疏浚泥泵叶轮的非轴对称端壁造型制造技术

本发明专利技术提供了一种疏浚泥泵叶轮的非轴对称端壁造型，所述叶轮的端壁不是轴对称的，而是在同一轴面半径上具有相对的凹凸变化，应用于闭式叶轮或半开式叶轮上。所述非轴对称端壁造型的起点位于叶轮进口之后，终点位于叶轮出口处或叶轮出口之前，所述叶轮的端壁面在所述非轴对称端壁造型之外的其它部分仍为轴对称的环面；且所述非轴对称端壁造型在各个叶片流道之间具有周期重复性。采用本发明专利技术所述非轴对称端壁造型的泥泵叶轮，相较未采用的原叶轮，具有明显改善叶轮内固液两相流动均匀性、减少叶轮流道中后部及其他部位磨损、并提升泵效能等有益效果。等有益效果。等有益效果。

【技术实现步骤摘要】
疏浚泥泵叶轮的非轴对称端壁造型


[0001]本专利技术属于疏浚离心式泥泵的
，具体地讲，是涉及一种疏浚行业离心式泥泵叶轮端壁面上的非轴对称结构造型。

技术介绍

[0002]泥泵，又称为泥浆泵、渣浆泵，通过泵送的方式使用水动力连续输送泥土、砂砾、碎矿石等物质，广泛用于疏浚、矿业、化工行业。疏浚行业中的泥泵多采用单级单吸离心泵形式，通常具备流量大、允许通过的固粒直径大、耐磨、高效、便于拆卸等特征。但尖锐的中、粗砂土质对泥泵内部表面的磨损作用巨大，该工况下高铬白口铸铁合金等常见的泥泵内表面耐磨材料的寿命仅为细、粉沙土质工况下的1/10～1/30，降低施工效率的同时，大幅增加了施工成本。
[0003]泥泵内表面的磨损不可避免且并不均匀，磨损的具体发生位置受内部固
‑
液流动影响，与泵型和工况等因素密切相关。离心式泥泵叶轮内，磨损多集中在叶片前缘、叶轮端壁上靠近叶片前缘的位置、叶片中后部(包括叶片尾缘)等位置。叶轮的端壁指叶片两端连接的壁面，即叶轮前、后盖板的内侧面。由于流动方向在上述位置附近发生明显改变，固体颗粒受惯性影响脱离主要流动方向，撞击约束流动的附近壁面。
[0004]泥泵不同于水泵，常规水泵中的流动损失，可以通过叶片弯扭造型、附加短叶片等技术手段来避免并实现性能的提升。而泥泵的输送物中存在大量固体颗粒，为保证粗大固体颗粒的通过性能，泥泵的叶片高度(叶高，又称叶展、叶宽)并不随叶轮轴面(又称子午面)半径的增加而明显减小，且叶片数较少，通常条件下无法使用短叶片或过度弯扭的长叶片。泥泵由于其自身的特性导致叶片流道的截面积在流道中后部扩张严重，叶片约束能力下降，平均径向流速随轴面半径增加而迅速降低。泥泵内颗粒伴随流动在流道内不断折转，更容易撞击叶片，造成相对集中的叶片中后部磨损,同时导致泥泵在输送泥浆时的效能明显低于清水工况。因此，有必要提供一种关于泥泵叶轮的技术方案，以解决叶轮流道严重扩散带来的叶轮内流道磨损集中的问题。
[0005]非轴对称端壁造型技术源于20世纪80
‑
90年代提出的一种涡轮机械流动控制概念，并于21世纪初发展成一种先进涡轮机/压气机的新型设计技术：改变扩压段的长静叶栅流道上下端壁(即叶栅上下环面)，使其不再是轴对称的圆台面，而是具有特殊设计的高低起伏，可以改善近壁的次要流动，从而提升轮机效率。如图1所示，为叶栅底部使用非轴对称端壁设计的示意图。CN201910173245.7公开了一种具有非对称端壁造型的单级轴流高压压气机；CN 201110459987.X公开了一种压气机/涡轮环形叶栅的非轴对称端壁造型方法；非轴对称端壁造型技术目前局限于以气体为介质的轮机/压气机领域，作用是减少气体总压损失；尚未有在泵类机械中研究或使用的记载。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种应用于疏浚泥泵叶轮的非
轴对称端壁造型，该端壁造型在同一轴面半径上具有不同的轴向位置，表现出非轴对称的端壁表面凹凸变化。这种设计基于流动控制的基本原理，利用端壁造型抑制泥泵流道因扩散严重而产生的流动恶化，合理调节叶片载荷，减少疏浚泥泵叶轮中后部的集中磨损。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种疏浚泥泵叶轮的非轴对称端壁造型，所述叶轮的端壁不是轴对称的，而是在同一轴面半径上具有相对的凹凸变化，所述非轴对称端壁造型的起点位于叶轮进口之后，终点位于叶轮出口处或叶轮出口之前，所述叶轮的端壁面在所述非轴对称端壁造型之外的其它部分仍为轴对称的环面；且所述非轴对称端壁造型在各个叶片流道之间具有周期重复性。
[0009]本专利技术进一步设置为，所述非轴对称端壁造型的端壁曲面在径向和周向上均是可导的，其凹凸的程度在所述起点处由零开始逐渐增强，在非出口的终点处逐渐减弱为零。
[0010]本专利技术进一步设置为，所述非轴对称端壁造型可应用于闭式叶轮或半开式叶轮上。
[0011]本专利技术进一步设置为，所述非轴对称端壁造型的最大起伏比例，即在整个非轴对称端壁造型中，同一轴面半径上最凸点与最凹点之差与相同半径处平均流道高度之比的最大值不小于5％，不超过20％；其中所述平均流道高度对于闭式叶轮而言，为相同半径处两侧端壁的平均间距；对于半开式叶轮而言，为相同半径处叶片高度与叶顶间隙之和的平均值。
[0012]本专利技术进一步设置为，所述非轴对称端壁造型在单个叶片流道内具体设置为下列情况之一：
[0013]所述端壁在叶片流道的压力面侧凸起，在吸力面侧凹陷，用于改善大通道涡所导致的吸力面磨损；所述端壁在叶片流道的压力面侧凹陷，在吸力面侧凸起，用于改善压力面磨损；所述端壁在叶片流道的中部凸起，用于改善两侧压力面和吸力面的磨损集中并提升效能；所述端壁在叶片流道的中部凹陷，用于增强流道的通过性能。
[0014]本专利技术进一步设置为，所述非轴对称端壁造型与相交的叶轮叶片顶部、根部表面之间具有光滑衔接的弧形倒角。
[0015]本专利技术进一步设置为，所述非轴对称端壁造型可由多条理论流面边线为骨线蒙皮生成，所述非轴对称端壁造型的相对凹凸性沿着无穷叶片假设下的流面边线是一致的。
[0016]本专利技术进一步设置为，所述非轴对称端壁造型在同一流面边线上，随着边线长度的变化，其凹凸程度可趋同也可不同。
[0017]本专利技术进一步设置为，同一流面边线上凹凸程度不同时，本专利技术提供了两种端壁凹凸程度随边线长度变化的公式，式(1)为一种线性变化方程，式(2)为一种双曲正切函数方程：
[0018][0019][0020]式中，l为当地边线长度，I为边线长度为l时的端壁凹凸程度，即端壁实际位置与相同半径处平均位置间的差值；I
max
为端壁在该流面边线上的最大凹凸值，取正为凸，取负
为凹；l
max
为边线总长度；b、c为中间参数，共同决定了端壁造型处的位置；b决定了端壁造型主要变化处的倾斜程度。
[0021]本专利技术进一步设置为，所述非轴对称端壁造型的非轴对称特性导致端壁沿不同流面边线的凹凸性不同或是凹凸程度不同。
[0022]本专利技术进一步设置为，本专利技术提供了两种端壁凹凸程度随不同流面边线(通过流面边线起点的周向位置角θ来区分)而改变的关系方程。式(3)为一种三角函数方程；式(4)为基于压差的参数拟合方程：
[0023]h(θ)＝h
max
cos(nθ+β)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(3)
[0024][0025]式中，θ为用来区分不同流面及其边线的起点的周向位置角，可定义任一流面起点的θ值为0，则其他流面起点的θ值为相对该流面起点的旋转角度；h为起点为周向位置角θ的流面边线上端壁的实际位置与相同半径处平均位置间的差值，正值为凸，负值为凹；h
max
为同一圆周上端壁的最大凹凸程度，优选的，所述h
max
与从进口到当地的流面边线长度有关，可通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种疏浚泥泵叶轮的非轴对称端壁造型，其特征在于，所述叶轮的端壁在同一轴面半径上具有凹凸变化，所述非轴对称端壁造型的起点位于叶轮进口之后，终点位于叶轮出口处或叶轮出口之前，且所述非轴对称端壁造型在各个叶片流道之间具有周期重复性。2.根据权利要求1所述的疏浚泥泵叶轮的非轴对称端壁造型，其特征在于，所述非轴对称端壁造型的端壁曲面在径向和周向上均是可导的，其凹凸的程度在所述起点处由零开始逐渐增强，在非出口的终点处逐渐减弱为零。3.根据权利要求1所述的疏浚泥泵叶轮的非轴对称端壁造型，其特征在于，所述非轴对称端壁造型应用于闭式叶轮或半开式叶轮上。4.根据权利要求1所述的疏浚泥泵叶轮的非轴对称端壁造型，其特征在于，所述非轴对称端壁造型的最大起伏比例，即在整个非轴对称端壁造型中，同一轴面半径上最凸点与最凹点之差与相同半径处平均流道高度之比的最大值不小于5％，不超过20％。5.根据权利要求1所述的疏浚泥泵叶轮的非轴对称端壁造型，其特征在于，所述非轴对称端壁造型在单个叶片流道内为下列设置中的一种：所述端壁在叶片流道的压力面侧凸起，在吸力面侧凹陷，用于改善大通道涡所导致的吸力面磨损；所述端壁在叶片流道的压力面侧凹陷，在吸力面侧凸起，用于改善压力面磨损；所述端壁在叶片流道的中部凸起，用于改善两侧压力面和吸力面的磨损集中并提升效能；所述端壁在叶片流道的中部凹陷，用于增强流道的通过性能。6.根据权利要求1所述的疏浚泥泵叶轮的非轴对称端壁造型，其特征在于，所述非轴对称端壁造型与相交的叶轮叶片顶部、根部表面之间具有光滑衔接的弧形倒角。7.根据权利要求1所述的疏浚泥泵叶轮的非轴对称端壁造型，其特征在于，所述非轴对称端壁造型由多条理论流面边线为骨线蒙皮生成，所述非轴对称端壁造型的相对凹凸性沿着无穷叶片假设下的流面边线是一致的。8.根据权利要求7所述的疏浚泥泵叶轮的非轴对称端壁造型，其特征在于，所述非轴对称端壁造型在同一流面边线上，随着边线长度的变化，其凹凸程度相同或者不同；同...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭涛，胡京招，刘明明，王文魁，庄海飞，夏铖，曹蕾，林挺，吴腾伟，马源，
申请(专利权)人：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：