一种井用多级潜水泵扬程及流量的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种井用多级潜水泵扬程及流量的计算方法。本发明专利技术对多级潜水泵可以根据级数增减，分析得出对泵装置水力性能的影响程度；通过多级潜水泵的扬程和流量，并分析叶轮的水力计算，得到所需的多级潜水泵效率高的各项几何参数。本发明专利技术适用于多级潜水泵水力性能研究的技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种井用多级潜水泵扬程及流量的计算方法
本专利技术属于水泵水力性能研究的
，具体地说，涉及一种井用多级潜水泵扬程及流量的计算方法。
技术介绍
目前，在对井用潜水泵研究过程中，并没有过多考虑级数的增减对泵装置水力性能的影响程度，也没有对潜水泵特别是多级潜水泵的水力计算进行深入的分析。由于潜水泵扬程和流量主要是依靠试验获得数据，而分析叶轮的水力计算主要目的是找到效率高的几何参数，因此对于多级潜水泵的水力计算就没有引起重视。只能借助于单级离心泵的水力计算结果作为多级潜水泵的参考。目前随着物联网技术的发展，自动控制潜水泵取水量需要扬程理论计算的公式，以便进行精细化管理。
技术实现思路
本专利技术提供一种井用多级潜水泵扬程计算方法，用以解决目前多级潜水泵没有扬程和流量理论计算公式的不足。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种井用多级潜水泵扬程计算方法，包括如下计算公式：式中，在导流片选取一个质点y作为分析受力的对象，y在导流片所处的位置的切线角度分别为α、β，其中，α为水流入口角，β为水流出口角，θ＝90°-β，A＝3β/4+α/2，c＝90°+β/4-α/2，F10为第一级叶轮出口的线速度，i为潜水泵的级数。进一步的，所述F10的计算公式为，F10＝2πrn，r为管道的半径；n为转速。进一步的，第m级的初始速度为，第m级的净扬程为，进一步的，多级潜水泵导流壳的管径为78-81mm，导流片入口角为17.2°-18.3°，导流片的出口角为43.7°-45.9°。进一步的，多级潜水泵导流壳的管径为80mm，导流片入口角为18°，导流片的出口角为45°。本专利技术还公开了一种井用多级潜水泵流量的计算方法，计算公式如下：变形后为，H＝H0+k·Q2，最终得到，其中，H为理论扬程，H0为机井水位到地面的高度与地面到管道出口中心线高度之和，∑hj为吸水段和输水段的局部水头损失，∑hy为沿程水头损失，为出水口的动能，v为出水口的流速。本专利技术由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：弥补了多级潜水泵没有与叶轮级数相关的扬程流量计算公式的空白，依据此方程式可以计算多级潜水泵的理论扬程和理论流量，对比相应扬程下的实测流量，可以分析机泵装置的效率；根据效率的高低可以优化导流壳叶片的入口角和出口角；可以为多级潜水泵自动控制软件开发提供技术支持。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术中导流片上一质点的受力分析图；图2为本专利技术中导流片上质点所处位置切线角度的示意图；图3为本专利技术水流在经过潜水泵各级叶轮时的形态；图4为本专利技术水流在导流片上一质点处的受力分析图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术公开了一种井用多级潜水泵扬程计算方法，如图1-4所示，由于叶轮出水口与导流片进水口上下衔接，所以水流从叶轮流出后，几乎同时被导流片引导进入导流腔。在导流片弯曲面的作用下，水流的能量一部分克服水流与水流、水流与导流片的阻力上升到次级叶轮装置。水流在导流腔体中随着导流腔和导流片螺旋式上升。在导流片选取一个质点y作为分析受力的对象，y在导流片所处的位置的切线角度分别为水流入口角α、水流出口角β。在这个位置的受力是三维的，离心力分解为惯性上升力，导流轮反弹力，还有一个流道内摩擦力。正是在导流腔体内离心力的分解，潜水泵才完成了水流的方向变化，这是与单级离心泵的根本差异点。受力计算为：水流进入导流片后，导流片的弯曲度对水流进行调整，进入导流片的水流是离心力的速度，在导流片分解为反弹力和惯性挤压力。在理论状态下，可以组成速度三角形，如上图中Fl、Fj、Ft构成的三角形，对应的角度分别为：θ＝90-β，A＝3β/4+α/2，c＝90+β/4-α/2，α、β--导流片参数，18-45°之间。以此计算的Ft＝Flsinc/sinθ，Fj＝FlsinA/sinθ，Fl＝2πrn(叶轮出口线速度)。r--管道半径(m)；n--转速(rnp/s)。在导流片中水流一部分用于克服摩擦力，一部分用于增加动能。惯性挤压力分解为上升力Fs、摩擦力Fm。Fs＝FjsincFm＝Fjcosc。各级叶轮装置扬程计算：第一级叶轮的参数：出口速度为叶轮出水线速度Fl0＝2πrn水流从叶轮出来后，进入导流片，水流受到弯曲导流片的阻力，水流改变方向，如图4所示，一部分为垂直于切线方向的反弹力(或叫做冲击力)F1T，另一部分为顺导流片沿导流腔斜向上方的挤压力F1j，挤压力在流动中分成上升力F1s，与导流片的摩擦力F1m。F1t＝F10sinc/sinθ本级经扬程为：令则第二级叶轮的参数：F20＝F10+F1m＝F10(1+acosc)其中，F1m为第二级叶轮水流的初始速度，即第一级导流片中水流水平方向的摩擦力，F2T＝F20·sinc/sinθ本级的净扬程为：以此类推：形成等比数列，比值为acosc，则第m级叶轮的参数：初始速度：本级的净扬程为：由于多级潜水泵的叶轮装置是采用串联的方式，所以多级潜水泵的扬程为各级叶轮装置的扬程之后，进而得到，多级潜水泵的扬程为：i为叶轮装置的级数。本专利技术具体的应用实例：1、可以为多级潜水泵导流壳内导流片的弯曲角度优化提供可靠的依据。不同的导流片的弯曲程度，具有不同的导流效果，通过模拟计算不同的α、β的扬程和流量，可以得到最优的参数。通过计算多级潜水泵导流壳的管径为78-81mm，导流片入口角为17.2°-18.3°，导流片的出口角为43.7°-45.9°，在这些参数范围内多级潜水泵的效果极佳。其中，最佳的参数值为：导流壳的管径为80mm，导流片入口角为18°，导流片的出口角为45°。2、计算多级潜水泵的效率多级潜水泵的效率是判断多级潜水泵节能的关键参数，多级潜水泵的效率是实际流量与理论流量的比值，在导流壳的管径为80mm，多级潜水泵的级数为四级时，对比同扬程下的理论流量和实际流量，计算潜水泵的效率，具体如下表扬程(m)理论流量(m3/h)实际流量(m3/h)潜水泵效率(％)47.9855.9734.862.250.0952.743464.551.175本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井用多级潜水泵扬程计算方法，其特征在于，包括如下计算公式：/n

【技术特征摘要】
1.一种井用多级潜水泵扬程计算方法，其特征在于，包括如下计算公式：

式中，

在导流片选取一个质点y作为分析受力的对象，y在导流片所处的位置的切线角度分别为α、β，其中，α为水流入口角，β为水流出口角，θ＝90°-β，A＝3β/4+α/2，
c＝90°+β/4-α/2，
F10为第一级叶轮出口的线速度，
i为潜水泵的级数。


2.根据权利要求1所述的一种井用多级潜水泵扬程计算方法，其特征在于：所述F10的计算公式为，F10＝2πrn，r为管道的半径；n为转速。


3.根据权利要求1所述的一种井用多级潜水泵扬程计算方法，其特征在于：
第m级的初始速度为，
第m级的净扬程为，


4.根据权利要求1所述的一种井用...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙雪峰，孙春峰，吕旺，
申请(专利权)人：河北省水资源研究与水利技术试验推广中心，
类型：发明
国别省市：河北;13