一种V形切口叶片稳流离心泵及其设计方法
专利汇可以提供一种V形切口叶片稳流离心泵及其设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种V形切口 叶片 稳流 离心 泵 及其设计方法。当前 离心泵 口环间隙的容积损失以及轴向 力 使得离心泵高效运行范围变窄，缩短使用寿命。本发明在叶片出口端开设V形切口，减小 叶轮 出口处的回流以及二次流损失；叶轮入口处设置迷宫形结构，叶轮后部与 泵壳 之间设置平衡盘结构；迷宫形结构有效减小 泄漏 流，降低口环处泄漏流与主流的相互掺混干扰；平衡盘结构实现叶轮轴向力的自动平衡；对离心泵内部流场进行数值模拟，采用 能量 梯度理论进行分析，获得内流场能量梯度K的分布，然后对迷宫形结构尺寸、叶片出口端V形切口尺寸以及平衡盘结构尺寸进行优化，直至获得最优尺寸。本发明提高了离心泵运行的可靠性和综合性能，且具有良好的经济效益。，下面是一种V形切口叶片稳流离心泵及其设计方法专利的具体信息内容。
1.一种V形切口叶片稳流离心泵，包括吸水室、叶轮、泵壳和轴；叶轮包括叶片、叶轮前盖板和叶轮后盖板，叶轮前盖板和叶轮后盖板之间通过n片叶片固定连接，n≥4；其特征在于：所述的叶片出口端开设V形切口；所述的叶轮后盖板固定在轴上；所述的吸水室设置在叶轮进口处，并与泵壳固定；所述叶轮前盖板的前侧面设有外密封环形挡板，泵壳内壁前部设有内密封环形挡板，内密封环形挡板内侧壁与叶轮前盖板之间设置密封圈；所述的内密封环形挡板、密封圈、外密封环形挡板、叶轮前盖板外壁和泵壳内壁合围成迷宫形结构；所述叶轮后盖板的后侧面设有内环形挡板和外环形挡板，并在每相邻两片叶片中间位置开设一个平衡孔；所述泵壳的内壁后部设有泵壳挡板；所述的内环形挡板、外环形挡板、平衡孔和泵壳挡板构成平衡盘结构；内环形挡板与泵壳挡板相对的端面形成轴向间隙；外环形挡板的侧面与泵壳的内壁之间形成径向间隙；外环形挡板、叶轮后盖板后侧面、泵壳的内壁后部、内环形挡板以及泵壳挡板合围成第一泵腔，轴的圆柱面、叶轮后盖板后侧面、泵壳的内壁后部、内环形挡板以及泵壳挡板合围成第二泵腔；所有平衡孔均通过第二泵腔与轴向间隙连通；轴向间隙通过第一泵腔与径向间隙连通。
2.根据权利要求1所述的一种V形切口叶片稳流离心泵，其特征在于：所述的外密封环形挡板与泵壳之间的间隙b3取值为1～3mm；内密封环形挡板与外密封环形挡板的径向间隙b2＝k1×b3，k1取值为0.8～1.2；内密封环形挡板与叶轮入口处外壁面之间的径向间隙b1＝k2×b3，k2取值为2～4；泵壳的内密封环形挡板宽度b4＝k3×b3，k3取值为4～5；叶轮前盖板的外密封环形挡板宽度b5＝k4×b3，k4取值为4～5。
3.根据权利要求1所述的一种V形切口叶片稳流离心泵，其特征在于：所述平衡孔的直径为8～16mm，内环形挡板的厚度为30～40mm，外环形挡板的宽度为45～55mm，径向间隙的大小b7取值为8～12mm；叶轮轴向力的自动平衡过程中，轴向间隙的大小b8时刻变化，但设计时需保证b8＝k5×b7，k5取0.8～1.4中的一个值。
4.根据权利要求1所述的一种V形切口叶片稳流离心泵，其特征在于：所述V形切口两侧壁之间的夹角θ取值为140～160°。
5.一种V形切口叶片稳流离心泵的设计方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：
步骤1、在叶片出口端开设V形切口，叶轮入口处设置迷宫形结构，并在叶轮后部与泵壳之间设置平衡盘结构；将叶轮后盖板固定在轴上；叶轮前盖板的前侧面设有外密封环形挡板，泵壳内壁前部设有内密封环形挡板，内密封环形挡板内侧壁与叶轮前盖板之间设置密封圈；内密封环形挡板、密封圈、外密封环形挡板、叶轮前盖板外壁和泵壳内壁合围成迷宫形结构；叶轮后盖板的后侧面设有内环形挡板和外环形挡板，并在每相邻两片叶片中间位置开设一个平衡孔；泵壳的内壁后部设有泵壳挡板；内环形挡板与泵壳挡板相对的端面形成轴向间隙；外环形挡板的侧面与泵壳的内壁之间形成径向间隙；外环形挡板、叶轮后盖板后侧面、泵壳的内壁后部、内环形挡板以及泵壳挡板合围成第一泵腔，轴的圆柱面、叶轮后盖板后侧面、泵壳的内壁后部、内环形挡板以及泵壳挡板合围成第二泵腔；所有平衡孔均通过第二泵腔与轴向间隙连通；轴向间隙通过第一泵腔与径向间隙连通；
步骤2、计算离心泵内部流场的物理参数；
采用计算流体动力学对离心泵内的流动进行数值模拟，模拟过程中控制方程采用非定常三维不可压缩的雷诺平均纳维-斯托克斯方程和连续性方程，同时使用RNG k-ε湍流模型，计算离心泵内的流动；网格采用结构化的网格，并利用有限体积法对结构化网格下的控制方程在空间上进行离散；然后，在计算域上施加边界条件，进行模拟计算，得到离心泵内整个流场的物理参数，包括流体速度、压强和湍流粘度；计算域上施加的边界条件为：入口边界条件设定的是速度入口，出口边界条件设定的是自由出流；
步骤3、计算离心泵内部流场的能量梯度K，具体计算过程如下：
根据能量梯度理论，离心泵中的能量梯度K的计算公式为：
式中，H为沿流线方向机械能的损失；流体总压E＝P+0.5×ρ(u2+v2+w2)，u、v和w分别为x轴方向、y轴方向和z轴方向的速度分量，n为流体流动的法线方向，s为流体流动的流线方向，ρ为流体密度，P为静压；
离心泵内部流体的流动属于压力驱动流动，其中， 和 的计算公式如下：
将上式代入(1)式，得到总能量梯度K值为：
式(2)中，U为速度，μt为流体粘度；
其中，α表示流体在x方向的速度与流体速度矢量之间的夹角； 和 分别为在x-y平面上静压P沿x轴方向和y轴方向的梯度， 和 分别为在n-s平面上静压P沿流线法线和流线切向的梯度； 和 分别为在x-y平面上速度U沿x轴方向和y轴方向的梯度， 和 分别为在n-s平面上速度U沿流线法线和流线切向的梯度；
步骤4、根据离心泵内能量梯度K值的大小，找到迷宫形结构尺寸以及平衡盘结构流动最不稳定的位置，然后对迷宫形结构尺寸关系以及平衡盘结构尺寸关系进行修改，重新对离心泵进行数值计算，优化离心泵迷宫形结构尺寸和平衡盘结构尺寸，直至得到最佳尺寸范围；
最佳尺寸范围标准如下：在该尺寸范围内，使得离心泵迷宫形结构和平衡盘结构的能量梯度K值最小，稳定性最优，则该尺寸范围为最佳尺寸范围。
6.根据权利要求5所述的一种V形切口叶片稳流离心泵的设计方法，其特征在于：根据能量梯度理论所获得的最佳尺寸范围如下：外密封环形挡板与泵壳之间的间隙b3取值为1～3mm；内密封环形挡板与外密封环形挡板的径向间隙b2＝k1×b3，k1取值为0.8～1.2；内密封环形挡板与叶轮入口处外壁面之间的径向间隙b1＝k2×b3，k2取值为2～4；泵壳的内密封环形挡板宽度b4＝k3×b3，k3取值为4～5；叶轮前盖板的外密封环形挡板宽度b5＝k4×b3，k4取值为4～5；平衡孔的直径为8～16mm，内环形挡板的厚度为30～40mm，外环形挡板的宽度为45～55mm，径向间隙的大小b7取值为8～12mm；轴向间隙的大小b8＝k5×b7，k5取值为0.8～1.4；V形切口两侧壁之间的夹角为140～160°。
一种V形切口叶片稳流离心泵及其设计方法
技术领域
背景技术
发明内容
4；泵壳的内密封环形挡板宽度b4＝k3×b3，k3取值为4～5；叶轮前盖板的外密封环形挡板宽度b5＝k4×b3，k4取值为4～5；平衡孔的直径为8～16mm，内环形挡板的厚度为30～40mm，外环形挡板的宽度为45～55mm，径向间隙的大小b7取值为8～12mm；轴向间隙的大小b8＝k5×b7，k5取值为0.8～1.4；V形切口两侧壁之间的夹角为140～160°。
具体实施方式
所有平衡孔12均通过第二泵腔B与轴向间隙连通；轴向间隙通过第一泵腔A与径向间隙连通。
合成的速度梯度。结合图5可得：
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