本发明属于流体机械技术领域，尤其是一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮。
背景技术：
固液两相流体广泛存在于自然界和很多工业生产中，在输送诸如含泥沙颗粒的两相介质条件下，主要水力部件的磨损会导致泵性能的严重下降，叶轮作为离心泵的核心部件，为流动介质不断提供能量，长时间的颗粒物对叶轮的冲刷会造成叶轮的严重磨损，进一步造成泵性能的急剧下降，如何解决泵过流部件尤其是叶轮的磨损一直是行业的瓶颈。随着固液两相流离心泵的应用逐渐推广，磨损问题显得日益突出。大量实验及工程实践表明，在输送含较大颗粒直径两相流体时，尤其是在高转速下运行的泵叶轮，叶片工作面以及叶片进出口边磨损严重。当前固液两相流泵的设计方法无法满足日益复杂的工况，对颗粒磨损仍没有较好地解决，主要通过提高泵材料的性能来延缓磨损，目前应用较为广泛的闭式叶轮，一旦磨损恶化，整个叶轮只能报废，无法维护保养，而更换新叶轮将导致生产成本的增加。
经检索，相关专利：cn204113726u通过滑块、卡槽和卡紧装置固定和拆卸叶片，需要叶片具有一定厚度开设卡槽，适用性较低，且卡槽加工、拆卸过程复杂；cn107664139a通过插槽弹簧紧固结构固定和拆卸叶片，但很难适用于圆柱叶片和空间扭曲叶片的复杂外形，且弹簧和圆柱体顶柱的结构不易用于拆卸叶片；cn209324432u通过限位块、螺纹套和轮盘的滑动和螺纹连接固定和拆卸叶片；上述有关可拆卸叶片的发明专利主要目的是方便叶片的拆装方便性，过度依赖弹簧及卡槽进行固定和拆卸，在输送含颗粒介质时，弹簧结构以及卡槽容易受颗粒堵塞卡死，导致结构失效，且较少考虑叶片的磨损特性，主要采用直接拆卸整个叶片的方法，替换整个叶片的物料成本仍相对偏高。
技术实现要素：
为了解决现有技术中的不足，本发明提出了一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮，通过在工作面增加斜坡凸面，带动颗粒旋转，使颗粒背离工作面运动，从而减小叶片的磨损；此外，叶片工作面衬板及进口边可拆卸，避免了频繁更换叶轮，减少了叶轮维护成本。
本发明所采用的技术方案如下：
一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮，包括叶轮后盖板，所述叶轮后盖板上沿圆周方向均匀设置有若干片基础叶片，每片基础叶片上装配有叶片工作面衬板，所述叶片工作面衬板呈“c”型，且能够与基础叶片的工作面、进口端面和出口端面相贴合，且所述叶片工作面衬板与基础叶片之间采用可拆卸连接。
进一步，所述叶片工作面衬板的进口端面、出口端面分别通过螺钉与基础叶片的进口端面、出口端面实现可拆卸连接；
进一步，所述叶片工作面衬板的进口端设有垂直于叶轮后盖板的通孔，且在基础叶片的进口端前部固定设置有圆柱销，所述圆柱销与通孔配合实现叶片工作面衬板的进口端和基础叶片的进口端的销接；所述叶片工作面衬板出口端面通过螺钉与基础叶片的出口端面实现可拆卸连接；
进一步，所述基础叶片为圆柱叶片或空间扭曲叶片；
进一步，所述基础叶片为4-8片，均匀分布在叶轮后盖板上；
进一步，所述叶片工作面衬板采用高硬度耐磨材料整体制造；
进一步，在叶片工作面衬板进口端的工作面上加工有斜坡凸面；
进一步，斜坡凸面的外表面切线与叶片工作面衬板的外表面切线之间的夹角α为5°～10°，优选为8°。斜坡凸面的长度为叶片工作面衬板的工作面长度的五分之一。
本发明的有益效果：
1、叶片工作面衬板进口端的工作面上加工有一定角度的斜坡凸面，流体介质流过斜坡图面后产生启旋涡流，涡带动颗粒旋转，方向与叶轮旋转方向相反，产生“马格努斯”效应。在此效应作用下，颗粒向偏离工作面的方向运动，从而减少了对叶片工作面衬板的冲击频率，降低了叶片磨损。
2、叶片工作面衬板采用高硬度耐磨材料整体制造，提高了叶轮的耐磨损性能，并且由于可拆卸，可以方便地更换掉严重磨损的工作面及进出口。尽管使用了耐磨材料，由于可拆卸的工作面设计厚度较小，节约了物料成本，相比替换整个叶轮或者采用耐磨材料制造整个叶轮，本发明加工制造成本较低。
3、可拆卸部件和原叶轮的联接固定方式简单，不需要将叶轮从泵轴上拆离开就可以更换磨损严重部件，极大地方便了拆装，节约了维护时间。
附图说明
图1是一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮的总装图；
图2是叶轮后盖板及其基础叶片的三维示意图；
图3是可拆卸的叶片工作面衬板的三维示意图；
图4是可拆卸的叶片工作面衬板与叶轮后盖板圆柱销的联接示意图；
图5是可拆卸的叶片工作面衬板与基础叶片的螺纹联接示意图；
图中，1、叶轮后盖板，2、叶片工作面衬板，3、基础叶片，4、圆柱销，5、螺钉，6、通孔，7、螺纹，8、螺纹孔，9、进口边，10、斜坡凸面，11、出口边，12、通孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1，本发明所设计的一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮，包括的叶轮后盖板1，在叶轮后盖板1上沿圆周方向均匀设置有6片基础叶片3，在每片基础叶片3上装配有可拆卸的叶片工作面衬板2，且叶片工作面衬板2采用高硬度耐磨材料整体制造，如高锰钢、碳化钨等材料；叶片工作面衬板2的结构如图3所示，叶片工作面衬板2呈“c”型，能够与基础叶片3的工作面、进口端面和出口端面相贴合。为了产生一定漩涡，诱发马格努斯效应，在叶片工作面衬板2进口端的工作面上加工有斜坡凸面10，斜坡凸面10的外表面切线与叶片工作面衬板2的外表面切线之间的夹角α为8°。斜坡凸面10的长度为叶片工作面衬板2工作面长度的五分之一。
为了实现叶片工作面衬板2与基础叶片3之间的可拆卸，本发明提出了两种设计，具体为：
实施例1，分别在基础叶片3和叶片工作面衬板2的进口端面和出口端面上开设螺纹孔，再通过螺钉实现基础叶片3和叶片工作面衬板2之间的连接，进而使得叶片工作面衬板2与基础叶片3相贴合，且拆卸、更换更方便。
实施例2，由于实施例1中需要拆卸进口端面、出口端面的螺钉，浪费工作时间，因此提出了第二种设计，即在每片基础叶片3的进口端前部固定设置有圆柱销4如图2；同时，在叶片工作面衬板2的进口端开有通孔6如图4，通孔6垂直于叶轮后盖板1，该通孔6与圆柱销4配合；如图5，在叶片工作面衬板2出口端的端面上开有通孔12，在通孔12加工有螺纹7，同时在基础叶片3相应位置也开设有螺纹孔8，通过螺钉5将叶片工作面衬板2出口端面与基础叶片3的出口端面相连接。
在安装时，只需要将叶片工作面衬板2的两头分别通过圆柱销4和螺钉5实现与基础叶片3之间的配合安装。在拆卸或者更换的时候，仅需要将螺钉5拧下，再将叶片工作面衬板2从圆柱销4中拿出即可，拆装过程简单可靠。
在工作过程中，如图3所示，本发明通过改善流动及颗粒运动情况减少叶轮磨损，并且充分兼顾易磨损部位的替换性。输送介质流经斜坡凸面10后，产生的启旋涡流，在“马格努斯”效应(当球体颗粒在流场中自身旋转时，会产生一与流场的流动方向相垂直的由逆流侧指向顺流侧方向的力，称为“马格努斯”效应)的作用下，涡带动颗粒物旋转，此时，颗粒受到一垂直于介质流动方向的力，颗粒开始背离叶片工作面运动，减小了对叶片工作面衬板2工作面的磨损。叶片工作面衬板2的工作面磨损到一定程度后，可进行拆卸更换。
本发明通过对叶轮叶片的模块化设计，充分考虑固液两相流泵的内部流动特性，着眼于叶片易磨损部位的可替换性，固定联结结构不容易受颗粒影响，拆卸安装方便，并且合理的联结方式保证了安装精度，提高了产品的经济性。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮，其特征在于，包括叶轮后盖板(1)，所述叶轮后盖板(1)上沿圆周方向均匀设置有若干片基础叶片(3)，每片基础叶片(3)上装配有叶片工作面衬板(2)，所述叶片工作面衬板(2)呈“c”型，且叶片工作面衬板(2)能够与基础叶片(3)的工作面、进口端面和出口端面相贴合，且所述叶片工作面衬板(2)与基础叶片(3)之间采用可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮，其特征在于，所述叶片工作面衬板(2)的进口端面、出口端面分别通过螺钉与基础叶片(3)的进口端面、出口端面实现可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮，其特征在于，所述叶片工作面衬板(2)的进口端设有垂直于叶轮后盖板(1)的通孔(6)，且在基础叶片(3)的进口端前部固定设置有圆柱销(4)，所述圆柱销(4)与通孔(6)配合实现叶片工作面衬板(2)的进口端和基础叶片(3)的进口端的销接；所述叶片工作面衬板(2)出口端面通过螺钉与基础叶片(3)的出口端面实现可拆卸连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮，其特征在于，所述基础叶片(3)为圆柱叶片或空间扭曲叶片。
5.根据权利要求4所述的一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮，其特征在于，所述基础叶片(3)为4-8片，均匀分布在叶轮后盖板(1)上。
6.根据权利要求5所述的一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮，其特征在于，所述叶片工作面衬板(2)采用高硬度耐磨材料整体制造。
7.根据权利要求6所述的一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮，其特征在于，在叶片工作面衬板(2)进口端的工作面上加工有斜坡凸面(10)。
8.根据权利要求7所述的一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮，其特征在于，斜坡凸面(10)的外表面切线与叶片工作面衬板(2)的外表面切线之间的夹角α为5°～10°，斜坡凸面(10)的长度为叶片工作面衬板(2)的工作面长度的五分之一。
技术总结
本发明公开了一种工作面可拆的耐磨损半开式固液两相流泵叶轮，包括叶轮后盖板，所述叶轮后盖板上沿圆周方向均匀设置有若干片基础叶片，每片基础叶片上装配有叶片工作面衬板，所述叶片工作面衬板呈“C”型，且能够与基础叶片的工作面、进口端面和出口端面相贴合，且所述叶片工作面衬板与基础叶片之间采用可拆卸连接；本发明叶轮的叶片工作面衬板及进口边可拆卸，避免了频繁更换叶轮，减少了叶轮维护成本。
技术研发人员：李伟;吴普;施卫东;周岭;朱勇;曹卫东;季磊磊
受保护的技术使用者：江苏大学;江苏大学镇江流体工程装备技术研究院
技术研发日：.10.24
技术公布日：.02.28
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