一种极大扬程最大直径的叶轮及多级泵制造技术

本发明专利技术属于流体机械领域，公开了一种极大扬程最大直径的叶轮及多级泵。因深井采油、采矿及提水等工作环境严格限制多级泵的最大直径，导致其单级扬程较低，致使泵级数增加，严重影响运行稳定性及应用成本。本发明专利技术将普通叶轮叶片出口延伸并利用两段直线段回转剪切，增加叶轮叶片对介质做功过程，提高进出口压差，并引导介质流向下一级导叶，进而改善叶轮出口介质流态，减少二次回流，有效地解决了因井径限制造成多级泵级数过多、甚至降低了长轴系稳定性差的问题。性差的问题。性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种极大扬程最大直径的叶轮及多级泵


[0001]本专利技术属于流体机械领域，具体涉及一种极大扬程最大直径的叶轮及具有其的多级泵。

技术介绍

[0002]淡水资源匮乏，地下水资源的利用受到社会极大的关注；拓展深层油气资源，对筑牢我国能源安全的资源基础具有重要的现实与战略意义。多级泵作为上述资源开采的核心动力源设备，其工作环境一般为埋藏地下的深井，由于钻井成本与钻井井眼直径(简称：井径)成正比，因此，为节约成本井径不宜开凿过大。叶轮出口直径是影响泵扬程的一个关键因素，在有限的井径条件下，叶轮出口直径的最大值被严格限定。除叶轮出口直径影响多级泵扬程外，叶轮叶片数、叶片出口宽度和叶片形状等也是影响扬程的关键因素。目前，针对多级泵以提高扬程为目标的优化设计方法很多，如采用遗传算法、深度学习等寻找关键参数的最优匹配以获得最佳模型。因此，以上述最佳模型为基础，在叶轮各参数均确定的情况下，如何进一步提高多级泵扬程，降低工程应该成本具有重大意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对上述缺陷及问题，提供一种极大扬程最大直径的叶轮及具有其的多级泵。所述叶轮在采用最大出口直径，且保证效率不明显变化的基础上，进一步提高多级泵的扬程，有效降低应用成本。
[0004]本专利技术采取的技术方案是：
[0005]一种极大扬程最大直径的叶轮，包含前盖板、后盖板、叶片、平衡盘、轮毂、平衡孔和口环密封，所述叶轮的比转速范围为80<n
s
<800，
[0006]所述前盖板分为前盖板内壁面与前盖板外壁面，所述前盖板内壁面与叶轮的旋转轴之间的夹角为θ1，其取值范围为60
°
<θ1<90
°
。
[0007]所述前盖板厚度为t1，其取值范围为2mm≤t1≤5mm。
[0008]所述后盖板分为后盖板内壁面与后盖板外壁面，后盖板内壁面与叶轮的旋转轴之间的夹角为θ2，其取值范围为60
°
<θ2<90
°
。
[0009]所述后盖板厚度为t2，其取值范围为2mm≤t2≤5mm。
[0010]所述前盖板内壁面与后盖板内壁面之间的夹角为θ3，其取值范围为
‑2°
≤θ3≤2
°
。
[0011]所述前盖板最大直径为D
q
，后盖板最大直径为D
h
，两者大小为D
q
<D
h
。前盖板与后盖板两者最大直径位置的连线即普通叶轮叶片出口在轴面投影图上的投影线，其中，普通叶轮叶片出口在轴面投影图上的投影线与平行叶轮旋转轴的直线之间的夹角为α1，其取值范围为0
°
<α1≤40
°
；普通叶轮叶片出口在轴面投影图上的投影线与垂直于叶轮旋转轴的直线之间的夹角为β1，其取值范围为50
°
≤β1<90
°
。
[0012]所述叶片为圆柱叶片或扭曲叶片，个数为Z，其取值范围为5≤Z≤9。
[0013]其中，所述圆柱叶片与扭曲叶片均包含叶片进口边与叶片出口边。
[0014]所述叶片进口边的轴面投影图为单一样条曲线或直线。
[0015]所述叶片出口边的轴面投影图为两直线段组成，其中，前直线段与平行叶轮旋转轴的直线之间的夹角为α2，其取值范围为1/3α1≤α2≤2/3α1；后直线段与垂直叶轮旋转轴的直线之间的夹角为β2，其取值范围为1/3β1≤β2≤2/3β1。
[0016]所述平衡孔圆周均匀分布在所述叶片进口边附近，截面为圆形，个数为K，其取值为K＝Z，所述圆形截面直径为D
k
，其取值范围为1mm≤D
k
≤5mm。
[0017]所述平衡盘为圆环状，环宽为w，其取值范围为3mm≤w≤5mm。所述平衡盘设置在后盖板外壁面上，与后盖板进行整体加工。
[0018]所述口环密封设置在前盖板外壁面上，与前盖板进行整体加工。
[0019]一种多级泵，安装有本专利技术所述的极大扬程最大直径的叶轮，叶轮和导叶交替首尾配合组成一种极大扬程最大直径叶轮的多级泵。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0021]采用叶轮叶片出口延伸出前盖板与后盖板最大直径连线的范围，但仍然处于前盖板最大直径水平线与后盖板最大直径垂直线相交区域内，并以两相交直线段组合的叶片出口轴面投影结构，相较于普通叶轮，本专利技术叶片长度有所增加，增加了对多级泵内介质的做功，有效提高了多级泵进出口压差。增加的叶片长度不仅有效提高了扬程，并且有利于引导介质流向下一级导叶，对叶轮出口介质流态有一定改善作用，减少二次回流。因此，本专利技术的实施不仅能提高多级泵扬程，也能改善叶轮出口流态。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一种极大扬程最大直径的叶轮具体实施实例的轴截面二维示意图。
[0023]图2为本专利技术一种极大扬程最大直径的叶轮具体实施实例的三维剖面图。
[0024]图3为本专利技术一种极大扬程最大直径的叶轮具体实施实例的俯视图。
[0025]图4多级泵性能测试实验台。
[0026]图5数值模拟与实验数据对比曲线。
[0027]图6扬程对比曲线。
[0028]图7叶轮和导叶的中截面速度、流线分布图，a
‑
本专利技术，b
‑
本专利技术。
[0029]附图标记说明：
[0030]1‑
前盖板，2
‑
口环密封，3
‑
叶片，4
‑
轮毂，5
‑
叶片出口边，6
‑
平衡盘，7
‑
后盖板，8
‑
前直线段，9
‑
后直线段，10
‑
普通叶轮叶片出口在轴面投影图上的投影线，11
‑
平行叶轮旋转轴的直线，12
‑
垂直叶轮旋转轴的直线，13
‑
平衡孔，111
‑
前盖板内壁面，112
‑
前盖板外壁面，711
‑
后盖板内壁面，712
‑
后盖板外壁面，31
‑
叶片进口边。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但专利技术的保护范围并不限于此。
[0032]本具体实施实例叶轮的设计参数分别为：流量Q＝40m3/h，设计转速n＝2917r/min，扬程H＝11.7m。因此，比转速
[0033]如图1所示，所述叶轮结构包含前盖板1、后盖板7、叶片3、平衡盘6、轮毂4、平衡孔
13和口环密封2。
[0034]所述前盖板1分为前盖板内壁面111与前盖板外壁面112，所述前盖板内壁面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极大扬程最大直径的叶轮，包括前盖板(1)、后盖板(7)、叶片(3)、平衡盘(6)、轮毂(4)、平衡孔(13)和口环密封(2)，叶轮的比转速范围为80<n
s
<800；其特征在于，所述前盖板(1)分为前盖板内壁面(111)与前盖板外壁面(112)，所述前盖板内壁面(111)与叶轮的旋转轴之间的夹角为θ1，其取值范围为60
°
<θ1<90
°
；所述后盖板(7)分为后盖板内壁面(711)与后盖板外壁面(712)，后盖板内壁面(711)与叶轮的旋转轴之间的夹角为θ2，其取值范围为60
°
<θ2<90
°
；所述前盖板内壁面(111)与后盖板内壁面(711)之间的夹角为θ3，其取值范围为
‑2°
≤θ3≤2
°
；所述前盖板(1)最大直径为D
q
，后盖板(7)最大直径为D
h
，两者大小为D
q
＞D
h
；前盖板(1)与后盖板(7)两者最大直径位置的连线即普通叶轮叶片出口在轴面投影图上的投影线(10)，其中，普通叶轮叶片出口在轴面投影图上的投影线(10)与平行叶轮旋转轴的直线(11)之间的夹角为α1，其取值范围为0
°
<α1≤40
°
；普通叶轮叶片出口在轴面投影图上的投影线(10)与垂直于叶轮旋转轴的直线(12)之间的夹角为β1，其取值范围为50
°
≤β1<90
°
。2.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩勇，周岭，白玲，赵振江，蒋磊，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：