一种将导叶应用于离心式泥泵以实现抗磨的新方法与流程

1.本技术涉及离心式泥泵(渣浆泵)抗磨设计方法。


背景技术：

2.泥泵(又称渣浆泵)是一种通过泵送的方式实现对泥土、砂砾、碎矿石等物质连续输送的机械装备，常用于疏浚吹填、矿山机械、污水处理等领域，其主要作用是给泥沙浆等固粒-水混合物质做功，提高其机械能，并通过管道将其输送到指定区域，是疏浚领域必不可少的关键装备。
3.出于装拆方便、高扬程、高效率等多种需求的考虑，泥泵普遍采用单级单吸离心泵，叶轮普遍采用闭式叶轮构造。在此类泵中，流体从轴端被水平地吸入泵内，随后进入旋转运动的叶轮内转为径向流动，并被约束在前、后盖板以及叶片围成的流道内随叶轮一起旋转，在此过程中接受叶片对其做功而具有更高的压力与速度，随后从叶轮中流出进入扩压室，在扩压室内降速增压，将部分动能转化为压力能，最后从扩压室出口流出。
4.与常规水泵不同，泥泵(图1)输送的物质中有各种不规则尖锐固体，将对泥泵内的主要做功部件——叶轮产生严重的磨损。泥泵叶轮的磨损问题至今仍是一个亟待解决的难题。有效减少叶轮的磨损可延长叶轮的使用寿命，节约维修成本。同时，尽量完好的叶轮结构是泥泵稳定运行、疏浚施工高效进行的必要保证。减少叶轮磨损的主要技术途径分为“选用耐磨材料”与“改进结构”两大方向。
5.最接近现有技术：
6.目前，泥泵叶轮的结构设计通过合理地选择叶片进口角及叶片包角、采用弯扭叶片造型等技术手段改善叶轮内流动，这些结构技术在改善磨损上取得了不错成果，但难再有突破性发展。针对叶轮进、出口附近的磨损，泥泵普遍在叶轮进口安装吸口防磨环(如图1)，在叶轮出口外安装肩胛防磨环(具体的，肩胛防磨环在扩压室与前/后盖板之间，保护两者连接部位)，试图通过不断替换防磨环，防止该处的局部破坏导致整个叶轮报废，但叶片头部、叶片头部附近端面、叶片尾部附近的磨损尚未有针对性的结构改善技术方案。


技术实现要素：

7.本技术目的公开一种抗磨方法，以解决“泥泵严重磨损主要集中发生在叶轮入口、叶片头部(主要是接近前盖板的大半径处)”的问题。
8.叶片头部的磨损主要是冲击磨损，原因是叶轮进口靠近前盖板的区域(如图1a处)具有较大的周向速度，沙砾、岩石块等体积较大，如此硬度较大的固体进入叶轮后，会在惯性作用下冲击该位置(如图1a处)；叶片头部的分流作用导致附近流动容易出现涡流，砂石在涡流内反复剐蹭造成磨损，因此，叶片头部附近端面上的磨损多由涡流引发。
9.应对上述技术问题，本技术需要保护的技术方案，概括为：
10.一种应用于离心式泥泵的抗磨方法，其特征是：在叶轮的进口防磨环上设计导叶，采用提前分割泥砂浆的策略对泥沙浆进行偏离导流，避免叶片头部承受泥砂浆直接冲击。
11.进一步限定技术方案，所述引流导叶2安装于叶轮的进口防磨环1上，多个导叶2在周向均匀分布于进口防磨环1内壁，引流导叶2与进口防磨环1随叶轮同步旋转。
12.进一步限定技术方案，在叶轮内，引流导叶2的数量与叶片4数量一致，其设置位置与叶片4相对，相互之间留有间隙。
13.进一步限定技术方案，所述导叶2靠近并正对叶轮叶片4头部。
附图说明
14.图1为常规泥泵叶轮侧视图
15.图2实施例中泥泵叶轮组件的1/4剖面示意图
16.图3实施例叶轮组及进口防磨环(安装有引流导叶后)构造示意图
17.图4实施例叶轮组件中进口防磨环(安装有引流导叶后)作用机理示意图
18.数字标记：1、进口防磨环；2、引流导叶；2.1导叶头部；2.2导叶尾部；3、叶轮前盖板；4、叶轮叶片；5、叶轮后盖板；6、叶片工作面；7、叶片背面。
具体实施方式
19.下面将结合具体实施例及其附图对本技术提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本技术的优点和特征将更加清楚。
20.需要说明的是，本技术的实施例有较佳的实施性，并非是对本技术任何形式的限定。本技术实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本技术优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本技术实施例所属技术领域的技术人员所理解。
21.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限定。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
22.本技术的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本技术实施例的目的，并非是限定本技术可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本技术所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。且本技术各附图中所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
23.以下通过实施例详细介绍抗磨方法策略和技术手段。
24.实施例1
25.在叶轮的进口防磨环1上设计引流导叶2，叶轮组件中进口防磨环安装有引流导叶后的工作场示意，如图4所示：
26.该方案体现的方法策略：采用在泵进口处改变流体的流向，控制涡流产生，提前分割泥砂浆，避免叶片头部(尤其是半径较大的叶片上半部分)承受泥砂浆直接冲击，因此通过在叶轮的进口防磨环内壁上设计引流导叶，起到保护叶片头部的作用。在本领域所述“半径较大的”是指：叶轮叶片中，为了区别同一叶片的不同区域和部位，根据所在叶片部位其离轴心半径大小来描述相对位置关系或者区别不同的位置。此描述清楚、规范。
27.区别于传统安装在叶轮后的扩压段(或多级离心泵的扩压、导流段)内的静止导叶，本技术如图2所示的引流导叶2安装于叶轮的进口防磨环1上，多个导叶2在周向均匀分布于进口防磨环1内壁，引流导叶2与进口防磨环1随叶轮同步旋转；另外，在叶轮内，引流导叶2的数量与叶片4数量一致，其设置位置与叶片4相对，相互之间留有间隙。
28.如此，本技术的引流导叶2已不再是传统的“静导叶”，而是“动导叶”，引流导叶2与进口防磨环1随叶轮同步旋转，在非额定工况下，引流导叶2能在叶轮的进口处改变流体的流向，不仅控制住涡流产生，又能改变流体走势以避开直接冲击叶片头部，本实施例方案很好地从根本上去解决叶片头部抗磨损问题。
29.本技术设置的引流导叶在流向上位于叶片前，此技术手段，不但在额定工况下是避免叶片头部承受正前方直冲，而且在非额定工况下避免叶片头部承受侧前方直冲，因此本实施例方案又是从根本上去解决叶片头部抗磨损问题。
30.在形态上的配合设计，本实施例做出了进一步的创新，结合图2、图3所示：导叶2：从头部2.1至尾部2.2，其叶高(h)、叶厚(w)呈渐进增加，强化了分流、导流作用，无阻流作用(可以控制到很小，几乎可忽略)，如此，避免碰撞产生的回流和漩涡。因控制了阻流现象的产生，也就从根源上克服涡流现象的产生。至于如何控制“无阻流作用”到极小，将进一步涉及头部2.1的叶高(h)、叶厚(w)、应用场景(间距、位置关系、尺寸关系等)的相互关系模型技术方案，该发明任务由其它专利申请公开。
31.本技术技术方案适用的叶轮：泵轴存在于叶轮外(图1、图2、图3所示)，不在叶轮内，即叶轮是悬臂式的。
32.本技术叶轮的各个导叶2安装并固定于进口防磨环1的内壁位置处，离轴较远，不减小叶轮内的最小通过球径，不会影响泵通过能力。
33.在叶轮内的叶轮叶片4与导叶2，两者数量和位置关系相对应，导叶2呈现“轴向、径向上向内发展”的形态，且一定靠近叶轮叶片4头部(即本技术的必要技术特征)，主要起引流、导流、分流作用，做功能力弱。
34.本领域传统的导叶主要起束流扩压、消除径向力的作用。本领域技术人员，为保证通过能力，在设计泥泵时往往回避采用导叶。
35.因此，本技术是对传统导叶新功能用途的创新。