一种依据土质的泥泵叶轮的水力设计方法

一种依据土质的泥泵叶轮的水力设计方法

　　技术领域

　　本发明属于泥泵设计技术领域，特别是涉及一种依据土质的泥泵叶轮的水力设计方法。

　　背景技术

　　泥泵是水力式挖泥船(绞吸挖泥船和耙吸挖泥船)的关键装备，泥泵消耗功率约占水力式挖泥船装机功率的50％以上，是水力式挖泥船最大的能量消耗单元。泥泵的效率是水力式挖泥船整船效率的决定性因素。泥泵叶轮是泥泵中的核心部件，其水力设计水平将决定整个泥泵的效率。

　　以往的泥泵叶轮水力设计方法都基于均质浆体假设开展，没有充分考虑输送土质指标的影响，在后续需要进行大量的修正和试验摸索，使得水力设计完成的泥泵叶轮效率不高，设计周期过长，且增加开发成本。

　　综上所述，为了更快速完成更高效率的泥泵叶轮水力设计，亟需开发一种依据土质的泥泵叶轮的水力设计方法。

　　发明内容

　　针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种依据土质的泥泵叶轮的水力设计方法。该水力设计方法将输送土质指标的信息引入到泥泵叶轮初始设计阶段，使得水力设计过程更加的快捷，所设计的泥泵叶轮具有更高的效率。

　　本发明是这样实现的，一种依据土质的泥泵叶轮的水力设计方法，根据设计要求参数泥泵设计流量Q、泥泵设计转速n、泥泵输送土质的最大粒径dmax、泥泵输送土质的中值粒径d50、泥泵设计输送浓度Cvd、叶片进口安放角β1来确定叶轮的形状参数叶轮进口直径D1、叶轮出口宽度B2、叶片包角叶片数Z。

　　叶轮进口直径D1由泥泵输送土质的中值粒径d50和泥泵设计输送浓度Cvd确定，确定过程是根据公式(1)完成。

　　

　　其中α为模型系数；Vss为粒径为中值粒径的颗粒在静水中的沉降速度。

　　叶轮出口宽度B2由泥泵设计流量Q和泥泵输送土质的最大粒径dmax确定，确定过程是根据公式(2)完成。

　　

　　其中ε1和ε2为模型系数。

　　叶轮的叶片数Z由泥泵输送土质的最大粒径dmax及叶片进口安放角β1确定，确定过程是根据公式(3)完成。

　　

　　其中δ为模型系数，R1为叶轮进口半径。

　　叶轮的叶片包角由泥泵输送土质的中值粒径d50和泥泵设计输送浓度Cvd确定，确定过程是根据公式(4)完成。

　　

　　其中为初始参考包角，ψ为粒径修正系数，其计算公式如下式(5)。

　　

　　与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

　　本发明提供了依据输送土质指标开展泥泵叶轮的水力中重要参数确定的计算方法，提高了设计叶轮的效率并缩短设计工作时间，所设计的泥泵叶轮具有更高的效率。

　　附图说明

　　图1是本发明的实施例提供的泥泵叶轮的主视图；

　　图2是本发明的实施例提供的泥泵叶轮的剖视图。

　　图中：1-叶轮叶片；2-叶轮；β1-叶片进口安放角；β2-叶片出口安放角；D1-叶轮进口直径；B2-叶轮出口宽度；-叶片包角。

　　具体实施方式

　　为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

　　需要说明的是，本发明的实施例有较佳的实施性，并非是对本发明任何形式的限定。本发明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。本发明优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本发明实施例所属技术领域的技术人员所理解。

　　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。

　　需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本发明中的术语应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

　　本发明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、明晰地辅助说明本发明实施例的目的，并非是限定本发明可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。且本发明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。

　　实施例

　　参阅图1和图2，本实施例提供一种依据土质的泥泵叶轮的水力设计方法。采用的技术方案是：根据设计要求参数泥泵设计流量Q、泥泵设计转速n、泥泵输送土质的最大粒径dmax、泥泵输送土质的中值粒径d50、泥泵设计输送浓度Cvd、叶片进口安放角β1来确定叶轮的形状参数叶轮进口直径D1、叶轮出口宽度B2、叶片包角叶片数Z。具体如下：

　　叶轮进口直径D1由泥泵输送土质的中值粒径d50和泥泵设计输送浓度Cvd确定，确定过程是根据公式(1)完成。

　　

　　其中α为模型系数，可取0.183；Vss为粒径为中值粒径的颗粒在静水中的沉降速度，根据d50计算获得。

　　叶轮出口宽度B2由泥泵设计流量Q和泥泵输送土质的最大粒径dmax确定，确定过程是根据公式(2)完成。

　　

　　其中ε1和ε2为模型系数；ε1可以取值1.1，ε2可以取值640。

　　叶轮的叶片数Z由泥泵输送土质的最大粒径dmax及叶片进口安放角β1确定，确定过程是根据公式(3)完成。

　　

　　其中δ为模型系数，可以取值5764；R1为叶轮进口半径。

　　叶轮的叶片包角由泥泵输送土质的中值粒径d50和泥泵设计输送浓度Cvd确定，确定过程是根据公式(4)完成。

　　

　　其中为初始参考包角，可以一般清水包角设计原则选取；ψ为粒径修正系数，其计算公式如下式(5)。

　　

　　其中d50为泥泵输送土质的中值粒径。

　　本实施例的具体工作过程：

　　案例一：

　　泥泵设计参数：泥泵设计流量Q＝7m3/s、泥泵设计转速n＝220rpm、泥泵输送土质的最大粒径dmax＝450mm、泥泵输送土质的中值粒径d50＝0.25mm、泥泵设计输送浓度Cvd＝20％、叶片进口安放角β1＝25°。

　　依据公式(1)计算叶轮进口直径D1为1.20m，其中α取0.183，Vss为0.03。

　　依据公式(2)计算叶轮出口宽度B2为495mm，其中ε1取1.1，ε2取640。

　　依据公式(3)计算叶轮的叶片数Z为3.27，取整数为3，其中δ取5764。

　　依据公式(4)计算叶轮的叶片包角为188.5°，其中取为195°，ψ为0.8。

　　案例二：

　　泥泵设计参数：泥泵设计流量Q＝7m3/s、泥泵设计转速n＝220rpm、泥泵输送土质的最大粒径dmax＝250mm、泥泵输送土质的中值粒径d50＝2mm、泥泵设计输送浓度Cvd＝20％、叶片进口安放角β1＝31.6°。

　　依据公式(1)计算叶轮进口直径D1为1.07m，取为1.1m，其中α取0.183，Vss为0.15。

　　依据公式(2)计算叶轮出口宽度B2为275mm，其中ε1取1.1，ε2取640。

　　依据公式(3)计算叶轮的叶片数Z为6.46，取整数为6，其中δ取5764。

　　依据公式(4)计算叶轮的叶片包角为133°，其中考虑到叶片数较多，选取为150°，ψ为0.33。

　　案例三：

　　泥泵设计参数：泥泵设计流量Q＝5m3/s、泥泵设计转速n＝298rpm、泥泵输送土质的最大粒径dmax＝400mm、泥泵输送土质的中值粒径d50＝30mm、泥泵设计输送浓度Cvd＝20％、叶片进口安放角β1＝25°。

　　依据公式(1)计算叶轮进口直径D1为0.93m，取为1.0m，其中α取0.183，Vss为0.6。

　　依据公式(2)计算叶轮出口宽度B2为440mm，其中ε1取1.1，ε2取640。

　　依据公式(3)计算叶轮的叶片数Z为2.83，取整数为3，其中δ取5764。

　　依据公式(4)计算叶轮的叶片包角为163.5°，其中取为195°，ψ为0.032。

　　本发明提供的依据输送土质指标开展泥泵叶轮的水力中重要参数确定的计算方法，提高了设计叶轮的效率并缩短设计工作时间，所设计的泥泵叶轮具有更高的效率。

　　最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。