[发明专利]一种可自动切割纤维的污水轴流泵叶轮结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以输送污水介质轴流泵叶轮结构，特别涉及输送含有大直径颗粒、长纤维介质的泵叶轮设备，属于污水输送设备技术领域。

背景技术

目前市场上的污水泵的结构形式较多，80％以上的污水泵属于离心泵范围，常见的产品有单、双流道泵，螺旋离心泵和旋流泵。然而由于离心泵固有的局限性，上述污水泵并不适用于大流量，低扬程的使用工况。在污水处理厂中，很多场合需用到大流量、低扬程的轴流泵叶轮结构，目前已有大量潜水轴流泵应用于污水处理厂的污水输送中。污水介质中常带有各种形状的纤维、颗粒等生活杂物，这些杂物与污水共同形成多相流复杂流动，污水介质在通过叶轮时，常出现堵塞、叶顶悬挂纤维等故障，情况严重是，叶轮被污染物卡死不能旋转，导致电机烧毁等故障。

一般来说，轴流泵的主要过流部件由进口段，叶轮，转轮室，导叶以及出口段五个主要部分组成，轴流泵在抽送含长纤维或大颗粒的污水时，电机通过轴连接叶轮，使叶轮叶片旋转对流体做功，产生压力能和速度能。由于叶轮高速旋转，常会因为转轮室内的叶轮缠绕杂物而导致泵堵塞，从污水处理厂事故现场发现叶轮轮毂、轮缘以及叶片进口边是最容易发生杂物缠绕的位置，如图1所示。从叶轮平面图可以看出轮毂侧的叶片进口边会对纤维等固体杂物产生垂直于叶片进口边的作用力，同时因为轮毂处的流体旋转离心力较小，如果纤维等固体杂物在叶片进口处摩擦力的离心力分量大于其旋转离心力，那么纤维等固体杂物就不会向轮缘的方向运动而是聚集在轮毂处从而发生轮毂处纤维缠绕。同样在流体旋转离心力的作用下大量的纤维等杂质将移动到轮缘处，长期运行，纤维将堆积在轮缘叶尖处，而叶轮轮缘和转轮室内壁面的间隙通常只有0.5mm左右，此时如果轮缘处发生纤维缠绕，就很容易堵塞流道。同时，传统的轴流泵翼型的进口通常是由半径为1mm左右的圆弧组成，如图2所示，当有长纤维等杂物悬挂在进口处时，较小的圆弧会使得长纤维在进口处形成较小的锐角夹角，这不利于长纤维杂物在上升力的作用下进入叶轮流道内，进而导致长纤维等物质缠绕在进口处，进而堵塞流道并影响泵的通过性能和运行效率，降低泵的可靠性和使用寿命。叶轮缠绕时需停机处理，将使泵维修率提高，进而影响工作效率并耽误工业生产。由此可见，轴流泵叶轮的堵塞问题是当前社会急需解决的一项关键技术。

经检索，已公开的专利“前掠叶片轴流泵叶轮”(申请号：201110375438.4)，其采用叶片进口边前掠的设计形式，该结构使流进叶轮进口边的杂物首先与轮缘侧接触并在轮缘侧叶片的旋转作用下，从轮缘侧向轮毂侧移动，并随着旋转的叶片进入流道，避免轮缘处的缠绕。但是前掠形式的叶片进口边会阻碍直接流入轮毂侧处的杂物向轮缘侧处运动，使得长纤维等杂物容易在轮毂处发生缠绕和堵塞，如图3所示，轮毂侧的杂物会受到垂直于进口边的作用力，该作用力和离心力成钝角，这会阻碍轮毂处的杂物向轮缘方向运动，并聚集在轮毂处，影响泵的通过性能以及效率和扬程。同时因为叶片进口边逆着来流方向，所以叶片进口边会更易受到到杂物的冲击磨损，减短其使用寿命。

发明内容

为解决上述问题，本专利发明了一种可自动切割纤维的污水轴流泵叶轮结构，根据固体颗粒和纤维在泵进口运动力学特性，在叶片进口边轮缘侧叶片往后延展，并形成一种后掠形式，纤维从轮毂侧可在离心力作用下向轮缘运动，随着叶轮圆周半径增大，叶片逐渐后掠，纤维和固体颗粒在进口轴向速度的冲击下，顺利往流道中部运动，从流体力学角度解决了常规叶片叶片轮缘侧积聚纤维的问题。同时翼型进口处采用一种新型翼型截面结构，叶片进口翼型采用椭圆型超厚进口截面形状，当进口边悬挂纤维时，纤维受到水力冲击力，由自身受到的不平衡力可进一步运动，不能静止悬挂在进口边导致堵塞流道。当叶轮进口的纤维等物质会在叶轮旋转所产生的离心力作用下沿着后掠形式的进口边向叶轮外缘运动，并在水流轴向冲击力的作用进入流道内，不可避免，少量与叶片相互作用的纤维或者颗粒也将在叶轮叶片外缘集聚，为了解决该问题，叶轮外缘对应的转轮室内壁面上开铣槽，通过叶轮外缘和槽相配合，可实现自动切割叶轮外缘处的纤维。这样可保持叶轮外缘无纤维缠绕，污水泵叶轮长期可靠运行。