本发明涉及一种离心泵技术领域的离心泵叶轮，具体涉及一种平衡孔状态可调的离心泵叶轮。
背景技术：
离心泵叶轮是把原动机的能量传递给泵内液体，使泵内液体增加速度和压力，促使泵内液体排出去，进口管路中的液体被吸进来，是离心泵中最重要的部分之一。随着国民经济的快速发展，离心泵被应用于各个领域。《气-液两相条件下叶轮开孔对高速离心泵的影响》一文中基于计算流体力学(cfd)对q5h26型高速离心泵进行数值模拟分析，研究气-液两相条件下叶轮开孔泵在不同入口含气率对其效率和扬程的变化规律。结果表明:入口含气率在10％以下时，开孔后泵的扬程和效率均低于初始泵；入口含气率达到10％时，开孔前后扬程和效率基本持平；入口含气率超过10％，开孔后的泵的外特性性能超过初始泵。
故为了使离心泵在最优状态下运行，需要根据含气量不同而选择叶轮是否开孔。
技术实现要素：
为了解决背景技术中存在的问题和需求，本发明提供了一种平衡孔状态可调的离心泵叶轮。
本发明包括叶片组件、后板、轮毂和平衡孔调节组件；叶片组件固定焊接在后板的一端面上，后板的另一端面上安装有平衡孔调节组件，后板中心开设有轴孔，轮毂固定安装在轴孔中，沿轴孔圆周方向的后板上开设有多个间隔布置的后板平衡孔，平衡孔调节组件对多个后板平衡孔的状态进行控制，实现平衡孔状态可调。
所述平衡孔调节组件包括上限位块、侧限位块、下限位块、移动圆盘、弹簧安装柱、压缩弹簧、限位柱和限位管；移动圆盘中心开有圆盘通孔，沿圆盘通孔圆周方向的移动圆盘上开设多个间隔布置的圆盘平衡孔，移动圆盘与后板同轴安装使得轮毂穿过圆盘通孔且各个后板平衡孔与各个圆盘平衡孔相对应重合；
安装平衡孔调节组件的后板端面上设置有凸起圆周缘，限位管的一端固定连接在凸起圆周缘的顶部，限位柱的下端与移动圆盘上端的圆周侧面活动连接，限位柱的上端活动插装到限位管中，上限位块固定安装在限位管和移动圆盘之间的后板端面上，上限位块与限位柱活动配合形成限位开关；
移动圆盘下端的圆周侧与弹簧安装柱的上端固定连接，移动圆盘下方的后板端面上固定安装有下限位块，下限位块中开设有下限位通孔，弹簧安装柱的下端穿过下限位通孔并与下限位块活动连接，移动圆盘与下限位块之间的弹簧安装柱外同轴套装有压缩弹簧；
移动圆盘端面的两侧各开有一个条形凹槽，每个条形凹槽处均设有一个用于对移动圆盘滑动导向的侧限位块，每个侧限位块的下端直接固定安装在后板上，每个侧限位块与各自的条形凹槽相连的端面上均开有一个侧限位凹槽，每个侧限位块上端均通过自个侧限位凹槽与条形凹槽配合，使得移动圆盘沿两侧的侧限位凹槽上下滑动。
所述上限位块与限位柱配合形成限位开关具体为：
上限位块中开设有上限位通孔并同轴活动安装限位柱，上限位块的下端面为台阶状端面，台阶状端面的两个台阶分为第一端面和第二端面，第一端面和第二端面在上限位通孔的两侧，第一端面和第二端面均开设有方向相同的圆弧形凹槽，限位柱中部的圆周侧上设置有两个中心轴线处于同一平面且夹角呈90度的凸起柱，一个凸起柱安装在一个圆弧形凹槽中，另一个凸起柱和另一个圆弧形凹槽空置。
叶片组件包括多个弧状的叶片，多个弧状的叶片沿圆周等间隔均布地焊接在后板的端面上。
所述侧限位块的侧限位凹槽深度比移动圆盘凹面处厚度大0.2mm至0.5mm。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所述的一种平衡孔状态可调的离心泵叶轮，因平衡孔本身具有较强的平衡轴向力性能，可以有效地改善泵的性能。
2、本发明所述的一种平衡孔状态可调的离心泵叶轮，可根据不同的工况选择是否打开平衡孔，从而使离心泵找到最优的工况点，使泵在较大的工况范围内保持高效率。
3、本发明所述的一种平衡孔状态可调的离心泵叶轮，平衡孔只在一定的范围内调节，不会发生碰撞，操作简单，易于实现，可在保证不碰撞的情况下，实现平衡孔的调节。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明的叶片组件结构示意图；
图2为本发明的平衡孔调节组件结构示意图；
图3为本发明中上限位块和限位柱的立体结构示意图；
图4为图1中平衡孔打开时的剖视图；
图5为图1中平衡孔关闭时的剖视图；
图6为图1中一种平衡孔状态可调的离心泵叶轮的后板的结构示意图；
图7为图3中平衡孔打开时限位柱位置的剖视图；
图8为图4中平衡孔关闭时限位柱位置的剖视图；
图9为叶轮开孔泵与叶轮无平衡孔泵的外特性性能对比；
图中：1-叶片组件、101-叶片、102-上限位块、103-侧限位块、104-下限位块、2-移动圆盘、201-弹簧安装柱、3-压缩弹簧、4-限位柱、5-后板、501-限位管、502-轮毂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
如图1、5和6所示，本发明包括叶片组件1、后板5、轮毂502和平衡孔调节组件；叶片组件1固定焊接在后板5的一端面上，后板5的另一端面上安装有平衡孔调节组件，后板5中心开设有轴孔，轮毂502固定安装在轴孔中，沿轴孔圆周方向的后板5上开设有多个间隔布置的后板平衡孔，平衡孔调节组件对多个后板平衡孔的状态进行控制，实现平衡孔状态可调。
叶片组件1包括多个弧状的叶片101，多个弧状的叶片101沿圆周等间隔均布地焊接在后板5的端面上。
如图2和4所示，平衡孔调节组件包括上限位块102、侧限位块103、下限位块104、移动圆盘2、弹簧安装柱201、压缩弹簧3、限位柱4和限位管501；移动圆盘2中心开有圆盘通孔，沿圆盘通孔圆周方向的移动圆盘2上开设多个间隔布置的圆盘平衡孔，移动圆盘2与后板5同轴安装使得轮毂502穿过圆盘通孔且各个后板平衡孔与各个圆盘平衡孔相对应重合；
安装平衡孔调节组件的后板5端面上设置有凸起圆周缘，限位管501的一端固定连接在凸起圆周缘的顶部，限位柱4的下端与移动圆盘2上端的圆周侧面活动连接，移动圆盘2上端的圆周侧开有定位孔，限位柱4直径与定位孔直径小于0.5mm，限位柱4的下端伸入定位孔与移动圆盘2活动连接；限位柱4的上端活动插装到限位管501中，上限位块102固定安装在限位管501和移动圆盘2之间的后板5端面上，上限位块102与限位柱4活动配合形成限位开关；
如图3所示，上限位块102与限位柱4配合形成限位开关具体为：
上限位块102中开设有上限位通孔并同轴活动安装限位柱4，上限位块102的下端面为台阶状端面，台阶状端面包括第一端面和第二端面，第一端面和第二端面在上限位通孔的两侧，第一端面和第二端面均开设有方向相同的圆弧形凹槽，限位柱4中部的圆周侧上设置有两个中心轴线处于同一平面且夹角呈90度的凸起柱，一个凸起柱安装在一个圆弧形凹槽中，另一个凸起柱和另一个圆弧形凹槽空置。
移动圆盘2下端的圆周侧与弹簧安装柱201的上端固定连接，移动圆盘2下方的后板5端面上固定安装有下限位块104，下限位块104中开设有下限位通孔，弹簧安装柱201的下端穿过下限位通孔并与下限位块104活动连接，移动圆盘2与下限位块104之间的弹簧安装柱201外同轴套装有压缩弹簧3，下限位块104直径比弹簧安装柱201直径大0.5mm，以确保弹簧安装柱201与下限位块104紧密贴合和顺利滑动。移动圆盘2的圆心始终在限位管501、限位柱4和弹簧安装柱201的连线上；
移动圆盘2端面的两侧各开有一个条形凹槽，每个条形凹槽处均设有一个用于对移动圆盘2滑动导向的侧限位块103，每个侧限位块103的下端直接固定安装在后板5上，每个侧限位块103与各自的条形凹槽相连的端面上均开有一个侧限位凹槽，使得每个侧限位块103与各自条形凹槽相连的端面上形成台阶，每个侧限位块103上端均通过自个侧限位凹槽与条形凹槽配合，使得移动圆盘2沿两侧的侧限位凹槽上下滑动，两个侧限位块103对移动圆盘2的两侧进行导向限位；
如图5、7和8所示，调节限位开关，移动圆盘2进行上下移动，进而改变后板5的平衡孔与圆盘平衡孔的相对位置，从而实现离心泵叶轮平衡孔的打开和关闭。
侧限位块103的侧限位凹槽深度比移动圆盘2凹面处厚度大0.2mm至0.5mm，以确保移动圆盘2的条形凹槽在各自侧限位块103的侧限位凹槽内顺利滑动。
上限位块102、两个侧限位块103、下限位块104焊接在后板5的端面，焊接后再进行机器加工后板5，从而确保精度。限位管501、轮毂502焊接在后板5上，焊接后再进行机器加工后板5，从而确保精度。限位管501直径大于限位柱4直径0.5mm，限位管501套入限位柱4并与叶片组件1焊接。离心泵叶轮的装配遵循对称布置原则，通过sw软件获取离心泵叶轮的质心，使得在平衡孔打开与关闭两种状态下，离心泵叶轮的质心尽量位于离心泵叶轮中心。移动圆盘2的位移量为10mm，质心的位移量为10mm，即平衡孔的直径为10mm。
工作原理：
当需要离心泵叶轮不开孔时，可用平口螺丝刀抵住上限位块102第一端面的圆弧形凹槽中的限位柱4凸起柱，按下后将限位柱4抬起并顺时针旋转90度，即可将限位柱4的另一个凸起柱安装在第二端面的圆弧形凹槽中。
相反的，当需要叶轮开孔时，可用平口螺丝刀抵住上限位块102第二端面的圆弧形凹槽中的限位柱4凸起柱，按下后将限位柱4抬起并逆时针旋转90度，即可将限位柱4的另一个凸起柱安装在第一端面的圆弧形凹槽中。
图9、表1和表2显示，当进气口含气率升高时，原始泵和叶轮开孔泵效率均逐渐降低。当含气率小于10％时，相同含气率条件下原始泵的效率高于叶轮开孔泵的效率；当含气率等于10％时，原始泵与叶轮开孔泵的效率相当；当含气率大于10％时，叶轮开孔泵的效率远大于原始泵的效率。本发明旨在解决不同含气率工况时打开或者关闭孔，使得离心泵效率处于最优状态。
表1为不同入口含气率下原始泵的外特征
表2为不同入口含气率下叶轮开孔泵的外特征
本发明具有结构简单、安装方便、安全可靠等优点。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种平衡孔状态可调的离心泵叶轮，其特征在于：包括叶片组件(1)、后板(5)、轮毂(502)和平衡孔调节组件；叶片组件(1)固定焊接在后板(5)的一端面上，后板(5)的另一端面上安装有平衡孔调节组件，后板(5)中心开设有轴孔，轮毂(502)固定安装在轴孔中，沿轴孔圆周方向的后板(5)上开设有多个间隔布置的后板平衡孔，平衡孔调节组件对多个后板平衡孔的状态进行控制，实现平衡孔状态可调。
2.根据权利要求1所述的一种平衡孔状态可调的离心泵叶轮，其特征在于：所述平衡孔调节组件包括上限位块(102)、侧限位块(103)、下限位块(104)、移动圆盘(2)、弹簧安装柱(201)、压缩弹簧(3)、限位柱(4)和限位管(501)；移动圆盘(2)中心开有圆盘通孔，沿圆盘通孔圆周方向的移动圆盘(2)上开设多个间隔布置的圆盘平衡孔，移动圆盘(2)与后板(5)同轴安装使得轮毂(502)穿过圆盘通孔且各个后板平衡孔与各个圆盘平衡孔相对应重合；
安装平衡孔调节组件的后板(5)端面上设置有凸起圆周缘，限位管(501)的一端固定连接在凸起圆周缘的顶部，限位柱(4)的下端与移动圆盘(2)上端的圆周侧面活动连接，限位柱(4)的上端活动插装到限位管(501)中，上限位块(102)固定安装在限位管(501)和移动圆盘(2)之间的后板(5)端面上，上限位块(102)与限位柱(4)活动配合形成限位开关；
移动圆盘(2)下端的圆周侧与弹簧安装柱(201)的上端固定连接，移动圆盘(2)下方的后板(5)端面上固定安装有下限位块(104)，下限位块(104)中开设有下限位通孔，弹簧安装柱(201)的下端穿过下限位通孔并与下限位块(104)活动连接，移动圆盘(2)与下限位块(104)之间的弹簧安装柱(201)外同轴套装有压缩弹簧(3)；
移动圆盘(2)端面的两侧各开有一个条形凹槽，每个条形凹槽处均设有一个用于对移动圆盘(2)滑动导向的侧限位块(103)，每个侧限位块(103)的下端直接固定安装在后板(5)上，每个侧限位块(103)与各自的条形凹槽相连的端面上均开有一个侧限位凹槽，每个侧限位块(103)上端均通过自个侧限位凹槽与条形凹槽配合，使得移动圆盘(2)沿两侧的侧限位凹槽上下滑动。
3.根据权利要求2所述的一种平衡孔状态可调的离心泵叶轮，其特征在于：所述上限位块(102)与限位柱(4)配合形成限位开关具体为：
上限位块(102)中开设有上限位通孔并同轴活动安装限位柱(4)，上限位块(102)的下端面为台阶状端面，台阶状端面的两个台阶分为第一端面和第二端面，第一端面和第二端面在上限位通孔的两侧，第一端面和第二端面均开设有方向相同的圆弧形凹槽，限位柱(4)中部的圆周侧上设置有两个中心轴线处于同一平面且夹角呈90度的凸起柱，一个凸起柱安装在一个圆弧形凹槽中，另一个凸起柱和另一个圆弧形凹槽空置。
4.根据权利要求1所述的一种平衡孔状态可调的离心泵叶轮，其特征在于：叶片组件(1)包括多个弧状的叶片(101)，多个弧状的叶片(101)沿圆周等间隔均布地焊接在后板(5)的端面上。
5.根据权利要求2所述的一种平衡孔状态可调的离心泵叶轮，其特征在于：所述侧限位块(103)的侧限位凹槽深度比移动圆盘(2)凹面处厚度大0.2mm至0.5mm。
技术总结
本发明公开了一种平衡孔状态可调的离心泵叶轮。本发明包括叶片组件、后板、轮毂和平衡孔调节组件；叶片组件固定焊接在后板的一端面上，后板的另一端面上安装有平衡孔调节组件，后板中心开设有轴孔，轮毂固定安装在轴孔中，沿轴孔圆周方向的后板上开设有多个间隔布置的后板平衡孔，平衡孔调节组件对多个后板平衡孔的状态进行控制，实现平衡孔状态可调。本发明可以有效地改善泵的性能；可根据不同的工况选择是否打开平衡孔，从而使离心泵找到最优的工况点，使泵在较大的工况范围内保持高效率；平衡孔只在一定的范围内调节，不会发生碰撞，操作简单，易于实现，可在保证不碰撞的情况下，实现平衡孔的调节。
技术研发人员：崔宝玲;刘金鑫;李超凡;安寅初;杨倩倩
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2021.01.20
技术公布日：2021.05.07
声明：
“平衡孔状态可调的离心泵叶轮” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：浙江理工大学
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2024年11月27日 ~ 29日 
