CN102434487B - 双螺旋轴流泵叶轮设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双螺旋轴流泵叶轮设计方法。其双螺旋叶片能自动平衡叶轮旋转时的不平衡离心惯性力，减少了泵运行时的振动和噪声。它给出了叶轮的主要几何参数，叶轮进口直径D₁，叶轮轮毂直径d_h，叶轮最大外径D_2max，出口边倾斜角α₂，叶轮最小外径D_2min，出口边宽度b₂和叶轮轴向长度L的设计公式。用本发明设计的叶轮不仅满足污水处理的需要，同时能够改善叶轮平衡效果，减小泵运行时的振动和噪声，提高了轴流泵的过流能力和无损性、无缠绕性能。因此，应用此种叶轮的螺旋轴流泵特别适合于污水处理行业。

Description

双螺旋轴流泵叶轮设计方法

技术领域

本发明涉及一种轴流泵叶轮的设计方法，特别涉及一种双螺旋轴流泵叶轮设计方法。

背景技术

目前，公知的轴流泵叶轮采用的是翼型叶片，即采用升力法和流线法设计轴流泵叶片。用此两种设计方法设计的翼型叶片，对轴流泵的工作环境和叶片的安放都提出了较严格的要求。即只能用于输送清水或轻度污水，如用到排污泵站，水质复杂，泥沙多，杂物多，容易造成叶轮叶片缠绕杂物，发生堵塞，致使外端机械密封变形，导致机械密封失效，电动机进水，机泵频繁报警，增加维修次数，甚至烧坏电机；且其叶片安放角若不一致，会引起运行振动，同时泵的空化性能也变差。因而，采用翼型叶片的轴流泵已经不能满足在复杂环境下运行的条件。

为了使轴流泵能够在复杂的工况下运行而不发生缠绕和堵塞，需采用螺旋型叶片，且为保证其过流能力，叶片数不能过多。由于单螺旋叶片的轴流泵其结构特点决定了其形状的不对称性，其质量分布不均匀。当叶轮转动时就产生不平衡的离心惯性力，从而使泵体产生振动和噪声，增加了泵运行时的不平稳性。这就要求我们设计的叶轮，既能改善流动情况，又有很好的静平衡效果。

发明内容

为解决现有轴流泵叶轮性能的不足，本发明提供了一种双螺旋轴流泵叶轮设计方法。利用以下几个关系式来确定叶轮的主要几何参数，主要包括：进口直径D₁，叶轮轮毂直径d_h，叶轮最大外径D_2max，出口边倾斜角α₂，叶轮最小外径D_2min，出口边宽度b₂和叶轮轴向长度L。用本发明设计的叶轮不仅满足污水处理的需要，具有很好的静平衡效果，同时又提高了轴流泵的过流能力和无损性、无缠绕性能。因此，应用此种叶轮的螺旋轴流泵特别适合于污水处理行业。实现上述目的所采用的的技术方案：

1、叶轮的进口直径D₁

其计算公式 $D_1=K_0\sqrt[5]{Q/n};$

式中：D₁-叶轮进口直径，米；

      Q-设计工况的流量，立方米/秒；

      n-叶轮转速，转/分；

      K₀-修正系数，K₀＝(1～2.5)，对吸入性能要求高的取大值。

2、轮毂直径d_h

其计算公式：d_h＝19.65+0.071n_s；

式中：d_h-叶轮轮毂直径，米；

      n_s-比转数。

3、叶轮最大外径D_2max

其计算公式： $D_{2\max }=K_1{\left(\frac{n_s}{100}\right)}^{-0.4}\sqrt[3]{Q/n};$

式中：D_2max-叶轮最大外径，米；

      K₁-修正系数，K₁＝(3.5～6)；

      n_s-比转数；

      Q-设计工况的流量，立方米/秒；

      n-叶轮转速，转/分。

4、叶轮出口宽度b₂

其计算公式： $b_2=K_2\sqrt{2\mathrm{gH}}/n;$

式中：b₂-叶轮出口宽度，米；

      K₂-修正系数，K₂＝(0.024～0.032)n_s；

      H-设计工况点扬程，米；

      n-叶轮转速，转/分；

      n_s-比转数。

5、叶轮轴向长度L

其计算公式：L＝(0.9～1.05)D_2max；

式中：L-叶轮轴向长度，米；

      D_2max-叶轮最大外径，米。

6、叶轮包角φ

叶轮包角φ＝150°～400°。

7、出口边倾斜角α₂

出口边倾斜角α₂＝40°～70°。

8、叶轮最小外径D_2min

其计算公式：D_2min＝D_2max-b₂tanα₂；

式中：D_2min-叶轮最小外径，米；

      D_2max-叶轮最大外径，米；

      b₂-叶轮出口宽度，米；

      α₂-出口边倾斜角，度。

9、叶片出口安放角β₂

叶片出口安放角β₂＝5°～20°，比转数大取小值，叶片数多者取小值。

本发明的有益效果是：能够改善叶轮平衡效果，减小泵运行时的振动和噪声。

本发明经用户试用，反应效果良好。

附图说明

图1是本发明一个实施例的叶轮轴面图。

图2是同一个实施例的叶轮叶片平面图。

图3是同一个实施例的叶轮效果图。

图1中：1.叶轮进口直径D₁，2.轮毂直径d_h，3.螺旋叶片，4.轮毂，5.轴孔，6.叶轮最大外径D_2max，7.出口边倾斜角α₂，8.出口边宽度b₂，9.叶轮轴向长度L，10.叶轮最小外径

图2中：4.轮毂，11.叶轮出口安放角β₂，12.叶片包角φ，13.叶轮进口边，14.叶轮出口边。

具体实施方式

图1、图2和图3共同确定了这个实施例的叶轮形状。它与普通轴流泵叶轮不一样，叶轮进口为螺旋前伸式，进口边(13)看上去就像镰刀形状，叶片(3)沿着轮毂(4)螺旋上升，且其叶片(3)数只有两个，对称布置的叶片，具有很好的平衡效果。本发明通过以下几个关系式来确定叶轮进口直径D₁(1)，叶轮轮毂直径d_h(2)，叶轮最大外径D_2max(6)，出口边倾斜角α₂(7)，出口边宽度b₂(8)、叶轮轴向长度L(9)和叶轮最小外径D_2min(10)。

$D_1=K_0\sqrt[5]{Q/n};$

d_h＝19.65+0.071n_s；

$D_{2\max }=K_1{\left(\frac{n_s}{100}\right)}^{-0.4}\sqrt[3]{Q/n};$

$b_2=K_2\sqrt{2\mathrm{gH}}/n;$

L＝(0.9～1.05)D_2max；

φ＝150°～400°；

α₂＝40°～70°；

D_2min＝D_2max-b₂tanα₂；

β₂＝5°～20°。

在图中，叶片出口安放角(11)的选取与比转数n_s的大小有关，比转数大，出口安放角(11)取小值。叶片包角根据铸造和清砂的难易情况，在φ＝150°～400°之间选取。

Claims (1)

1.一种双螺旋轴流泵叶轮设计方法，提供了叶轮主要几何参数进口直径D₁，轮毂直径d_h，最大外径D_2max，出口边倾斜角α₂，最小外径D_2min和出口边宽度b₂的设计公式；其特征在于：叶轮几何参数与泵设计工况点性能参数之间适合以下关系：

$D_1=K_0\sqrt[5]{Q/n};$

d_h＝19.65+0.071n_s；

$D_{2\max }=K_1{\left(\frac{n_s}{100}\right)}^{-0.4}\sqrt[3]{Q/n};$

$b_2=K_2\sqrt{2\mathrm{gH}}/n;$

D_2min＝D_2max-b₂tanα₂

α₂＝40°～70°；

β₂＝5°～20°

式中：D₁-叶轮进口直径，米；Q-设计工况的流量，立方米/秒；

      n-叶轮转速，转/分；d_h-叶轮轮毂直径，米；n_s-比转数；

      D_2max-叶轮最大外径，米；b₂-叶轮叶片出口宽度，米；

      H-设计工况点扬程，米；D_2min-叶轮最小外径，米；

      α₂-叶片出口边倾斜角，度；β₂-叶轮叶片出口安放角，度；

      K₀-修正系数，K₀＝(1～2.5)；K₁-修正系数，K₁＝(3.5～6)；

      K₂-修正系数，K₂＝(0.024～0.032)n_s。

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