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申请/专利权人：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司

摘要：本发明提供一种适用于不同土质的泥泵叶轮结构及其设计方法，属于泥泵设计技术领域。本发明提供的适用于不同土质的泥泵叶轮结构的设计方法，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。

主权项：1.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，其特征在于：该泥泵叶轮结构适用于疏浚土以粉土和淤泥为主的情况，其中，叶轮进口直径为900mm，叶轮出口直径为2500mm，叶轮出口宽度为430mm；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°；根据公式1计算该泥泵叶轮结构的叶片数Z， 式中，R2为叶轮外圆半径，单位为mm；R1为叶轮进口半径，单位为mm；θ为叶片包角，单位为°；d50为疏浚土质颗粒中值粒径，单位为mm；d85为疏浚土质颗粒占总量的85％时的粒径，单位为mm。

全文数据：适用于不同土质的泥泵叶轮结构及其设计方法技术领域[0001]本发明属于泥栗设计技术领域，尤其涉及一种适用于不同土质的泥栗叶轮结构及其设计方法。背景技术[0002]泥砂输送是疏浚工程中的关键一环，而在实际疏浚过程中，泥栗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，泥栗在输送块石、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。泥栗磨损后，整体更换的成本高、周期长。施工船上为了应对不同工况，也无法预备多个泥栗。[0003]现有泥栗设计中，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。[0004]泥栗设计过程中，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栗，效率无法太高。发明内容[0005]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栗叶轮结构及其设计方法。[0006]为了实现上述目标，本发明采用了下列技术方案：[0007]—种适用于不同土质的泥栗叶轮结构及其设计方法，针对同一个泥栗，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栗中进行更换。[0008]本发明提供的一种适用于不同土质的泥栗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，根据清水栗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，设计出了泥栗叶轮的叶片数计算公式1，并根据公式1来确定泥栗叶轮的叶片数Z，[0010]式中，[0011]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⑴。[0012]R2为叶轮外圆半径，单位为mm;[0013]办为叶轮进口半径，单位为m;[00M]Θ为叶片包角，单位为°;[00Ί5]d5Q为疏浚土质颗粒中值粒径，单位为mm;[0016]d85为疏浚土质颗粒占总量的85%时的粒径，单位为mm。[0017]本发明还提供了适用于不同土质的泥栗叶轮结构，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。[0018]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。[0019]泥栗叶轮结构的叶片数Z根据公式⑴计算得出，[0021]式中，[0022]R2为叶轮外圆半径，单位为mm;[0023]办为叶轮进口半径，单位为m;[0024]Θ为叶片包角，单位为°;[0025]d5Q为疏浚土质颗粒中值粒径，单位为mm;[0026]d85为疏浚土质颗粒占总量的85%时的粒径，单位为mm。[0027]当泥栗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，当该泥栗叶轮结构适用于疏浚土为黄弊粉土的情况时，公式（1中d5Q=0.04mm，d85=0.05mm;该泥栗叶轮结构的叶片数为6。[0028]当该泥栗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d5Q=0.15mm，d85=0.17mm;该泥栗叶轮结构的叶片数为4〇[0029]当该泥栗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⑴中d5Q=0·5mm，d85=1·Imm;该泥栗叶轮结构的叶片数为3。[0030]当该泥栗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°。[0031]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:一台泥栗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，在保证泥栗不堵塞的条件下，使泥栗始终在高效运行。附图说明[0032]图1为六叶片叶轮的平面结构图。[0033]图2为四叶片叶轮的平面结构图。[0034]图3为三叶片叶轮的平面结构图。[0035]图4为叶轮的三维结构图。[0036]附图标记说明[0037]I-叶轮，2_叶片，3_前盖板，4_后盖板，5_流道，D-通径，Θ-叶片包角，β-叶片出口角。具体实施方式[0038]下面将结合具体实施例及其附图对本发明提供的适用于不同土质的泥栗叶轮结构及其设计方法的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更加清楚。[0039]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。[0040]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。[0041]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。[0042]本发明提供一种适用于不同土质的泥栗叶轮结构及其设计方法。[0043]对于本发明提供的适用于不同土质的泥栗叶轮结构的设计方法，采用的技术方案是:根据清水栗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栗叶轮的叶片数计算公式1，并根据公式1来确定泥栗叶轮的叶片数Ζ:[0045]式中：[0046]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，I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⑴。[0047]R2为叶轮外圆半径，单位为mm;[0048]办为叶轮进口半径，单位为m;[0049]Θ为叶片包角，单位为°;[0050]d5〇为疏浚土质颗粒中值粒径，单位为mm;[0051]d85为疏浚土质颗粒占总量的85%时的粒径，单位为mm。[0052]进一步，根据上述公式（1，本发明还提供了适用于不同土质的泥栗叶轮结构。该泥栗叶轮结构包括叶片2和前后盖板3、4,前盖板3位于叶片2的顶部，后盖板4位于叶片2的底部，叶片2和前后盖板3、4形成数个流道5,疏浚土在通过这些流道5后获得需要的总压。[0053]参照图1，当疏浚土以粉土和淤泥为主时，该疏浚土没有堵塞的风险，所以叶片包角Θ应取值较大，以便提高叶轮1的水力效率，叶片包角Θ取值范围为110〜130°;以黄骅粉土为例，150=0.04謹，d85=0.05謹，叶轮进口直径为900謹，出口直径为2500謹，出口宽度为430mm;通过公式⑴计算得出，叶片2数量为6,此时叶轮的通径D较小，疏浚物在叶轮内的跟随性较强，泥栗输送效率较高，同时疏浚管路内的磨阻较小，泥栗扬程需求较低，叶片出口角β应取较小值，此时叶片出口角β取值范围为18〜30°。[0054]参照图2，当疏浚土以粉细砂为主，含有少量中粗砂时，疏浚土中没有块石，以长江口细砂为例，d5Q=0·15謹，d85=0.17謹，叶轮进口直径为900謹，出口直径为2500謹，出口宽度为430_;通过公式（1计算得出，叶片2数量为4,此时叶轮的通径D增加，疏浚物在叶轮内的跟随性降低，叶片包角Θ应当适当增加以提高泥栗效率，叶片包角Θ取值范围为120〜150°，同时疏浚管路内的磨阻增加，泥栗扬程需求提高，此时叶片出口角β取值范围为20〜35。。[0055]参照图3，当疏浚土以中粗砂主，含有少量块石等大粒径颗粒时，以厦门中粗砂为例，d5Q=0·5謹，d85=1·1謹，叶轮进口直径为90Ctam，出口直径为250Ctam，出口宽度为43Ctam;通过公式（1计算得出，叶片2数量为3,叶轮的通径D进一步增加，为了保证叶轮1的通过性能因此叶片包角Θ不适宜再增加，叶片包角Θ取值范围为100〜120°，此时疏浚管路内的磨阻增加，泥栗扬程需求提高，此时叶片出口角β取值范围为30〜40°。[0056]当疏浚土含有大量块石、砾石等大粒径颗粒时，为了进一步提高叶轮1的通过性能，增大通径D，叶片包角Θ需要减小，叶片包角Θ取值范围为90〜100°，此时疏浚管路内的磨阻增加，泥栗扬程需求提高，此时叶片出口角β取值范围为40〜50°。[0057]参照图4，叶轮1的结构，包括叶片2、前盖板3和后盖板4，前盖板3位于叶片2的顶部，后盖板4位于叶片2的底部，叶片2、前盖板3和后盖板4形成数个流道5,疏浚土在通过这些流道5后获得需要的总压。[0058]在本发明中，叶片出口角β的大小是根据疏浚土的粒径来决定的，粒径越小的土质，阻力越小，那么需要的扬程就越小，那么就减小叶片出口角β;叶片出口角β越大，扬程越高；因为粒径越小，叶片数量也增加，叶片数越多，扬程越高，所以叶片出口角β就较小。[0059]上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。

权利要求：1.一种适用于不同土质的泥栗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，其特征在于：采用的技术方案为，根据清水栗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，设计出了泥栗叶轮的叶片数计算公式（1，并根据公式（1来确定泥栗叶轮的叶片数Z，式中，R2为叶轮外圆半径，单位为mm;Ri为叶轮进口半径，单位为m;9为叶片包角，单位为°;d5〇为疏浚土质颗粒中值粒径，单位为mm;ds5为疏浚土质颗粒占总量的85%时的粒径，单位为mm。2.—种适用于不同土质的泥栗叶轮结构，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，其特征在于:该泥栗叶轮结构适用于疏浚土以粉土和淤泥为主的情况，其中，叶轮进口直径为900mm，叶轮出口直径为2500mm，叶轮出口宽度为430mm;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°;根据公式⑴计算该泥栗叶轮结构的叶片数Ζ，式中，R2为叶轮外圆半径，单位为mm;Ri为叶轮进口半径，单位为m;9为叶片包角，单位为°;d5〇为疏浚土质颗粒中值粒径，单位为mm;ds5为疏浚土质颗粒占总量的85%时的粒径，单位为mm。3.根据权利要求2所述的适用于不同土质的泥栗叶轮结构，其特征在于:适用于疏浚土为黄弊粉土的情况，所述公式⑴中d5Q=0.04mm，d85=0.05mm;该泥栗叶轮结构的叶片数为6。4.一种适用于不同土质的泥栗叶轮结构，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，其特征在于:该泥栗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，其中，叶轮进口直径为900mm，叶轮出口直径为2500mm，叶轮出口宽度为430mm;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°;根据公式⑴计算该泥栗叶轮结构的叶片数Ζ，式中，R2为叶轮外圆半径，单位为mm;Ri为叶轮进口半径，单位为m;9为叶片包角，单位为°;d5〇为疏浚土质颗粒中值粒径，单位为mm;ds5为疏浚土质颗粒占总量的85%时的粒径，单位为mm。5.根据权利要求4所述的适用于不同土质的泥栗叶轮结构，其特征在于:适用于疏浚土为长江口细砂的情况，所述公式（1中d5Q=0.15mm，d85=0.17mm;该泥栗叶轮结构的叶片数为4。6.—种适用于不同土质的泥栗叶轮结构，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，其特征在于:该泥栗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，其中，叶轮进口直径为900mm，叶轮出口直径为2500mm，叶轮出口宽度为430mm;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°;根据公式⑴计算该泥栗叶轮结构的叶片数Ζ，式中，R2为叶轮外圆半径，单位为mm;Ri为叶轮进口半径，单位为m;9为叶片包角，单位为°;d5〇为疏浚土质颗粒中值粒径，单位为mm;ds5为疏浚土质颗粒占总量的85%时的粒径，单位为mm。7.根据权利要求6所述的适用于不同土质的泥栗叶轮结构，其特征在于:适用于疏浚土为厦门中粗砂的情况，所述公式⑴中d5〇=0.5mm，d85=l.Imm;该泥栗叶轮结构的叶片数为3。8.—种适用于不同土质的泥栗叶轮结构，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，其特征在于:该泥栗叶轮结构适用于疏浚土以大粒径颗粒为主的情况，其中，叶轮进口直径为900mm，叶轮出口直径为2500mm，叶轮出口宽度为430mm;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°;根据公式⑴计算该泥栗叶轮结构的叶片数Ζ，式中，R2为叶轮外圆半径，单位为mm;Ri为叶轮进口半径，单位为m;9为叶片包角，单位为°;d5〇为疏浚土质颗粒中值粒径，单位为mm;ds5为疏浚土质颗粒占总量的85%时的粒径，单位为mm。

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