CN103644140A - 一种潜水轴流泵导叶设计方法及潜水轴流泵导叶 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种潜水轴流泵导叶设计方法及潜水轴流泵导叶，所述计方法以潜水轴流泵叶轮轮毂直径和叶轮外径为基础，来确定潜水轴流泵导叶的进口导叶轮毂直径D_h,进口导叶外径D₂，导叶进口倾斜角ε₁，导叶内侧扩散角α，导叶外侧扩散角β，导叶内流线长度l_α和导叶外流线长度l_β。本发明所述设计方法能够快速设计，节省人力，设计的潜水轴流泵导叶的性能曲线与要求的性能曲线重合的效果。所述潜水轴流泵导叶与传统设计方法相比，提高了扬程和效率，拓宽了高效区的范围，并且提高了潜水轴流泵的运行可靠性。

Description

一种潜水轴流泵导叶设计方法及潜水轴流泵导叶

技术领域

本发明属于泵设计和制造领域，涉及一种潜水轴流泵导叶设计方法及潜水轴流泵导叶。

背景技术

轴流泵属于低扬程、大流量泵,大致的性能范围是，扬程1～12m，流量0.3～65m³/s，比转速500～1600。潜水电泵是一种常规水泵成熟替代产品，现已被广泛使用。潜水轴流泵为泵机一体化结构，主要由潜水电机、潜水泵两部分组成。轴流泵导叶的设计方法可以用升力法，积分法和流线法，但一般均采用流线法。由于潜水轴流泵导叶轮毂部分不是传统轴流泵导叶用的圆柱轮毂，而是圆锥轮毂，且轴向长度较长，传统的轴流泵导叶设计方法和公式主要针对圆柱轮毂进行设计，而且传统方法设计的导叶翼型进出口端是尖锐的形状，这样会增加铸造难度，减小导叶强度，不利于泵长期稳定运行，因此不适用于潜水轴流泵导叶的设计。

发明内容

为了克服以上问题，本发明对传统轴流泵导叶设计方法进行改进，提供一种新的潜水轴流泵导叶优化设计方法、及由该设计方法设计的潜水轴流泵导叶，以对导叶轴面的几何参数进行调节，达到潜水轴流泵的设计性能曲线与要求的性能曲线重合的效果，特别适用于需要快速设计确定潜水轴流泵导叶轴面尺寸的场合。

本发明所述潜水轴流泵导叶设计方法，其特征在于，以潜水轴流泵叶轮轮毂直径和叶轮外径为基础，来确定潜水轴流泵导叶的进口导叶轮毂直径D_h,进口导叶外径D₂，导叶进口倾斜角ε₁，导叶内侧扩散角α，导叶外侧扩散角β，导叶内流线长度l_α和导叶外流线长度l_β：

D_h=k₁d_h     （1）

D₂=k₂D₁     （2）

ε₁=arcsin(0.09n^0.19Q^0.32H^-0.29)     （3）

α=arccos(0.56n^0.21Q^0.33H^-0.32)     （4）

β=k₃α     （5）

$l_{\mathrm{\α}}=D_2\sin \frac{Z(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{3}---\left(6\right)$

$l_{\mathrm{\β}}=D_2\sin \frac{Z(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{3.2}---\left(7\right)$

式中：

D_h——进口导叶轮毂直径，米；

k₁——导叶轮毂系数，取值范围为1.0～1.1；

d_h——叶轮轮毂直径，米；

D₂——进口导叶外径，米；

k₂——导叶外径系数，取值范围为1.0～1.2；

D₁——叶轮外径，米；

ε₁——导叶进口倾斜角，度；

n——额定转速，转/分；

Q——设计工况点的流量，立方米/秒；

H——设计工况点的扬程，米；

α——导叶内侧扩散角，度；

β——导叶外侧扩散角，度；

k₃——扩散角系数，取值范围为0.6～1.0；

l_α——导叶内流线长度，米；

Z——导叶叶片数，取值范围为6～8；

l_β——导叶外流线长度，米。

优选地，比转速500～750，导叶轮毂系数k₁取1.07～1.1，导叶外径系数k₂取1.13～1.2，扩散角系数k₃取0.85～1.0，导叶叶片数Z=8。

优选地，比转速750～1000，导叶轮毂系数k₁取1.03～1.07，导叶外径系数k₂取1.07～1.13，扩散角系数k₃取0.72～0.85，导叶叶片数Z=7。

优选地，比转速1000～1600，导叶轮毂系数k₁取1.0～1.03，导叶外径系数k₂取1.0～1.07，扩散角系数k₃取0.6～0.72，导叶叶片数Z=6。

一种根据本发明所述设计方法设计的潜水轴流泵导叶。

优选地，所述导叶外径D₂从进口处开始依据1/2导叶外侧扩散角β/2和导叶外流线长度l_β、按照线性关系均匀变大。

优选地，依据1/2导叶内侧扩散角α/2、导叶内流线长度l_α，叶轮轮毂直径从进口处开始按照线性关系均匀变大。

优选地，所述潜水轴流泵导叶的剖面翼型为791翼型。

优选地，所述潜水轴流泵导叶的厚度，由工作面向背面加厚，进出口端圆弧过渡。

本发明所述潜水轴流泵导叶设计方法是一种能够快速设计潜水轴流泵导叶的方法，设计的潜水轴流泵导叶的性能曲线与要求的性能曲线重合的效果，节省人力。同时，本发明所述设计方法设计的潜水轴流泵导叶，与传统设计方法相比，给定了快速确定导叶轴面尺寸的公式，导叶翼型背面进出口端圆弧过渡，并提高了厚度，这样增加了导叶的强度，减小了铸造难度，以叶轮参数为基础进行优化匹配设计，提高了扬程和效率，拓宽了高效区的范围，并且提高了潜水轴流泵的运行可靠性。

附图说明

图1为本发明所述潜水轴流泵导叶设计方法设计的潜水轴流泵导叶的轴面剖视图。

图2为本发明所述设计方法设计的潜水轴流泵导叶的剖面翼型图。

图3为本发明所述设计方法设计的潜水轴流泵导叶装配在潜水轴流泵中的结构图。

图中：1-工作面型线，2-背面型线，3-翼弦，4-导叶圆锥轮毂，5-导叶轴面，6-导叶外壳。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明的的技术方案，下面结合附图随本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，潜水轴流泵导叶的的结构参数主要有进口导叶轮毂直径D_h,进口导叶外径D₂，导叶进口倾斜角ε₁，1/2导叶内侧扩散角α/2，1/2导叶外侧扩散角β/2，导叶内流线长度l_α，导叶外流线长度l_β。

本发明所述潜水轴流泵导叶设计方法，以潜水轴流泵叶轮轮毂直径和叶轮外径为基础，确定进口导叶轮毂直径D_h、进口导叶外径D₂、导叶进口倾斜角ε₁、导叶内侧扩散角α、导叶外侧扩散角β、导叶内流线长度l_α、导叶外流线长度l_β。

D_h=k₁d_h

D₂=k₂D₁

ε₁=arcsin(0.09n^0.19Q^0.32H^-0.29)

α=arccos(0.56n^0.21Q^0.33H^-0.32)

β=k₃α

$l_{\mathrm{\α}}=D_2\sin \frac{Z(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{3}$

$l_{\mathrm{\β}}=D_2\sin \frac{Z(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{3.2}$

式中：

D_h——进口导叶轮毂直径，米；

k₁——导叶轮毂系数，取值范围为1.0～1.1；

d_h——叶轮轮毂直径，米；

D₂——进口导叶外径，米；

k₂——导叶外径系数，取值范围为1.0～1.2；

D₁——叶轮外径，米；

ε₁——导叶进口倾斜角，度；

n——额定转速，转/分；

Q——设计工况点的流量，立方米/秒；

H——设计工况点的扬程，米；

α——导叶内侧扩散角，度；

β——导叶外侧扩散角，度；

k₃——扩散角系数，取值范围为0.6～1.0；

l_α——导叶内流线长度，米；

Z——导叶叶片数，取值范围为6～8；

l_β——导叶外流线长度，米。

其中，导叶轮毂系数k₁、导叶外径系数k₂、扩散角系数k₃、导叶叶片数Z的取值遵循以下规则。

比转速500～750，导叶轮毂系数k₁取1.07～1.1，导叶外径系数k₂取1.13～1.2，扩散角系数k₃取0.85～1.0，导叶叶片数Z=8。

比转速750～1000，导叶轮毂系数k₁取1.03～1.07，导叶外径系数k₂取1.07～1.13，扩散角系数k₃取0.72～0.85，导叶叶片数Z=7。

比转速1000～1600，导叶轮毂系数k₁取1.0～1.03，导叶外径系数k₂取1.0～1.07，扩散角系数k₃取0.6～0.72，导叶叶片数Z=6。

根据本发明所述的设计方法设计的潜水轴流泵导叶，其导叶外径D₂依据1/2导叶外侧扩散角β/2和导叶外流线长度l_β，从进口处开始按照线性关系均匀变大。叶轮轮毂直径，依据1/2导叶内侧扩散角α/2、导叶内流线长度l_α，从进口处开始按照线性关系均匀变大。如图1所示，导叶轴面仍然按照传统方法设计，分五条流线。如图2所示，潜水轴流泵导叶翼型图包含工作面型线1，背面型线2和翼弦3，工作面型线1与翼弦3之间的距离按照791翼型绘制，由工作面型线1向背面型线2加厚，背面型线2进出口端圆弧过渡，并加厚，这样增加了导叶的强度，减小了铸造难度。

图3为本发明所述设计方法设计的潜水轴流泵导叶装配在潜水轴流泵中的结构图，包含导叶圆锥轮毂4，导叶轴面5和导叶外壳6等主要结构，导叶轴面5即为图1中的轴面图结构。导叶翼型背面进出口端圆弧过渡，并提高了厚度，这样增加了导叶的强度，减小了铸造难度，以叶轮参数为基础进行优化匹配设计，提高了扬程和效率，拓宽了高效区的范围，并且提高了潜水轴流泵的运行可靠性。

在实际结构设计中，考虑到加工余量和结构方面的需要，所述潜水轴流泵导叶轴面5进出口侧均适当向外延伸，满足加工余量和结构需要。

以上为本发明技术方案的具体说明，但是本发明专利并不局限于上述实施例，所有由本领域技术人员在本发明技术犯案的基础上所作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。

Claims (9)

1.潜水轴流泵导叶设计方法，其特征在于，以潜水轴流泵叶轮轮毂直径和叶轮外径为基础，来确定潜水轴流泵导叶的进口导叶轮毂直径D_h,进口导叶外径D₂，导叶进口倾斜角ε₁，导叶内侧扩散角α，导叶外侧扩散角β，导叶内流线长度l_α和导叶外流线长度l_β：

D_h=k₁d_h     （1）

D₂=k₂D₁     （2）

ε₁=arcsin(0.09n^0.19Q^0.32H^-0.29)     （3）

α=arccos(0.56n^0.21Q^0.33H^-0.32)     （4）

β=k₃α     （5）

$l_{\mathrm{\α}}=D_2\sin \frac{Z(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{3}---\left(6\right)$

$l_{\mathrm{\β}}=D_2\sin \frac{Z(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{3.2}---\left(7\right)$

式中：

D_h——进口导叶轮毂直径，米；

k₁——导叶轮毂系数，取值范围为1.0～1.1；

d_h——叶轮轮毂直径，米；

D₂——进口导叶外径，米；

k₂——导叶外径系数，取值范围为1.0～1.2；

D₁——叶轮外径，米；

ε₁——导叶进口倾斜角，度；

n——额定转速，转/分；

Q——设计工况点的流量，立方米/秒；

H——设计工况点的扬程，米；

α——导叶内侧扩散角，度；

β——导叶外侧扩散角，度；

k₃——扩散角系数，取值范围为0.6～1.0；

l_α——导叶内流线长度，米；

Z——导叶叶片数，取值范围为6～8；

l_β——导叶外流线长度，米。

2.根据权利要求1所述的潜水轴流泵导叶设计方法，其特征在于，比转速500～750，导叶轮毂系数k₁取1.07～1.1，导叶外径系数k₂取1.13～1.2，扩散角系数k₃取0.85～1.0，导叶叶片数Z=8。

3.根据权利要求1所述的潜水轴流泵导叶设计方法，其特征在于，比转速750～1000，导叶轮毂系数k₁取1.03～1.07，导叶外径系数k₂取1.07～1.13，扩散角系数k₃取0.72～0.85，导叶叶片数Z=7。

4.根据权利要求1所述的潜水轴流泵导叶设计方法，其特征在于，比转速1000～1600，导叶轮毂系数k₁取1.0～1.03，导叶外径系数k₂取1.0～1.07，扩散角系数k₃取0.6～0.72，导叶叶片数Z=6。

5.根据权利要求1所述的设计方法设计的潜水轴流泵导叶，其特征在于，所述潜水轴流泵导叶的进口导叶轮毂直径D_h,进口导叶外径D₂，导叶进口倾斜角ε₁，导叶内侧扩散角α，导叶外侧扩散角β，导叶内流线长度l_α和导叶外流线长度l_β：

D_h=k₁d_h     （1）

D₂=k₂D₁     （2）

ε₁=arcsin(0.09n^0.19Q^0.32H^-0.29)     （3）

α=arccos(0.56n^0.21Q^0.33H^-0.32)     （4）

β=k₃α（5）

$l_{\mathrm{\α}}=D_2\sin \frac{Z(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{3}---\left(6\right)$

$l_{\mathrm{\β}}=D_2\sin \frac{Z(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{3.2}---\left(7\right)$

式中：

k₁——导叶轮毂系数，取值范围为1.0～1.1；

d_h——叶轮轮毂直径，米；

k₂——导叶外径系数，取值范围为1.0～1.2；

D₁——叶轮外径，米；

n——额定转速，转/分；

Q——设计工况点的流量，立方米/秒；

H——设计工况点的扬程，米；

k₃——扩散角系数，取值范围为0.6～1.0；

Z——导叶叶片数，取值范围为6～8。

6.根据权利要求5所述的潜水轴流泵导叶，其特征在于，所述导叶外径D₂从进口处开始依据1/2导叶外侧扩散角β/2和导叶外流线长度l_β、按照线性关系均匀变大。

7.根据权利要求5所述的潜水轴流泵导叶，其特征在于，依据1/2导叶内侧扩散角α/2、导叶内流线长度l_α，叶轮轮毂直径从进口处开始按照线性关系均匀变大。

8.根据权利要求5所述的潜水轴流泵导叶，其特征在于，所述潜水轴流泵导叶的剖面翼型为791翼型。

9.根据权利要求5所述的潜水轴流泵导叶，其特征在于，所述潜水轴流泵导叶的厚度，由工作面向背面加厚，进出口端圆弧过渡。

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