本發(fā)明涉及一種葉輪，尤其是一種前端帶螺旋結構的旋流泵葉輪。本發(fā)明涉及一種葉輪設計方法，尤其是一種前端帶螺旋結構的旋流泵葉輪設計方法。
背景技術：
：工廠應用中，雜質泵是一種輸送固體介質的泵體。旋流泵是一種用于輸送固液介質的無堵塞泵，因其工作時流體在泵腔內產生漩渦得名。旋流泵的葉輪為開式或半開式，葉輪后縮至泵殼后腔，為固體介質通過泵體提供了良好的條件。旋流泵工作時，在葉輪出口頂部附近的介質會因離心力較大而形成貫通流，在葉輪中部的介質形成循環(huán)流，貫通流經(jīng)泵腔出口流出，形成一定的揚程。介質中的固體顆粒和纖維在循環(huán)流的作用下獲得能量，絕大部分不經(jīng)過葉輪，而在無葉腔內運動后經(jīng)泵出口排出，從而達到輸送復雜介質或含雜質流體的目的?，F(xiàn)有中國專利授權公告號為CN103557180B，
專利名稱：為“一種帶有長短葉片的旋流泵葉輪設計方法”公開了一種葉輪的設計方法。與其他雜質泵相比，旋流泵的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：(1)無堵塞性能好，可以輸送含大顆粒的流體；(2)耐磨性好，不存在磨損后間隙加大而造成性能下降的問題，大部分固體顆粒不會經(jīng)過葉輪，也相應增加了葉輪壽命；(3)泵吸入性好，具有良好抗汽蝕性能。但是，由于結構的限制，旋流泵也存在以下缺點：由于循環(huán)流的影響，泵的水力損失較大，且效率不高。Fluent是目前國際上比較流行的商用CFD軟件包，凡是和流體、熱傳遞和化學反應等有關的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進的數(shù)值方法和強大的前后處理功能，在航空航天、汽車設計、石油天然氣和渦輪機設計等方面都有著廣泛的應用。技術實現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種能降低泵的水力損失，并提高工作效率的前端帶螺旋結構的旋流泵葉輪設計方法。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種前端帶螺旋結構的旋流泵葉輪設計方法，所述旋流泵葉輪為半開式葉輪，該半開式葉輪包括前蓋板、葉輪葉片及輪轂，所述輪轂的外表面為圓臺結構，該圓臺結構的上底面的面積小于下底面的面積，則輪轂通過下底面與前蓋板固定；所述葉輪葉片上遠離前蓋板的端部為葉片前端，所述螺旋結構設置于葉片前端，該螺旋結構為螺旋葉片，該螺旋葉片自輪轂處向外延伸；所述葉輪葉片的進口直徑為D1，葉輪葉片的出口直徑為D2，螺旋葉片外徑為D3，葉輪葉片的出口寬度為b，葉輪葉片出口角為β2，螺旋葉片出口角為β4，螺旋葉片軸向長度為L2，葉輪葉片包角為螺旋葉片包角為式中：K1＝3.85～4.7；K2＝17～19.5；D3＝(0.5～0.6)D1；ns＝60～160；β2＝25°～90°；β4＝25°～45°；L2＝30mm～40mm；式中：Q—流量，m3/s；n—旋流泵轉速，r/min；D1—葉輪葉片的進口直徑，m；D2—葉輪葉片的出口直徑，m；H—泵設計揚程，m；g—重力加速度；D3—螺旋葉片的外徑，m；b—葉輪葉片的出口寬度，m；ns—設計工況比轉速；β2—葉輪葉片的出口角；β4—螺旋葉片的出口角；L2—螺旋葉片的軸向長度，mm；—葉輪葉片的包角；—螺旋葉片的包角。本發(fā)明的有益效果是：螺旋葉片自輪轂處向外延伸，指的是螺旋葉片內徑與輪轂周側固定，螺旋葉片外徑朝向輪轂遠處延伸。通過該設計得到的旋流泵葉輪，通過實驗后發(fā)現(xiàn)，使用帶螺旋結構的旋流泵能有效改善泵內部流動情況，減少內循環(huán)流，減少能量損失，大幅提高旋流泵的工作效率，在大規(guī)模的工業(yè)生產應用中取得了極好的經(jīng)濟效益。為了進一步改善泵內部流動情況，輪轂的側面與輪轂軸線所成夾角為θ，該θ的取值范圍為0°～70°。θ優(yōu)選取值為30°為了再進一步改善泵內部流動情況，ns和θ的關系為，式中θ＝(0.78ns-60)±10，80≤ns≤160，0°≤θ≤70°。其中，螺旋葉片的型線為螺旋線，該螺旋線以輪轂的下底面圓心為原點，并建立三維坐標系，其中x軸和y軸位于下底面上，z軸方向垂直于x軸和y軸、且與輪轂軸線方向一致，若螺旋葉片的起始點為A點，螺旋葉片的結束點為B點，該A點坐標為(0，L2)，B點坐標為(0)，在A點和B點連接的空間曲線上任意一點為C點，C點在下底面的投影為C’，C’與原點的連線為OC’，OC’與x軸正方向的夾角為則C點坐標為式中：旋流泵葉輪還包括帶葉腔的蝸殼，所述半開式葉輪安裝于蝸殼內，蝸殼內無葉腔寬度為L1，L1＝0.1～0.2D2，單位為m。其中，蝸殼內無葉腔寬度指的是，蝸殼上遠離前蓋板的部位開設有葉腔開口，轂上遠離前蓋板的部位為輪轂前端，該輪轂前端朝向葉腔開口方向設置，且輪轂前端距離葉腔開口部位的距離為L1。其中一種方案，螺旋葉片的數(shù)量與葉輪葉片的數(shù)量相等，每一個葉輪葉片的葉片前端都一一對應地設置有螺旋葉片。另一種方案，螺旋葉片的數(shù)量為偶數(shù)個，螺旋葉片對稱地環(huán)繞輪轂周緣設置。為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明還提供了一種能降低泵的水力損失，并提高工作效率的前端帶螺旋結構的旋流泵葉輪。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：根據(jù)前述設計方法設計的前端帶螺旋結構的旋流泵葉輪，所述旋流泵葉輪為半開式葉輪，該半開式葉輪包括前蓋板、葉輪葉片及輪轂。本發(fā)明的有益效果是：通過該設計得到的旋流泵葉輪，通過實驗后發(fā)現(xiàn)，使用帶螺旋結構的旋流泵能有效改善泵內部流動情況，減少內循環(huán)流，減少能量損失，大幅提高旋流泵的工作效率。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例一的結構示意圖。圖2為本發(fā)明實施例一的主視圖。圖3為本發(fā)明實施例一的左視圖。圖4為本發(fā)明實施例一葉輪葉片和螺旋葉片的型線。圖5為本發(fā)明實施例一螺旋葉片的型線。圖6為本發(fā)明實施例一的結構示意圖，帶蝸殼。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1～6所示，本實施例包括旋流泵葉輪2和帶葉腔11的蝸殼1，該旋流泵葉輪2為半開式葉輪，該半開式葉輪包括前蓋板21、葉輪葉片22及輪轂23；蝸殼1上遠離前蓋板21的部位開設有葉腔開口12，半開式葉輪安裝于葉腔11內，輪轂23上遠離前蓋板21的部位為輪轂前端231，該輪轂前端231朝向葉腔開口12方向設置，且輪轂前端231距離葉腔開口12部位的距離為L1。輪轂23的外表面為圓臺結構(或稱為錐臺結構)，該圓臺結構的上底面的面積小于下底面的面積，則輪轂23通過下底面與前蓋板21固定。葉輪葉片22上遠離前蓋板21的端部為葉片前端221，在葉片前端221設有螺旋結構3，該螺旋結構3為螺旋葉片31，該螺旋葉片31自輪轂23處向外延伸，即螺旋葉片31的進口直徑與輪轂23上底面的直徑相一致。又因為輪轂23為圓臺結構，故輪轂23上底面的直徑最小，而螺旋葉片31固定于葉輪葉片22的葉片前端221。葉輪葉片22的進口直徑為D1，葉輪葉片22的出口直徑為D2，螺旋葉片31外徑為D3，葉輪葉片22的出口寬度為b，葉輪葉片22出口角為β2，螺旋葉片31出口角為β4，螺旋葉片31軸向長度為L2，葉輪葉片22包角為螺旋葉片31包角為式中：K1＝3.85～4.7；K2＝17～19.5；D3＝(0.5～0.6)D1；ns＝60～160；β2＝25°～90°；β4＝25°～45°；L1＝0.1～0.2D2；L2＝30mm～40mm；式中：Q—流量，m3/s；n—旋流泵轉速，r/min；D1—葉輪葉片的進口直徑，m；D2—葉輪葉片的出口直徑，m；H—泵設計揚程，m；g—重力加速度；D3—螺旋葉片的外徑，m；b—葉輪葉片的出口寬度，m；ns—設計工況比轉速；β2—葉輪葉片的出口角；β4—螺旋葉片的出口角；L1—輪轂前端距離葉腔開口部位的距離；L2—螺旋葉片的軸向長度，mm；—葉輪葉片的包角；—螺旋葉片的包角。其中，輪轂23的側面與輪轂23軸線所成夾角為θ，θ優(yōu)選取值為30°。該θ的取值范圍為0°～70°。ns和θ的關系為，θ＝(0.78ns-60)±10，80≤ns≤160。本發(fā)明的有益效果是：根據(jù)設計得到的旋流泵葉輪安裝于旋流泵內，通過實驗后發(fā)現(xiàn)，使用帶螺旋結構3的旋流泵能有效改善泵內部流動情況，減少內循環(huán)流，減少能量損失，大幅提高旋流泵的工作效率。實施例二：螺旋葉片31的型線為螺旋線，該螺旋線以輪轂23的下底面圓心為原點，并建立三維坐標系，其中x軸和y軸位于下底面上，z軸方向垂直于x軸和y軸、且與輪轂23軸線方向一致，若螺旋葉片31的起始點為A點，螺旋葉片的結束點為B點，該A點坐標為(0，L2)，B點坐標為(0)，在A點和B點連接的空間曲線上任意一點為C點，C點在下底面的投影為C’，C’與原點的連線為OC’，OC’與x軸正方向的夾角為則C點坐標為式中：實施例三：螺旋葉片31的數(shù)量與葉輪葉片22的數(shù)量相等，每一個葉輪葉片22的葉片前端都一一對應地設置有螺旋葉片31。實施例四：螺旋葉片31的數(shù)量為2個，螺旋葉片31對稱地環(huán)繞輪轂23周緣設置。葉輪葉片22的數(shù)量為4個，葉輪葉片22對稱地環(huán)繞輪轂23周緣設置。通過Fluent對實施例一至四所設計的旋流泵葉輪的工作揚程和效率進行數(shù)值模擬。將模擬中旋流泵分為不帶螺旋葉片和帶螺旋葉片兩組，兩組葉輪區(qū)別只在于是否帶螺旋部分。表1為葉輪葉片和螺旋葉片的參數(shù)，表2為數(shù)值模擬對比結果。表1模型組揚程(m)效率(％)不帶螺旋葉片26.0652.16帶螺旋葉片27.7856.27表2從表可明顯看出，帶螺旋葉片31的旋流泵，其揚程比不帶螺旋葉片的旋流泵高將近2m，而效率則高出4％多。由此可看出，本實施例所設計的旋流泵葉輪能有效改善泵內部流動情況，減少內循環(huán)流，減少能量損失，提高旋流泵的工作效率。所述實例為本發(fā)明的一種實現(xiàn)形式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，本領域技術人員能夠做出的任何改進、替換和變形均屬于本發(fā)明的保護范圍。實施例五：本實施例還提供了根據(jù)實施例一至四設計方法而設計的旋流泵葉輪，該旋流泵葉輪為半開式葉輪，該半開式葉輪包括前蓋板21、葉輪葉片22及輪轂23。以上公式用于限定了葉輪的葉片包角、軸向長度、螺旋葉片31的外徑和出口角等參數(shù)，通過所公開的參數(shù)就可以設計得到所需的葉輪結構，從而對葉輪結構進行相應保護。通過該設計得到的旋流泵葉輪，通過實驗后發(fā)現(xiàn)，使用帶螺旋結構3的旋流泵能有效改善泵內部流動情況，減少內循環(huán)流，減少能量損失，大幅提高旋流泵的工作效率。當前第1頁1 2 3