一种中低比转速混流泵叶轮设计方法

摘要

本发明提供了一种中低比转速混流泵叶轮的设计方法，已知泵的设计工况流量Q、设计工况扬程H、设计工况转速n和叶轮比转速ns参数，来计算混流透平叶轮的主要几何参数，包括：叶轮的进口当量直径D0、叶轮的进口直径Dj、叶片的进口直径D1、叶轮轮毂直径Dh、叶片的进口角β1、叶轮的出口直径D2、叶轮的出口宽度b2、叶片的出口角β2、叶片的后盖板与轴线夹角ε、叶片的前盖板与轴线夹角γ、叶轮的出口与轴线夹角θ。采用本发明设计的混流泵叶轮在一定程度上改善了叶轮内流态，大大降低了水力损失，从而提高了泵运行的稳定性和高效性。

说明书

技术领域

本发明涉及混流泵领域，特别涉及一种中低比转速混流泵叶轮设计方法。

背景技术

混流泵是当原动机带动叶轮旋转后，对液体的作用既有离心力又有轴向推力，是离心泵和轴流泵的综合，液体斜向流出叶轮，因此它是介于离心泵和轴流泵之间的一种泵。混流泵的比转速高于离心泵，低于轴流泵。它的扬程比轴流泵高，但流量比轴流泵小，比离心泵大。用于输送清洁和污染的介质，化学中性或侵蚀性的介质，化工流程中强制循环、海水养殖、城市煤气工程、水处理系统。

然而现有中低比转速混流泵叶轮并没有专有的水力部件设计理论，只是在离心泵设计的基础上稍加改变。导致了混流泵水力效率提升不明显。

为了使混流泵的水力设计更加合理，实现以尽可能少的投资达到最佳的装置性能，本人提供了一种中低比转速混流泵叶轮设计方法。

专利号为CN201611051487.1的中国发明专利中公开了一种大功率潜水混流泵壳体,包括主壳体,主壳体上设有输入端固定板,主壳体上还设有输出过滤端,主壳体前面设有主动力供应端,主动力供应端端面为上大下小的螺旋柱横截面,主壳体内部设有螺旋导流柱,螺旋导流柱为弧形结构,主壳体与输入端固定板之间设有输入端加强筋,主壳体顶部高胡两个整体加固结构。

专利号为CN201510392759.3的中国发明专利中公开了一种多级立式高比转速混流泵,它包括吸入喇叭口及设置在中心的驱动轴，吸入喇叭口上端连接有首级导叶体，首级导叶体上端连接有次级导叶体，吸入喇叭口与首级导叶体之间设置有首级叶轮，首级导叶体与次级导叶体之间设置有次级叶轮。现有对于混流泵的设计方法专利多基于其机械结构的改进，针对中低比转速混流泵缺少完备的水力设计方案。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种中低比转速混流泵叶轮设计方法，不仅提高了泵运行效率，而且同时考虑了其抗空化性能、稳定性、安全性以及经济性。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种中低比转速混流泵叶轮设计方法，已知泵的设计工况流量Q、设计工况扬程H、设计工况转速n和叶轮比转速n_s参数，由下面公式计算叶轮轮毂直径D_h：

D_h＝(1.148e^0.0000781n-0.0000001108e^0.004352n)·d_B

式中：

D_h—叶轮轮毂直径，米；

d_B—泵轴直径，米；其中：

Q—泵的流量，米³/秒；

H—泵的扬程，米；

ρ—输送介质密度，千克/米³；

[τ]—泵轴材料许用应力，帕；

n—设计工况转速，转/分。

进一步，所述叶轮的进口直径D_j的设计公式：

式中：

D₀—叶轮的进口当量直径，米；

Q—泵的流量，米³/秒；

n—设计工况转速，转/分；

D_j—叶轮的进口直径，米；

D_h—叶轮轮毂直径，米。

进一步，所述叶轮的出口直径D₂的设计公式：

式中：

n_s—叶轮比转速；

Q—泵的流量，米³/秒；

n—设计工况转速，转/分；

D₂—叶轮的出口直径，米；

H—泵的扬程，米。

进一步，所述叶轮的出口宽度b₂的设计公式：

式中：

n_s—叶轮比转速；

Q—泵的流量，米³/秒；

n—设计工况转速，转/分；

b₂—叶轮的出口宽度，米。

进一步，所述叶轮的叶片出口直径D₁的设计公式：

式中：

D_j—叶轮进口直径，米；

H—泵的扬程，米；

D₁—叶轮的叶片进口直径，米。

进一步，所述叶轮的叶片出口角β₂的设计公式：

β₂＝506.6Q³-266.6Q²+72.13Q+24.33

式中：

Q—泵的流量，米³/秒；

β₂—叶轮的叶片出口角，度。

进一步，所述叶轮的叶片进口角β₁的设计公式：

β₁＝18.54n^0.04622

式中：

n—设计工况转速，转/分；

β₁—叶轮的叶片进口角，度。

进一步，所述叶轮的后盖板与轴线夹角ε的设计公式：

式中：

H—泵的扬程，米；

ε—叶轮的后盖板与轴线夹角，度。

进一步，所述叶轮的前盖板与轴线夹角γ的设计公式：

γ＝64.31-4.842cos(11.57Q)+2.844sin(11.57Q)

式中：

Q—泵的流量，米³/秒；

γ—叶轮的前盖板与轴线夹角，度。

进一步，所述叶轮的出口与轴线夹角θ的设计公式：

θ＝60.62sin(0.01381H+0.5513)+31.51sin(0.0197H+3.293)

式中：

H—泵的扬程，米；

θ—叶轮的出口与轴线夹角，度。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的中低比转速混流泵叶轮设计方法，可以得到相对完善准确的中低比转速混流泵叶轮的主要几何参数的设计方法。通过上述计算方法确定混流泵叶轮的主要几何参数，包括：叶轮的进口当量直径D₀、叶轮进口直径D_j、叶片的进口直径D₁、叶轮轮毂直径D_h、叶片的进口角β₁、叶轮的出口直径D₂、叶轮的出口宽度b₂、叶片的出口角β₂、叶片的后盖板与轴线夹角ε、叶片的前盖板与轴线夹角γ、叶轮的出口与轴线夹角θ。该设计方案在一定程度上提高了泵运行效率，同时也有利于提高其抗空化性能，从而提高了系统运行的稳定性和高效性。

附图说明

图1为本发明所述的中低比转速混流泵叶轮剖面图。

图2为本发明所述的混流泵叶轮叶片平面图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明通过以下几个公式来确定一种中低比转速混流泵叶轮的主要几何参数，包括叶轮的进口当量直径D₀、叶轮的进口直径D_j、叶片的进口直径D₁、叶轮轮毂直径D_h、叶片的进口角β₁、叶轮的出口直径D₂、叶轮的出口宽度b₂、叶片的出口角β₂、叶片的后盖板与轴线夹角ε、叶片的前盖板与轴线夹角γ、叶轮的出口与轴线夹角θ。

如图1和图2所示，此实施例是在已知泵的设计工况流量Q、设计工况扬程H、设计工况转速n和叶轮比转速n_s参数，来计算一种中低比转速混流泵叶轮的主要几何参数，例如Q＝0.07米³/秒，H＝17米，n＝1450转/分钟，

D_h＝(1.148e^0.0000781n-0.0000001108e^0.004352n)·d_B＝0.030m

β₂＝506.6Q³-266.6Q²+72.13Q+24.33＝28.15°

β₁＝18.54n^0.04622＝25.95°

γ＝64.31-4.842cos(11.57Q)+2.844sin(11.57Q)＝63.03°

θ＝60.62sin(0.01381H+0.5513)+31.51sin(0.0197H+3.293)＝28.17°

本发明采用相对准确的公式对一种中低比转速混流泵叶轮的主要几何参数进行设计，主要是通过改善叶轮的相关参数以提高其效率。这不仅提高了泵运行的稳定性和高效性，还降低了其维修周期。

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。