一种测量泵腔尺寸对离心泵外特性及轴向力影响的方法技术

本发明专利技术提供了一种测量泵腔尺寸对离心泵外特性及轴向力影响的方法，首先计算前、后泵腔轴向距离以及平衡孔直径的设计范围，然后在设计范围内均匀取值，再加工前泵腔垫片、后泵腔垫片和改变平衡孔直径的圆环。垫片上开测压孔，并与泵体和泵盖上的测压孔对应，从而通过这些测压孔测量泵腔内的压力分布并计算轴向力。在泵腔内添加或减少垫片，来改变泵腔的轴向间隙；在叶轮上更换圆环，来改变平衡孔直径。本发明专利技术在不对离心泵进行重新设计的前提下，通过添加或减少零件，实现多方案试验，达到在最小试验成本基础上，得到泵腔轴向距离和平衡孔直径对离心泵外特性及轴向力影响的目的。

A method for measuring the influence of pump chamber size on the external and axial forces of centrifugal pumps

The present invention provides a method for characteristics of centrifugal pump and axial force of a measuring pump cavity size effects, first calculate the design range before and after the pump chamber axial distance and balance hole diameter, then in the range of design uniform values, then processing before the pump chamber after the pump chamber gasket, gasket and change the balance of hole diameter ring. A pressure measuring hole is arranged on the gasket and is corresponding to the pressure measuring hole on the pump body and the pump cover, thereby measuring the pressure distribution in the pump cavity and calculating the axial force through the pressure measuring holes. Add or reduce shims in the pump chamber to change the axial clearance of the pump chamber. Replace the ring on the impeller to change the diameter of the balance hole. The invention of new design in the premise of not centrifugal pump, by adding or reducing parts, multiple implementation test, at the minimum test costs based on the characteristics of the pump cavity and the axial distance of balance hole diameter on the centrifugal pump and the effect of the axial force.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于离心泵试验研究领域，具体涉及一种测量泵腔尺寸对离心泵外特性及轴向力影响的方法。
技术介绍
离心泵是一种重要的流体输送装备，广泛应用于农业灌溉、石油化工等行业。效率是离心泵关键性能之一，泵效率由水力效率、机械效率和容积效率三部分组成，圆盘摩擦损失是机械效率的重要组成部分，而圆盘摩擦损失与容积效率都和泵腔中的流动密切相关。另外，泵腔中的流动与扬程、轴功率也有着密切的联系。根据相关文献，轴向间隙大小存在一个最优值，使得叶轮盖板的摩擦力矩最小。但在实际工程应用中，由于运行工况和泵腔结构的差异，最优的轴向间隙也是变化的，难以通过设计手册和相关研究文献来确定轴向间隙大小。此外，泵腔中的流动直接影响叶轮所受到的轴向力，离心泵产生轴向力的主要原因是叶轮前后盖板不对称，后盖板的压力大，通常采用平衡孔和密封环结合的方法减小后泵腔中的压力分布，而平衡孔的设计并没有明确的理论指导。为了准确的计算轴向力，可通过测试泵腔中的压力分布，并进行相关积分计算。在泵的设计过程中，对泵腔的轴向尺寸的设计多依赖于经验，主要考虑转子的轴向窜动和蜗壳进口宽度等；平衡孔设计也是半经验半理论，缺乏准确性。为了保证泵的性能和准确计算轴向力，通过多方案试验来确定泵腔的轴向距离和平衡孔直径是最准确的设计方法，但需要花费最多的试验成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题提供一种测量泵腔尺寸对离心泵外特性及轴向力影响的方法，在不对泵进行重新设计的前提下，通过添加或减少零件，实现多方案试验，达到在最小试验成本基础上，得到泵腔轴向距离和平衡孔直径对离心泵外特性及轴向力影响的目的，且保证离心泵外特性的基础上减小轴向力，提高设计精度。本专利技术的技术方案是：一种测量泵腔尺寸对离心泵外特性及轴向力影响的方法，包括以下步骤：S1、根据下面公式计算离心泵前泵腔和后泵腔的轴向距离取值范围：前泵腔轴向最小尺寸L1＝l1+0.5L3+c1，后泵腔轴向最小尺寸L2＝l2+0.5L3+c2，前泵腔轴向最大尺寸L4＝[0.8，2]L3，L4>L1，后泵腔轴向最大尺寸L5＝[0.8，2]L3，L5>L2，L3＝max{b3，B2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量泵腔尺寸对离心泵外特性及轴向力影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据下面公式计算离心泵前泵腔(5)和后泵腔(6)的轴向距离取值范围：前泵腔(5)轴向最小尺寸L1＝l1+0.5L3+c1，后泵腔(6)轴向最小尺寸L2＝l2+0.5L3+c2，前泵腔(5)轴向最大尺寸L4＝[0.8，2]L3，L4>L1，后泵腔(6)轴向最大尺寸L5＝[0.8，2]L3，L5>L2，L3＝max{b3，B2}，其中，l1为叶轮(4)在前泵腔(5)的最大窜动量，l2为叶轮(4)在后泵腔(6)的最大窜动量，b3为蜗壳进口宽度，B2为叶轮出口总宽度，c1的取值范围是0～5mm，c2的取值范围是0～5mm，计算出前泵腔(5)轴向尺寸的取值范围为[L1，L4]，后泵腔(6)轴向尺寸的取值范围为[L2，L5]，并进行均匀取样，前泵腔(5)方案个数为N1，后泵腔(6)方案个数为N2；S2、确定离心泵叶轮后密封环(8)到泵盖(3)的距离L6的取值范围是[1，20]mm，且L6>l2，泵盖密封环(7)到叶轮(4)的距离L7的取值范围是[1，20]mm，且L7>l2；S3、设计离心泵平衡孔(9)的直径，根据下面公式计算离心泵平衡孔(9)的直径：D=4Azπ,]]>其中，平衡孔(9)的总面积A＝c3·2πRmb1，系数c3的取值范围是[0，10]，Rm是后泵腔密封环半径，b1是后泵腔密封环径向间隙，z是叶片个数，对c3取值，设计N3个不同的平衡孔(9)直径；S4、根据步骤S1中确定的轴向尺寸和步骤S3中的平衡孔(9)直径，加工N1个前泵腔垫片(12)，在前泵腔垫片(12)上开测压孔(11)，测压孔(11)与泵体(1)上的测压孔(10)对应，加工N2个第一后泵腔垫片(16)和第二后泵腔垫片(17)，在第一后泵腔垫片(16)上开第一后泵腔垫片测压孔(14)，在第二后泵腔垫片(17)上开第二后泵腔垫片测压孔(15)，第一后泵腔垫片测压孔(14)和第二后泵腔垫片测压孔(15)与泵盖(3)上的测压孔(13)对应，加工N3个平衡孔(9)，然后通过安装圆环(18)来改变平衡孔(9)大小，对前泵腔垫片(12)、第一后泵腔垫片(16)和第二后泵腔垫片(17)、圆环(18)进行组合试验，总计N1·N2·N3个方案，最后测试泵的外特性和泵腔中的压力分布，并根据下列公式计算轴向力：前泵腔(5)压力p1分布函数：p1=λ1p1R2-ρω28(λ2R2R-λ3R2)---(1)]]>其中，p1为前泵腔(5)半径R处的压力，p1R2为前泵腔(5)半径R2处的平均压力，R1为叶轮(4)进口半径，R2为叶轮(4)外径，ρ为泵工作介质的密度，ω为叶轮角速度，将前泵腔(5)半径R处的测压孔(10)的压力代入式(1)，从而求得前泵腔(5)中的待定系数λ1、λ2、λ3，前泵盖(19)所受压力T1：T1=∫R1R22πRp1dR---(2)]]>后泵腔(6)中的压力p2分布函数：p2=θ1p2R2-ρω28(θ2R2R-θ3R2),R2>R≥Rm---(3)]]>p2R2为后泵腔(6)半径R2处的平均压力，将后泵腔(6)半径R处，R2≥R≥Rm的测压孔(13)的压力代入式(3)，从而求得后泵腔(6)中压力p2的待定系数θ1、θ2、θ3，后泵腔(6)中的压力p2’分布函数：p2′=p3-ρω28(R32-R2),Rh≤R≤Rm---(4)]]>将后泵腔(6)半径R3处测压孔(13)的压力p3代入式(4)，从而求得后泵腔(6)中压力p2’的分布函数，后泵盖(20)所受压力T1：T2=∫RmR22πRp2dR+∫RhRm2πRp2′dR---(5)]]>叶轮(3)所受轴向力T：T＝T2‑T1  (6)。...

【技术特征摘要】
1.一种测量泵腔尺寸对离心泵外特性及轴向力影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据下面公式计算离心泵前泵腔(5)和后泵腔(6)的轴向距离取值范围：前泵腔(5)轴向最小尺寸L1＝l1+0.5L3+c1，后...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁寿其，顾延东，裴吉，袁建平，张金凤，司乔瑞，曹健，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32