一种高抗汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法技术

本发明专利技术提供了一种高抗汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法，其根据离心泵在设计工况所对应的流量Q、扬程H和转速n的设计要求，设定叶片数Z＝2，叶片出口安放角β2＝2～10°，利用关系式来确定叶轮几何参数，主要包括：叶片进口安放角β1，叶轮进口直径Dj，叶轮出口直径D2，叶片包角θ，叶片出口宽度b2等。采用本发明专利技术提供的设计方法得到的离心泵具备真正理想的无过载特性、高抗汽蚀，配套功率低，运行稳定，振动噪音远低于国际标准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种离心泵的设计方法，尤其涉及一种高抗汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法。
技术介绍
能源对于人类生活水平的提高和国民经济的发展具有重要的意义，它已成为一个国家发展的重要物质基础。随着我国经济的快速发展和全球能源的日益减少，如何节约能源已成为人们越来越关注的问题。目前国内对于泵类产品的需求量很大，每年发电量的20％～25％都会消耗在泵类产品上。离心泵是流体机械中重要的泵类产品，其具有性能适应性高、体积小、结构简单、寿命长、操作方便可靠和维护费用低的优点。而目前，无过载离心泵的设计技术还不够成熟，主要还存在以下几个问题：1、无过载特性不理想，主要表现在最大轴功率远大于额定点轴功率，最大轴功率拐点远离设计流量点，导致配套功率(配套电机或柴油机)大，造成浪费和装机成本高；2、汽蚀性能差，是指在汽蚀状况下出现的无过载，这种状况下运行不稳定，振动、噪音大，降低了叶轮使用寿命和影响了工作环境。因此，对离心泵的抗汽蚀无过载设计相当有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述技术问题，提供一种高抗汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法。一种高抗汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法，其根据离心泵在设计工况所对应的流量Q、扬程H和转速n的设计要求，来进行叶轮几何参数的设计，所述叶轮几何参数满足以下关系式：Z＝2；β2＝2～10°；ns*θ＝15000～20000；式中：Z—叶片数；β2—叶片出口安放角，°；Q—设计工况的流量，m3/s；H—设计工况的扬程，m；n—转速，r/min；ns—比转速；Dj—叶轮进口直径，m；D2—叶轮出口直径，m；k0—叶轮进口修正系数，k0＝3.5～5.5；dh—叶轮轮毂直径，m；b2—叶片出口宽度，m；kb2—修正参数，kb2＝1.5～2.3；θ—叶片包角，度，θ＝220～660°，高比转速取小值，低比转速取大值。优选的，所述叶轮几何参数还满足以下关系式：β1＝β1′+(0～5)；式中：β1—叶片进口安放角，°；β1′—液流角，°；u1—点液体的圆周速度，m/s；vu1—点液体的圆周分速度，m/s；vm1—点液体的轴面速度，m/s。优选的，所述叶轮采用闭式叶轮结构，其包括前盖板、叶片和后盖板，所述叶片位于所述前盖板和所述后盖板之间。优选的，所述高抗汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法还包括：根据所述叶轮几何参数利用对数螺旋线得到所述前盖板和所述后盖板的径向图；结合所述叶轮几何参数及所述前盖板和所述后盖板的径向图，利用三维制图软件绘制所述叶轮的三维造型。优选的，所述叶轮采用半开式或开式叶轮结构，其包括叶片和后盖板。优选的，所述高抗汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法还包括：根据所述叶轮几何参数利用对数螺旋线得到所述后盖板的径向图；结合所述叶轮几何参数及所述后盖板的径向图，利用三维制图软件绘制所述叶轮的三维造型。相较于现有技术，采用本专利技术提供的设计方法得到的离心泵具备真正理想的无过载特性、高抗汽蚀，配套功率低，运行稳定，振动噪音远低于国际标准。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1为本专利技术一较佳实施例的叶轮轴面剖视图；图2为图1所示叶轮叶片图；图3为图1所示叶轮的工况曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1和图2，为本专利技术一种高抗汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法设计得到的叶轮结构，所述叶轮采用闭式叶轮结构，其包括前盖板1、叶片2和后盖板3，所述叶片2位于所述前盖板1和所述后盖板3之间。所述高抗汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法根据离心泵在设计工况所对应的流量Q、扬程H和转速n的设计要求，来进行叶轮几何参数的设计，具体包括如下步骤：步骤S1，根据给定的设计参数，计算比转速ns，计算公式为：步骤S2，根据传统离心泵设计方法确定叶轮进口直径Dj、叶片进口安放角β1前盖板、β1后盖板及叶片出口宽度b2，计算公式为：β1＝β1′+(0～5)；式中：k0—叶轮进口修正系数，k0＝3.5～5.5；dh—叶轮轮毂直径，m；β1—叶片进口安放角，°；β1′—液流角，°；u1—点液体的圆周速度，m/s；vu1—点液体的圆周分速度，m/s；vm1—点液体的轴面速度，m/sb2—叶片出口宽度，m；kb2—修正参数，kb2＝1.5～2.3；在此步骤中，需要根据公式β1＝β1′+(0～5)分别计算前盖板叶片进口安放角β1前盖板和后盖板叶片进口安放角β1后盖板。步骤S3，设定叶片数Z＝2、叶片出口安放角β2＝2～10°，确定叶片包角θ及叶轮出口直径D2，计算公式分别为：ns*θ＝15000～20000，θ的取值范围为220～660°，高比转速取小值，低比转速取大值；步骤S4，根据步骤S1-S3得到的叶轮几何参数，利用对数螺旋线得到所述前盖板和所述后盖板的径向图；步骤S5，结合所述叶轮几何参数及所述前盖板和所述后盖板的径向图，利用三维制图软件绘制所述叶轮的三维造型。采用本专利技术提供的设计方法得到的离心泵具备真正理想的无过载特性、高抗汽蚀，配套功率低，运行稳定，振动噪音远低于国际标准。图3为本专利技术的设计方法得到的离心泵叶轮的工况曲线图，图3中离心泵叶轮几何参数如下：Z＝2，ns＝44.6r/min，β1前盖板＝1°，β1后盖板＝17.34°，β2＝6°，Dj＝157.8m，D2＝388m，θ＝450°，b2＝11.57m。从图3的工况曲线图可以看到，其Q-P(流量-轴功率)曲线有极大值，具有典型的无过载离心泵特征，且最大轴功率在设计流量Q的1.5倍附近，从而实现离心泵全扬程全流量理想的无过载稳定可靠地运行，同时Q-H(流量-扬程)曲线为单调递减曲线，具有无驼峰特征，具有高抗汽蚀。当然，通过本专利技术的设计方法得到的离心泵叶轮也可以采用半开式或开式叶轮结构，即叶轮没有前盖板，只要设定叶片数Z＝2，叶片出口安放角β2＝2～10°，则其它叶轮几何参数均满足上述所述的计算公式，其设计步骤及原理也相同，不再赘述。以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高抗汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法，其根据离心泵在设计工况所对应的流量Q、扬程H和转速n的设计要求，来进行叶轮几何参数的设计，其特征在于，所述叶轮几何参数满足以下关系式： Z＝2； β2＝2～10°；ns=3.65*n*QH0.75;]]>Dj=(k0Qn3)2+dh2;]]>D2=212gHn;]]>b2=0.64kb2(ns100)5/6Qn3;]]>ns*θ＝15000～20000；式中：Z—叶片数；β2—叶片出口安放角，°；Q—设计工况的流量，m3/s；H—设计工况的扬程，m；n—转速，r/min；ns—比转速；Dj—叶轮进口直径，m；D2—叶轮出口直径，m；k0—叶轮进口修正系数，k0＝3.5～5.5；dh—叶轮轮毂直径，m；b2—叶片出口宽度，m；kb2—修正参数，kb2＝1.5～2.3；θ—叶片包角，度，θ＝220～660°，高比转速取小值，低比转速取大值。

【技术特征摘要】
1.一种高抗汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法，其根据离心泵在设计工况所对应的流量Q、扬程H和转速n的设计要求，来进行叶轮几何参数的设计，其特征在于，所述叶轮几何参数满足以下关系式：Z＝2；β2＝2～10°；ns=3.65*n*QH0.75;]]>Dj=(k0Qn3)2+dh2;]]>D2=212gHn;]]>b2=0.64kb2(ns100)5/6Qn3;]]>ns*θ＝15000～20000；式中：Z—叶片数；β2—叶片出口安放角，°；Q—设计工况的流量，m3/s；H—设计工况的扬程，m；n—转速，r/min；ns—比转速；Dj—叶轮进口直径，m；D2—叶轮出口直径，m；k0—叶轮进口修正系数，k0＝3.5～5.5；dh—叶轮轮毂直径，m；b2—叶片出口宽度，m；kb2—修正参数，kb2＝1.5～2.3；θ—叶片包角，度，θ＝220～660°，高比转速取小值，低比转速取大值。2.根据权利要求1所述的高抗汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法，其特征在于，所述叶轮几何参数还满足以下关系式：β1＝β′1+(0～5)；tanβ1′=νm1u1-νu1...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏仲林，
申请(专利权)人：长沙山水节能研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43