CN103982460A - 一种气液两相混输泵的水力设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气液两相混输泵的水力设计方法。本发明利用以下几个关系式来确定混输泵叶轮结构的主要几何参数，主要包括：进口直径D₁、轮毂比叶片进口角β_y1、叶片角β_y2、翼型安放角β_cy、叶片进口后掠角θ₁、叶片进口后掠角半径R、叶片轮缘包角叶片轮毂包角叶轮导程S，叶轮螺距P等。此处以某型泵为例说明：主要参数流量Q：250m³/h、扬程H：40m、转速1480r/min。本发明可以很好地输送气液两相流，效率也有一定的提高，使该泵能高效工作，满足用户对安全性的需求。

Description

一种气液两相混输泵的水力设计方法

技术领域

本发明涉及一种气液两相混输泵的设计方法，特别涉及一种高效率气液两相混输泵的水力设计方法。

背景技术

泵类是一种应用非常广泛的通用机械，种类甚多、国内要求非常巨大，而且据有关部门统计泵类产品耗能约占全社会总能耗的21％。混输泵是其中非常重要在很多领域都广泛应用的产品，约占总数10％。随着海上油田的开发，气液混输泵以其有效的工作形式和经济效益成为研究的热点。气液混输泵输送两相介质，其内部流动复杂，需要其具有稳定的性能和避免两相介质在泵的输送中分离，目前国内外对气液两相混输泵的设计尚未成熟的设计理论作为指导。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种气液两相混输泵水力设计方法。通过采用本发明设计的混输泵的水力设计方法，计算出该泵叶轮实用的所有参数。

实现上述目的所采用的技术方案是:

(1)确定叶轮的进口尺寸：

试验中泵的流量:Q＝200～400m³/h，泵的进口直径取:D＝180mm；

$D_0=K_0\sqrt[3]{\frac{Q}{{\mathrm{n\η}}_v}}$

$D_1=2.9\sqrt[3]{\frac{Q}{\mathrm{n\φ}}}$

$\stackrel{\‾}{d_h}=\frac{d_h}{D_1}$

式中：

D₀—进口当量直径，mm；

D₁—进口直径，mm；

d_h—轮毂直径，mm；

—轮缘比。

(2)确定叶片进出口角：

$u=\frac{{\mathrm{\πD}}_{1}n}{60}$

${\mathrm{\β}}_{y1}=\arctan \frac{v_m}{u}$

β_y1＝β'_y1+△β_y1

$v_{u2}=\frac{\mathrm{gH}}{u_2{\mathrm{\η}}_h}$

β_y2＝(1.05～1.20)β_y1

${\mathrm{\β}}_{h1}=\arctan \frac{D_y\tan {\mathrm{\β}}_{y1}}{d_h}$

${\mathrm{\β}}_{h2}=\arctan \frac{D_y\tan {\mathrm{\β}}_{y2}}{d_h}$

式中：v_m—进口轴面速度，m/s；

u—进口圆周速度，m/s；

β_y1′—轮缘进口直径相对液流角，°；

β_y1—轮缘进口叶片角，°；

H—叶轮扬程，m；

u₂—出口直径的圆周速度，m/s；

—出口直径的绝对速度圆周分量，m/s；

β_y2—轮缘出口直径叶片角，°；

β_h1—轮毂进口叶片角，°；

β_h2—轮毂出口叶片角，°。

(3)确定翼型安放角包角和曲率半径：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{cy}}=\frac{{\mathrm{\β}}_{y2}+{\mathrm{\β}}_{y1}}{2}$

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{ch}}=\frac{{\mathrm{\β}}_{h2}+{\mathrm{\β}}_{h1}}{2}$

$R=\frac{1-2\stackrel{\‾}{d_h}\cos {\mathrm{\θ}}_1+{d_h}^2}{4\×(1-\stackrel{\‾}{d_h}\cos {\mathrm{\θ}}_1)}{D}_1$

S＝πD_ytanβ_cy

$P=\frac{S}{z}$

L₁＝(6～10)δ

L₂＝(4～6)δ

式中：β_cy—轮缘翼型安放角，°；

β_ch—轮毂翼型安放角，°；

θ₁—叶片进口后掠角，°；

R—叶片进口后掠角半径，mm；

l/t—翼型叶栅稠密度；

z—叶片数；

—叶片轮缘包角，°；

—叶片轮毂包角，°；

S—叶轮导程，mm；

P—叶轮螺距，mm；

h_y—叶轮叶片轴向高度，mm；

δ—叶缘厚度，mm；

α₂—叶片表面夹角，°；

L₁—进口打磨的长度，mm；

L₂—出口打磨的长度，mm。

根据以上步骤，我们可以得到一种叶轮气液混输泵的水力设计方法。

本发明的有益效果是：通过采用本发明设计的气液混输泵，可以很好地输送气液两相混合流，并降低气液分散，使气液混输泵能高效工作。

附图说明

图1是本发明一个实施例的混输泵叶轮的剖面图；

图2是本发明一个实施例的混输泵叶轮平面投影图；

图3是本发明一个实施例的叶轮的轮缘展开图；

图4是本发明一个实施例的叶轮的轮毂展开图；

图5是本发明一个实施例的叶轮的叶片展开图；

图6是本发明一个实施例的叶轮叶片进出口边剖面图。

图中：1.叶轮叶片外径D_y，2.叶轮轮毂外径D₁，3.轮缘轴向高度h₁，4.叶片法向厚度δ，5.叶轮螺距P，6.叶片进口后掠角θ₁，7.轮缘翼型安放角β_cy，8.轮毂翼型安放角β_ch，9.进口打磨的长度L₁，10.出口打磨的长度L₂。

具体实施方式

如图1至图6所示，共同确定了该实施例的混输泵的叶轮形状。本发明利用以下几个关系式来确定该混输泵叶轮的主要几何参数的计算公式，主要包括：进口直径D₁、轮毂比叶片进口角β_y1、叶片角β_y2、翼型安放角β_cy、叶片进口后掠角θ₁、叶片进口后掠角半径R、叶片轮缘包角叶片轮毂包角叶轮导程S，叶轮螺距P等。此处以某型泵为例说明：主要参数流量Q：250m³/h、扬程H：40m、转速1480r/min。

关系式如下：

$D_0=K_0\sqrt[3]{\frac{Q}{{\mathrm{n\η}}_v}}=5.0\sqrt[3]{\frac{250/3600}{1480\×0.95}}=183.5\mathrm{mm};$ 取η_v＝0.9～0.95

$D_1=\sqrt{{D_0}^2+{d_h}^2}=\sqrt{{183.5}^2+{80}^2}=200\mathrm{mm}$

$\stackrel{\‾}{d_h}=\frac{d_h}{D_1}=\frac{80}{200}=0.4$

$u=\frac{{\mathrm{\πD}}_{1}n}{60}=15.50$

$v_{u2}=\frac{\mathrm{gH}}{u_2{\mathrm{\η}}_h}=28.13$

β_y2＝(1.05～1.20)×β_y2＝13°

$R=\frac{1-2\stackrel{\‾}{d_h}\cos {\mathrm{\θ}}_1+{d_h}^2}{4\×(1-\stackrel{\‾}{d_h}\cos {\mathrm{\θ}}_1)}{D}_1=65\mathrm{mm}$

S＝πD_ytanβ_cy＝π×200×tan12.5°＝139.5mm

$P=\frac{S}{z}=\frac{139.5}{3}=46.5\mathrm{mm}$

δ＝(1.5～3)；从进口到出口逐渐过渡变厚

L₁＝(6～10)δ＝15mm；取δ＝2,α₂＝4°

L₂＝(4～6)δ＝10mm

该混输泵的导叶叶片数取13，此时导叶的效率最高，还有利于气液两相流的输送，通过采用本发明设计的气液混输泵，可以很好地输送气液两相流，效率也有一定的提高，使该泵能高效工作，满足用户对安全性的需求。

以上，为本发明专利参照实施例做出的具体说明，但是本发明并不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其他实施例或变形例。

Claims (3)

1.一种气液两相混输泵的水力设计方法，其特征在于：气液两相混输泵的主要结构参数适合以下几个等式的关系：

试验中泵的流量:Q＝200～400m³/h，泵的进口直径取:D＝180mm；

$D_0=K_0\sqrt[3]{\frac{Q}{{\mathrm{n\η}}_v}}$

$D_1=2.9\sqrt[3]{\frac{Q}{\mathrm{n\φ}}}$

$\stackrel{\‾}{d_h}=\frac{d_h}{D_1}$

式中：

D₀—进口当量直径，mm；

d_h—轮毂直径，mm；

D₁—进口直径，mm；

—轮缘比。

2.如权利要求1所述气液两相混输泵的水力设计方法，其主要特征在于：该泵的叶轮叶片进出口角度参数主要适合以下几个等式的关系：

$u=\frac{{\mathrm{\πD}}_{1}n}{60}$

${{\mathrm{\β}}_{y1}}^{\′}=\arctan \frac{v_m}{u}$

${\mathrm{\β}}_{y1}={\mathrm{\β}}_{y1}^{\′}+{\mathrm{\Δ\β}}_{y1}$

$v_{u2}=\frac{\mathrm{gH}}{u_2{\mathrm{\η}}_h}$

β_y2＝(1.05～1.20)xβ_y1

${\mathrm{\β}}_{h1}=\arctan \frac{D_y\tan {\mathrm{\β}}_{y1}}{d_h}$

${\mathrm{\β}}_{h2}=\arctan \frac{D_y\tan {\mathrm{\β}}_{y2}}{d_h}$

式中：v_m—进口轴面速度，m/s；

u—进口圆周速度，m/s；

β_y1′—轮缘进口直径相对液流角，°；

β_y1—轮缘进口叶片角，°；

H—叶轮扬程，m；

u₂—出口直径的圆周速度，m/s；

—出口直径的绝对速度圆周分量，m/s；

β_y2—轮缘出口直径叶片角，°；

β_h1—轮毂进口叶片角，°；

β_h2—轮毂出口叶片角，°。

3.如权利要求1或2所述的气液两相混输泵的水力设计方法，其主要特征在于：该混输泵的翼型安放角包角和曲率半径适合以下几个等式的关系：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{cy}}=\frac{{\mathrm{\β}}_{y2}+{\mathrm{\β}}_{y1}}{2}$

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{ch}}=\frac{{\mathrm{\β}}_{h2}+{\mathrm{\β}}_{h1}}{2}$

$R=\frac{1-2\stackrel{\‾}{d_h}\cos {\mathrm{\θ}}_1+{d_h}^2}{4\×(1-\stackrel{\‾}{d_h}\cos {\mathrm{\θ}}_1)}{D}_1$

S＝πD_ytanβ_cy

$P=\frac{S}{z}$

L_l＝(6～10)δ

L₂＝(4～6)δ

式中：β_cy—轮缘翼型安放角，°；

β_ch—轮毂翼型安放角，°；

θ₁—叶片进口后掠角，°；

R—叶片进口后掠角半径，mm；

l/t—翼型叶栅稠密度；

z—叶片数；

—叶片轮缘包角，°；

—叶片轮毂包角，°；

S—叶轮导程，mm；

P—叶轮螺距，mm；

h_y—轮缘轴向高度，mm；

h_h—轮毂轴向高度，mm；

δ—叶缘厚度，mm；

α₂—叶片表面夹角，°；

L₁—进口打磨的长度，mm；

L₂—出口打磨的长度，mm。