液环泵复合叶轮设计方法技术

本申请涉及一种液环泵复合叶轮设计方法

【技术实现步骤摘要】
液环泵复合叶轮设计方法


[0001]本申请涉及液环泵及复合叶轮设计领域，尤其是涉及一种液环泵复合叶轮设计方法
。

技术介绍

[0002]液环泵是一种以液体作为能量传递中间介质，用来抽送气体的流体机械装置
。
液环泵具有流量大，结构紧凑，等温压缩等优点，被广泛应用于化工
、
电力以及采矿领域
。
但由于液环泵内流动的非对称性和复杂性，导致其在运行时产生较大的振动和噪声，不仅降低了液环泵的性能还严重影响了液环泵运行的可靠性和稳定性
。
[0003]复合叶轮长短叶片设计已被广泛用于离心泵设计领域，用来抑制低比转速离心泵叶轮叶片出口射流尾迹作用，改善叶轮流道内的速度分布，以达到提高离心泵性能的目的
。
尽管当前复合叶轮也已经被应用于液环泵领域，但液环泵复合叶轮的设计方法仍是参照离心泵复合叶轮的设计方法，通常仅依靠经验确定主要几何参数，这必然导致液环泵复合叶轮的设计不能很好的适应液环泵的运行要求，不能充分发挥复合叶轮长短叶片的作用，不能较好的提高液环泵的性能和稳定性
。

技术实现思路

[0004]基于
技术介绍
所述，有必要提出一种针对液环泵的复合叶轮设计方法，能够适合液环泵自身的流动特征，以达到改善叶轮流道内的速度和压力分布，提高泵的性能和稳定性的目的
。
[0005]一种液环泵复合叶轮设计方法，利用公式
(1)
设计叶轮的叶片数
z
：
[0006][0007]其中，式中：
[0008]q
为叶轮的设计气体流量；
P1为吸入口压力；
P2；为排气压力；
n
为叶轮的转速；
ψ
为经验系数；
r2为长叶片出口半径；
s
为叶片轴面投影图中过水断面形成线对旋转轴
(
即叶片的转动轴线
)
的静矩；
δ
为由于短叶片对液流的约束能力与长叶片不同而给定的折合系数，取值
0.85
‑
0.9
；
Q1为流过叶轮内的工作液体的流量；
u3为排气区液环内表面处的圆周速度
。
[0009]上述液环泵复合叶轮设计方法，主要基于叶片数与叶轮设计性能以及主要几何参数的约束关系式设计叶片数，可以通过试算得到尽可能多的叶片数，由于能够尽可能的增加叶片数，从而起到对流体更好的约束作用，以达到改善叶轮流道内的速度和压力分布，提高泵的性能和稳定性的目的
。
[0010]在一些实施例中，所述公式
(1)
通过如下方式确定：
[0011]确定理论扬程
H
∞
和实际扬程
H
之间的关系式；
[0012][0013]确定液环对气体做功并使压力达到
P2时的有效功率
w
：
[0014][0015]建立液环对气体做功并使压力达到
P2时的有效功率
w、
叶轮在单位时间内对液环做功的关系式：
[0016][0017]确定理论扬程
H
∞
的设计公式：
[0018][0019]联立公式
(1.1)
和
(1.3)
，得到如下关系式：
[0020][0021]联立式公式
(1.4)
和
(1.5)
，得到所述公式
(1).
[0022]在其中一些实施例中，利用公式
(1)
设计叶轮的叶片数
z
，包括步骤：
[0023]步骤1：根据给定的叶轮的设计性能参数：气体流量
q
；吸入口压力
P1；排气压力
P2；转速
n
，计算长叶片出口半径
r2，设计公式为：
[0024][0025]式中：
ω
为转动角速度；
[0026]σ
max
为最大压缩比，满足：
[0027]σ
max
＝
P2/P1(3)
[0028]步骤2：计算叶片轴面投影图中过水断面形成线对旋转轴的静矩
s
，设计公式为：
[0029][0030]式中：
r1为叶轮的轮毂半径；
r1＝
γ
r2；
γ
为经验系数，取值
0.4
‑
0.6
；
[0031]步骤3：给定长叶片在轴垂面内的截面积
S1，及短叶片在轴垂面内的截面积
S2，初定液环泵叶片排挤系数
μ
，以计算流过叶轮内的工作液体的流量
Q1，设计公式为：
[0032][0033]式中：
υ
为轮毂比，
υ
＝
r1/r2；
[0034]步骤4：根据叶轮的转速
n、
排气区时液环内表面至叶轮中心的距离计算排气区液环内表面处的圆周速度
u3；
[0035]步骤5：利用公式
(1)
计算叶片数
z。
[0036]在其中一些实施例中，还包括：
[0037]步骤6：反向校验液环泵叶片排挤系数
μ
是否符合设计要求，以检验叶片数
z
是否合理，利用公式为：
[0038][0039]步骤7：调整液环泵叶片排挤系数
μ
，并重复步骤3和5，以重新计算叶片数
z
；
[0040]步骤8；重复步骤6和7，直到根据公式
(6)
得到液环泵叶片排挤系数
μ
符合设计要求
。
[0041]在其中一些实施例中还包括：对叶片数
z
的最大值进行约束，利用的关系式为：
[0042][0043]在其中一些实施例中，确定长叶片进口角
β1和长叶片出口角
β2，取值均为
45
°‑
60
°
。
[0044]在其中一些实施例中，还包括：确定所述经验系数
ψ
，设计公式如下：
[0045][0046]在其中一些实施例中，所述方法还包括：确定短叶片的进口半径
r3，设计公式如下：
[0047][0048]式中：
[0049]为吸气区时液环内表面至叶轮中心的距离
。
[0050]在其中一些实施例中，所述设计公式如下：
[0051][0052][0053]设计公式如下：
[0054][0055][0056][0057]式中：为圆心角，
R
为壳体半径；
ξ
为壳体宽度与叶轮宽度比；
σ
为排气区内不同位置处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种液环泵复合叶轮设计方法，其特征在于，利用公式
(1)
设计叶轮的叶片数
z
：其中，式中：
q
为叶轮的设计气体流量；
P1为吸入口压力；
P2；为排气压力；
n
为叶轮的转速；
ψ
为经验系数；
r2为长叶片出口半径；
s
为叶片轴面投影图中过水断面形成线对旋转轴
(
即叶片的转动轴线
)
的静矩；
δ
为由于短叶片对液流的约束能力与长叶片不同而给定的折合系数，取值
0.85
‑
0.9
；
Q1为流过叶轮内的工作液体的流量；
u3为排气区液环内表面处的圆周速度
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述公式
(1)
通过如下方式确定：确定理论扬程
H
∞
和实际扬程
H
之间的关系式；确定液环对气体做功并使压力达到
P2时的有效功率
w
：建立液环对气体做功并使压力达到
P2时的有效功率
w、
叶轮在单位时间内对液环做功的关系式：确定理论扬程
H
∞
的设计公式：联立公式
(1.1)
和
(1.3)
，得到如下关系式：联立式公式
(1.4)
和
(1.5)
，得到所述公式
(1)。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用公式
(1)
设计叶轮的叶片数
z
，包括步骤：步骤1：根据给定的叶轮的设计性能参数：气体流量
q
；吸入口压力
P1；排气压力
P2；转速
n
，计算长叶片出口半径
r2，设计公式为：式中：
ω
为转动角速度；
σ
max
为最大压缩比，满足：
σ
max
＝
P2/P1(3)
步骤2：计算叶片轴面投影图中过水断面形成线对旋转轴的静矩
s
，设计公式为：
式中：
r1为叶轮的轮毂半径；
r1＝
γ
r2；
γ
为经验系数，取值
0.4
‑
0.6
；步骤3：给定长叶片在轴垂面内的截面积
S1，及短叶片在轴垂面内的截面积
S2，初定液环泵叶片排挤系数
μ
，以计算流过叶轮内的工作液体的流量
Q1，设计公式为：式中：
υ
为轮毂比，
υ
＝
r1/r2；步骤4：根据叶轮的转速
n、
排气区时液环内表面至叶轮中心的距离计算排气区液环内表面处的圆周速度
u3；步骤5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞卿，王明哲，郭利明，刘业奎，李文鹏，王维彬，申帅帅，
申请(专利权)人：北京宇航推进科技有限公司，
类型：发明
国别省市：