性压力，使得弹性材料2固定于刚性材料1的刚性凹槽3内。为了延长弹性材料2的使用寿命，对刚性凹槽3、十字形刚性凸起4、十字形弹性凸槽6和弹性凸块5的边角进行圆角处理。本专利技术的工作过程如下：离心泵进行固液两相流输送时，部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固液两相流离心泵隔舌设计方法，其特征在于包括如下具体步骤：(1)固液两相流离心泵隔舌结构包括刚性部1和弹性部2，刚性部1材料为刚性材料，弹性部2材料为弹性材料；弹性部分为工作部和固定部；(2)工作部最大形变量w根据固液两相流离心泵输送的最大颗粒粒径d确定；(3)工作部的形状设计根据工作部的设计长度L确定；(4)根据固液两相流离心泵隔舌刚性部1和弹性部2的材料特性，设计相适应的连接方式。

【技术特征摘要】
1.一种固液两相流离心泵隔舌设计方法，其特征在于包括如下具体步骤：(1)固液两相流离心泵隔舌结构包括刚性部1和弹性部2，刚性部1材料为刚性材料，弹性部2材料为弹性材料；弹性部分为工作部和固定部；(2)工作部最大形变量w根据固液两相流离心泵输送的最大颗粒粒径d确定；(3)工作部的形状设计根据工作部的设计长度L确定；(4)根据固液两相流离心泵隔舌刚性部1和弹性部2的材料特性，设计相适应的连接方式。2.根据权利要求1所述的一种固液两相流离心泵隔舌设计方法，其特征在于：所述刚性部1和弹性部2的材料选择要求；(1)刚性材料即为刚性部1采用的材料，采用泵体的铸造材料；(2)弹性材料即为弹性部2采用的材料；弹性材料的极限承受应力要大于理论扬程Ht，理论扬程Ht根据公式确定：其中，理论扬程为Ht，叶片出口圆周速度为u2，滑移系数为σ，叶片出口轴面速度为Vm2，叶片出口角为β2，叶片数为Z；(3)弹性部2分为工作部和固定部，固定部与刚性部进行卡箍固定，工作部通过弹性形变增加叶轮和隔舌间隙，保证固液两相流离心泵的正常工作。3.根据权利要求1所述的一种固液两相流离心泵隔舌设计方法，其特征在于：所述工作部最大形变量w取值步骤如下：(1)根据公式计算出工作部的理论最大形变量w1；w1＝D2/2+d-D3/2(d＞D3/2-D2/2)其中，理论最大弹性形变量为w1，叶轮外径为D2，隔舌基圆直径为D3；(2)为了给工作部留出足够的弹性形变安全余量，需满足最大形变量w的值不小于理论最大弹性形变量值w1的1.2倍，即w≥1.2w1。4.根据权利要求1所述的一种固液两相流离心泵隔舌设计方法，其特征在于：所述工作部的形状设计，通过工作部的设计长度L确定，具体步骤如下：(1)根据工作部所需形变量w确定工作部的设计长度L，具体计算公式如下：L3Aτ＝3wEI其...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈明高，田骁，吴贤芳，刘厚林，王勇，王凯，董亮，
申请(专利权)人：江苏大学镇江流体工程装备技术研究院，江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32