CN103291653A

CN103291653A - 一种低比转数叶轮及其叶片设计方法

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Publication number: CN103291653A
Application number: CN2013102561311A
Authority: CN
Inventors: 张金凤; 王文杰; 袁寿其; 袁野; 陆伟刚; 冒杰云; 张云蕾
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-24
Also published as: CN103291653B

Abstract

本发明公开了一种低比转数叶轮及其叶片设计方法，前后盖板均为圆盘结构，叶片形式采用圆柱和扭曲相结合方法进行设计，即工作面（4）或者背面（5）其中一面采用后弯式圆柱叶片形式，另一面采用后弯式扭曲叶片形式，符合流体运动规律，减小水力损失，提高低比转数离心泵的效率；靠近前盖板的进口边叶片厚度2-3mm，而靠近后盖板的进口边叶片厚度5-7mm，有利于提高砂型铸造拔模精度，同时可堵塞部分进口流道，从而减小了叶片进口排挤系数，有利于提高低比转数离心泵的无过载特性。本发明可应用于高效无过载低比转速叶轮设计领域。

Description

一种低比转数叶轮及其叶片设计方法

技术领域

[0001] 本发明属于离心泵领域，具体涉及一种高效、无过载的低比转数离心泵叶轮相关技术。

背景技术

[0002] 低比转数离心泵因其流量小、扬程高的性能特性，广泛应用于国民经济的农业排灌、城市供水、矿山、石油和石化等各个领域。低比转数离心泵一般指比转数为30〜80的离心泵，其叶轮外径大，叶片出口宽度小，所以流道长而窄，通常采用易于拔模的圆柱叶片形式；圆盘摩擦损失及水力损失较大，泵的效率低，是工业领域耗能的设备之一。而且泵在系统中的运行稳定性不高，在大流量区运行易产生过载现象，缩短泵的使用寿命。

[0003]目前，低比数泵叶轮通常采用圆柱叶片形式，便于铸造加工，然而泵的水力效率偏低，易发生过载现象；若采用扭曲叶片形式，泵的效率较高，但不利于铸造加工。关于提高低比数离心泵的效率、无过载性能以及铸造加工工艺，还没有针对叶轮叶片结构的设计方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种低比转数叶轮及其叶片设计方法，以提高低比转速离心泵水力效率、满足无过载特性，同时便于铸造加工。

[0005] 为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下:

[0006] 一种低比转数叶轮，叶轮采用闭式结构，包括前盖板(I)、后盖板(2)和叶片(3)，其特征在于:叶片(3)的工作面(4)和背面(5)之中，一面为后弯式圆柱型，另一面为后弯式扭曲型。

[0007] 靠近前盖板(I)的进口边叶片厚度为2_3mm,靠近后盖板(2)的进口边叶片厚度为5-7mm。

[0008] 根据低比转数离心泵的设计参数，对所述叶轮的叶片几何尺寸进行计算，包括如下步骤:

[0009] 步骤一，计算比转数

[0010]

，属于低比转数离心泵的范畴；

[0011] η为叶轮转速,单位是r/min ;

[0012] Q为设计点的流量,单位是m3/h ；

[0013] H为设计点的扬程，单位是m ；

[0014] 步骤二，要满足无过载的要求，因此取出口安放角= 13〜18° ;

[0015] 步骤三，叶轮外径D2是影响扬程的主要参数，

,再根据设计经验适当加大并圆整D2,即取D2计算结果的整数部分加I或2后作为D2 ；kD2为叶轮外径修正系数，取1.021〜1.175 ；[0016] 步骤四，因为选取了较小的叶片出口安放角β2，为了获得较光顺的叶片型线，以增加流体控制能力和避免流道扩散严重，同时也可扩大泵的高效区，根据设计过程中方格网上型线的调整，取包角炉=120°〜150°;

[0017] 步骤五,在叶轮无过载设计中，由于β 2较小、包角?1较大,取叶片数ζ=5〜6 ;

[0018] 步骤六，对叶片进行绘型:叶片圆柱面是根据单流线进行方格保角变换绘制成圆柱式，叶片的扭曲面是根据三流线进行方格保角法绘制成扭曲式；

[0019] 步骤七，对叶片进行加厚:在靠近前盖板叶片进口边厚度设计为2〜3mm，靠近后盖板叶片进口边厚度设计为5〜7mm，叶片出口边宽度为4〜5mm。

[0020] 本文发明的有益效果是:本发明通过对叶轮叶片的结构形式进行改进设计，叶片设计采用圆柱和扭曲相结合的形式，不仅易铸造，而由于进口边宽度比一般低比数离心泵的进口边要大，在一定程度上阻塞流道，减小了进口过流断面面积，有利于水力效率的提高，且同时满足了低比转数离心泵的无过载特性。背面设计为扭曲式，可以改善叶轮内部流动分布，有利于提高扬程和效率。

附图说明

[0021] 图1为低比转数离心泵叶轮结构示意图；

[0022] 图2为叶片结构示意图；

[0023] 图中:1前盖板；2后盖板；3叶片；4工作面；5背面。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步详细说明。

[0025] 实施例一:

[0026] 如图1所示叶轮及其叶片的结构形式，属于闭式叶轮。叶片3的工作面4和背面5之中，一面为后弯式圆柱型，另一面为后弯式扭曲型。图2展示了设计方案中叶片的背面5是扭曲式，进口边靠近前盖板的厚度较小的情形。根据低比转数离心泵的性能参数后，对叶轮的几何参数进行计算，从而确认叶轮叶片数、空间流线以及叶片厚度。靠近前盖板I的进口边叶片厚度为2-3mm，靠近后盖板2的进口边叶片厚度为5_7mm。

[0027] 实施例二:

[0028] 根据某一台低比转数离心泵的设计参数Q=30m3/h, H=49m, n=2900r/min,对叶轮几何尺寸进行计算，包括如下步骤:

[0029] (I)计算比转数

[0030]

,属于低比转数离心泵的范畴。

[0031] η为叶轮转速，单位是r/min ；

[0032] Q为设计点的流量，单位是m3/h ；

[0033] H为设计点的扬程，单位是m ；

[0034] (2)根据以往设计经验，综合考虑无过载性能和高效率，取β2 = 15°。

[0035] (3)叶轮外径D2是影响扬程的主要参数，因无过载设计中选取较小的β 2等，计算得D2=208.2mm再根据设计经验适当加大并圆整D2,取D2=209mm。[0036] (4)因为选取了较小的叶片出口角β2，为了获得较光顺的叶片型线，以增加流体控制能力和避免流道扩散严重，同时也可扩大泵的高效区。根据设计过程中方格网上型线的调整，取包角Φ=140°。

[0037] (5)在无过载叶轮设计中，由于β2较小、包角P较大，取叶片数Ζ=5。

[0038] (6)对叶片进行绘型。叶片工作面根据单流线进行方格保角变换绘制圆柱式，叶片的背曲面根据三流线进行方格保角法进行绘制扭曲式。

[0039] (7)对叶片进行加厚。在靠近前盖板叶片进口边,厚度为2.5mm,靠近后盖板叶片进口边，厚度为7mm。叶片出口边宽度为4mm。

[0040] 实施例三:

[0041] 根据某一台低比转数离心泵的设计参数Q=24m3/h, H=32m, n=2900r/min,对叶轮几何尺寸进行计算，包括如下步骤:

[0042] (2)计算比转数

3.65ηJO 3.65χ 2900x-J24 /3600.[0043]

属于低比转数呙心泵的氾畴。

[0044] η为叶轮转速,单位是r/min ；

[0045] Q为设计点的流量,单位是m3/h ；

[0046] H为设计点的扬程，单位是m ；

[0047] (2)根据以往设计经验，综合考虑无过载性能和高效率，取β2 = 13°。

[0048] (3)叶轮外径D2是影响扬程的主要参数，因无过载设计中选取较小的β 2等，计算得D2=153.3mm再根据设计经验适当加大并圆整D2,取D2=155mm。

[0049] (4)因为选取了较小的叶片出口角β2，为了获得较光顺的叶片型线，以增加流体控制能力和避免流道扩散严重，同时也可扩大泵的高效区。根据设计过程中方格网上型线的调整，取包角Φ=150°。

[0050] (5)在无过载叶轮设计中，由于β2较小、包角P较大，取叶片数Ζ=5。

[0051] (6)对叶片进行绘型。叶片工作面根据单流线进行方格保角变换绘制圆柱式，叶片的背曲面根据三流线进行方格保角法进行绘制扭曲式。

[0052] (7)对叶片进行加厚。在靠近前盖板叶片进口边,厚度为2mm,靠近后盖板叶片进口边，厚度为5mm。叶片出口边宽度为4mm。

[0053] 实施例四:

[0054] 根据某一台低比转数离心泵的设计参数Q=15m3/h, H=20m, n=2900r/min,对叶轮几何尺寸进行计算，包括如下步骤:

[0055] (3)计算比转数

[0056]

属于低比转数离心泵的范畴。

[0057] η为叶轮转速,单位是r/min ；

[0058] Q为设计点的流量，单位是m3/h ；

[0059] H为设计点的扬程，单位是m ；

[0060] (2)根据以往设计经验，综合考虑无过载性能和高效率，取β2 = 18°。[0061] (3)叶轮外径D2是影响扬程的主要参数，因无过载设计中选取较小的β 2等，计算得D2=122mm,再根据设计经验适当加大并圆整D2,取D2=124mm。

[0062] (4)因为选取了较小的叶片出口角β2，为了获得较光顺的叶片型线，以增加流体控制能力和避免流道扩散严重，同时也可扩大泵的高效区。根据设计过程中方格网上型线的调整，取包角Φ=120°。

[0063] (5)在无过载叶轮设计中，由于β2较小、包角f较大，取叶片数Ζ=6。

[0064] (6)对叶片进行绘型。叶片背面根据单流线进行方格保角变换绘制圆柱式，叶片的工作曲面根据三流线进行方格保角法进行绘制扭曲式。

[0065] (7)对叶片进行加厚。在靠近前盖板叶片进口边,厚度为2.5mm,靠近后盖板叶片进口边，厚度为7mm。叶片出口边宽度为5mm。

[0066] 本发明的工作过程为:水从叶轮进口进入，在旋转的叶片作用下，获得能量，并流到叶轮出口。

Claims

1.一种低比转数叶轮，叶轮采用闭式结构，包括前盖板(I)、后盖板(2)和叶片(3)，其特征在于:叶片(3)的工作面(4)和背面(5)之中，一面为后弯式圆柱型，另一面为后弯式扭曲型。

2.一种如权利要求1所述的低比转数叶轮，其特征在于:靠近前盖板(I)的进口边叶片厚度为2-3mm,靠近后盖板(2)的进口边叶片厚度为5_7mm。

3.—种如权利要求1所述的低比转数叶轮的叶片设计方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一，计算比转数

，属于低比转数离心泵的范畴； η为叶轮转速,单位是r/min ； Q为设计点的流量，单位是m3/h ； H为设计点的扬程，单位是m; 步骤二，要满足无过载的要求，因此取出口安放角设计为β2=13〜18° ; 步骤三，叶轮外径D2是影响扬程的主要参数

,再根据设计经验适当加大并圆整D2,即取D2计算结果的整数部分加I或2后作为D2 ；kD2为叶轮外径修正系数，取1.021〜1.175 ；步骤四，因为选取了较小的叶片出口安放角β2，为了获得较光顺的叶片型线，以增加流体控制能力和避免流道扩散严重，同时也可扩大泵的高效区，根据设计过程中方格网上型线的调整，取包角φ = 120°〜150° ; 步骤五，在叶轮无过载设计中，由于β 2较小、包角?^较大，取叶片数Ζ=5〜6 ; 步骤六，对叶片进行绘型:叶片圆柱面是根据单流线进行方格保角变换绘制成圆柱式，叶片的扭曲面是根据三流线进行方格保角法绘制成扭曲式；步骤七，对叶片进行加厚:在靠近前盖板叶片进口边厚度设计为2〜3_，靠近后盖板叶片进口边厚度设计为5〜7mm，叶片出口边宽度为4〜5mm。