适用于不同土质的泥泵叶轮结构的设计方法与流程

本发明属于泥泵设计，尤其涉及一种适用于不同土质的泥泵叶轮结构及其设计方法。

背景技术：

1、泥砂输送是疏浚工程中的关键一环，而在实际疏浚过程中，泥泵内的疏浚土质并不是一直不变的。不同地域或相同地域不同挖深，会出现不同的疏浚土质，包括块石、砾石、黏土、中粗砂、粉细砂、粉土、淤泥等。在实际工程中，泥泵在输送块石、砾石、中粗砂等土质时，磨损很快，而输送粉土、淤泥等土质时，磨损较慢。泥泵磨损后，整体更换的成本高、周期长。施工船上为了应对不同工况，也无法预备多个泥泵。

2、现有泥泵设计中，往往会综合考虑大颗粒，通过能力、磨损、效率、气蚀等多个因素，最终得到的设计方案能满足疏浚要求，但无法保证在疏浚不同土质时效率达到最佳。

3、泥泵设计过程中，如果只考虑大颗粒，通过能力、磨损、效率、气蚀等多个因素中的一个因素，往往能大幅提高这个方面的性能，而牺牲其它方面的性能，譬如大颗粒通过能力很强的泵，效率无法太高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种适用于不同土质的泥泵叶轮结构及其设计方法。

2、为了实现上述目标，本发明采用了下列技术方案：

3、一种适用于不同土质的泥泵叶轮结构及其设计方法，针对同一个泥泵，根据不同疏浚土质的特点，配置不同的叶轮，不同叶轮的叶片数量不同。所有叶轮的进口直径、进出口宽度和叶轮的外径不做改变，以确保设计的不同叶轮能够在同一台泥泵中进行更换。

4、本发明提供的一种适用于不同土质的泥泵叶轮结构的设计方法，其中，叶轮的进口直径、进出口宽度和叶轮的外径不做改变。具体采用的技术方案为，根据清水泵叶轮的叶片数的计算公式，增加了疏浚土质的粒径参数和叶片包角，设计出了泥泵叶轮的叶片数计算公式(1)，并根据公式(1)来确定泥泵叶轮的叶片数z，

5、

6、式中，

7、为相邻叶片2中心点的弧长距离，r2-r1是叶轮进口和出口间的径向距离，即代表颗粒的通过性能，将颗粒粒径的影响和叶片包角的影响加入到上面式子(代表颗粒的通过性能的式子)中，更改上式(代表颗粒的通过性能的式子)就可以得到式(1)。

8、r2为叶轮外圆半径，单位为mm；

9、r1为叶轮进口半径，单位为m；

10、θ为叶片包角，单位为°；

11、d50为疏浚土质颗粒中值粒径，单位为mm；

12、d85为疏浚土质颗粒占总量的85％时的粒径，单位为mm。

13、本发明还提供了适用于不同土质的泥泵叶轮结构，包括叶片和前后盖板，前盖板位于叶片的顶部，后盖板位于叶片的底部，叶片和前后盖板形成数个流道，疏浚土在通过这些流道后获得需要的总压。

14、进一步，叶轮进口直径为900mm，叶轮出口直径为2500mm，叶轮出口宽度为430mm。

15、泥泵叶轮结构的叶片数z根据公式(1)计算得出，

16、

17、式中，

18、r2为叶轮外圆半径，单位为mm；

19、r1为叶轮进口半径，单位为m；

20、θ为叶片包角，单位为°；

21、d50为疏浚土质颗粒中值粒径，单位为mm；

22、d85为疏浚土质颗粒占总量的85％时的粒径，单位为mm。

23、当泥泵叶轮结构适用于疏浚土以粉土和淤泥为主的情况时，叶片包角θ取值范围为110～130°；叶片出口角β取值范围为18～30°。进一步，当该泥泵叶轮结构适用于疏浚土为黄骅粉土的情况时，公式(1)中d50＝0.04mm，d85＝0.05mm；该泥泵叶轮结构的叶片数为6。

24、当该泥泵叶轮结构适用于疏浚土以粉细砂为主，含有少量中粗砂的情况时，叶片包角θ取值范围为120～150°；叶片出口角β取值范围为20～35°。进一步，当其适用于疏浚土为长江口细砂的情况时，公式(1)中d50＝0.15mm，d85＝0.17mm；该泥泵叶轮结构的叶片数为4。

25、当该泥泵叶轮结构适用于疏浚土以中粗砂为主，含有少量块石等大粒径颗粒的情况时，叶片包角θ取值范围为100～120°；叶片出口角β取值范围为30～40°。进一步，当其适用于疏浚土为厦门中粗砂的情况，公式(1)中d50＝0.5mm，d85＝1.1mm；该泥泵叶轮结构的叶片数为3。

26、当该泥泵叶轮结构适用于疏浚土以大粒径颗粒为主的情况时，叶片包角θ取值范围为90～100°；叶片出口角β取值范围为40～50°。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：一台泥泵能够根据不同疏浚工况下疏浚土质的变化，更换适用该土质的叶轮，在保证泥泵不堵塞的条件下，使泥泵始终在高效运行。

技术特征：

1.适用于不同土质的泥泵叶轮结构的设计方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的适用于不同土质的泥泵叶轮结构的设计方法，其特征在于：对于不同土质的泥泵叶轮结构，叶轮的进口直径、进出口宽度和叶轮的外径不做改变。

3.根据权利要求2所述的适用于不同土质的泥泵叶轮结构的设计方法，其特征在于：叶轮进口直径为900mm，叶轮出口直径为2500mm，叶轮出口宽度为430mm。

4.根据权利要求3所述的适用于不同土质的泥泵叶轮结构的设计方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的适用于不同土质的泥泵叶轮结构的设计方法，其特征在于：

6.根据权利要求3所述的适用于不同土质的泥泵叶轮结构的设计方法，其特征在于：

技术总结本发明提供适用于不同土质的泥泵叶轮结构的设计方法，属于泥泵设计技术领域。本发明采用的技术方案是：根据清水泵叶轮的叶片数的计算公式，增加了疏浚土质的粒径参数和叶片包角，设计出了泥泵叶轮的叶片数计算公式，并根据该公式来确定泥泵叶轮的叶片数Z。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：一台泥泵能够根据不同疏浚工况下疏浚土质的变化，更换适用该土质的叶轮，在保证泥泵不堵塞的条件下，使泥泵始终高效运行。技术研发人员：邢津,洪国军,尹纪富,张晴波,江帅,张忱,孙奕映,刘功勋受保护的技术使用者：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12