CN103994095B - 一种多相混输轴流泵叶轮的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多相混输轴流泵叶轮的设计方法，通过控制叶轮的型线高度h、轮毂直径D_h、叶片进口安放角β₁、叶片出口安放角β₂和叶片包角主要结构参数，使轴流泵在多相流工况、设计工况附近，能够同时满足设计扬程和拥有较高的效率的目的。本发明所述的设计方法设计的多相混输轴流泵叶轮能够保证轴流泵在多相工况设计流量点附近具有较高的效率和满足设计扬程的要求，以及较好的抗汽蚀性能，特别适用于轴流泵在多相流工况下工作的场合。

Description

一种多相混输轴流泵叶轮的设计方法

技术领域

本发明涉及一种轴流泵叶轮的设计方法，尤其是一种多相混输轴流泵叶轮的设计方法。

背景技术

轴流泵属于低扬程、大流量泵，其扬程范围是1～12m，流量为0.3～65m³/s，比转速500-1600，其应用范围很广，如农田灌溉、市政给排水、调水工程、电厂循环水工程等，早期常用的轴流泵叶轮水力设计方法都是针对轴流泵在单一的液相下工作的设计，常用升力法和圆弧法设计方法均以平面叶栅理论为基础，把复杂的空间流动简化为平面流动。当轴流泵输送的液体由单一的液相变为多相时，用普通方法设计出的轴流泵的扬程、效率会迅速下降，从而使轴流泵不能满足设计要求，同时也将大大的增加能源的消耗量，例如：在排污水时，轴流泵将会在固液两相下工作；在石油化工行业中，轴流泵在气液两相下工作。这对一个能源消耗大国十分不利，因此高效率的轴流泵对能源的节约有重大意义。

发明内容

为了克服现有轴流泵叶轮在多相工况下扬程和效率会迅速下降的问题，本发明提出了一种多相混输轴流泵叶轮的设计方法，不仅能提高轴流泵在单一液相下工作时的效率，而且还能使轴流泵在多相工况下，设计流量点附近同样能保持较高效率及设计扬程。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种多相混输轴流泵叶轮的设计方法，所述叶轮的型线高度h、轮毂直径D_h、叶片进口安放角β₁、叶片出口安放角β₂和叶片包角由以下公式确定：

$h=0.95lsin\left(\frac{{\mathrm{\β}}_1+{\mathrm{\β}}_2}{2}\right)---\left(1\right)$

$D_h=(0.9+0.21{n_s}^{0.32}{Q}^{0.27}{H}^{-0.47})D_{h0}---\left(2\right)$

${\mathrm{\β}}_1={\left(\frac{d_h}{D_h}\right)}^{-0.35}\arctan \frac{240Q}{{\mathrm{\π}}^{2}n(D_i^2-D_{h0}^2)}---\left(3\right)$

${\mathrm{\β}}_2={\left(\frac{d_h}{D_h}\right)}^{-0.56}\arctan \frac{325{\mathrm{QD}}_{i}n}{(D_i^2-D_{h0}^2)\left({\mathrm{\π}}^3{D}_i^2{n}^{2}2750gH\right)}---\left(4\right)$

式中：

h——型线高度，米；

β₁——叶片进口安放角，度；

β₂——叶片出口安放角，度；

——叶片包角，度；

l——翼型弦长，米；

Q——设计工况点的流量，立方米/秒；

n_s——比转速；

d_h——最小轮毂直径，米；

H——设计工况点的扬程，米；

D_h——最大轮毂直径，米；

D_h0——升力法设计的圆柱轮毂的轮毂直径，米；

D_i——叶轮轴面各截面直径，米；

n——叶轮转速，转/分；

g——重力加速度，米/平方秒。

优选地，比转速n_s>1000，所述叶片包角取值为

优选地，比转速n_s取值为500<n_s≤1000，所述叶片包角取值为

优选地，叶片的翼型厚度变化规律依据791翼型。

优选地，叶片的厚度翼型以型线为工作面向背面加厚。

本发明所述的多相混输轴流泵叶轮的设计方法设计的多相混输轴流泵叶轮，不仅能提高轴流泵在单一液相下工作时的效率，而且还能使轴流泵在多相工况下，设计工况点附近同样能保持较高效率、扬程、较好的抗汽蚀性能，同时又能满足设计流量点要求，提高了轴流泵的运行可靠性。本发明所述的多相混输轴流泵叶轮的设计方法设计的多相混输轴流泵叶轮经试验后，使用效果良好，能有效地节省投资、节约能源。

附图说明

图1是本发明所述设计方法设计的一个多相混输轴流泵实施例叶轮的结构示意图。

图2是同一个实施例叶轮叶片的翼型展开图。

图3是同一个实施例叶轮叶片的平面投影图。

图中：1-轮毂，2-叶片。

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。

图1所示为本发明所述的多相混输轴流泵叶轮的设计方法设计的多相混输轴流泵叶轮，所述叶轮的形状如图2和图3所示。安装所述叶轮的轴流泵在单一液相和多相流时，在设计工况点附近均能同时满足高效率和高抗汽蚀性能的要求。所述叶轮包括轮毂1和与轮毂1相连的叶片2，轮毂直径D_h、型线高度h、叶片进口安放角β₁、叶片出口安放角β₂分别为：

$h=0.95lsin\left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_1+{\mathrm{\&beta;}}_2}{2}\right)---\left(1\right)$

$D_h=(0.9+0.2{{\ln }_s}^{0.32}{Q}^{0.27}{H}^{-0.47})D_{h0}---\left(2\right)$

${\mathrm{\&beta;}}_1={\left(\frac{d_h}{D_h}\right)}^{-0.35}\arctan \frac{240Q}{{\mathrm{\&pi;}}^{2}n(D_i^2-D_{h0}^2)}---\left(3\right)$

${\mathrm{\&beta;}}_2={\left(\frac{d_h}{D_h}\right)}^{-0.56}\arctan \frac{325{\mathrm{QD}}_{i}n}{(D_i^2-D_{h0}^2)\left({\mathrm{\&pi;}}^3{D}_i^2{n}^{2}2750gH\right)}---\left(4\right)$

式中：

h——型线高度，米；

β₁——叶片进口安放角，度；

β₂——叶片出口安放角，度；

——叶片包角，度；

l——翼型弦长，米；

Q——设计工况点的流量，立方米/秒；

n_s——比转速；

d_h——最小轮毂直径，米；

H——设计工况点的扬程，米；

D_h——最大轮毂直径，米；

D_h0——升力法设计的圆柱轮毂的轮毂直径，米；

D_i——叶轮轴面各截面直径，米；

n——叶轮转速，转/分；

g——重力加速度，米/平方秒。

所述叶轮的叶片包角的取值范围为75°～95°，比转速n_s>1000)时，所述叶片包角比转速500<n_s≤1000时，所述叶片包角翼型厚度变化规律依据791翼型设计。当加厚时，以型线为工作面向背面加厚。

对叶片2的数量、进口冲角和出口冲角等参数，只要在不影响铸造和加工工艺的前提下，可以按照经验选取。

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。

Claims (5)

1.一种多相混输轴流泵叶轮的设计方法，所述叶轮的型线高度h，最大轮毂直径D_h，叶片进口安放角β₁，叶片出口安放角β₂和叶片包角由以下公式确定：

$h=0.95lsin\left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_1+{\mathrm{\&beta;}}_2}{2}\right)---\left(1\right)$

D_h＝(0.9+0.21n_s ^0.32Q^0.27H^-0.47)D_h0 (2)

${\mathrm{\&beta;}}_1={\left(\frac{d_h}{D_h}\right)}^{-0.35}arctan\frac{240Q}{{\mathrm{\&pi;}}^{2}n(D_i^2-D_{h0}^2)}---\left(3\right)$

${\mathrm{\&beta;}}_2={\left(\frac{d_h}{D_h}\right)}^{-0.56}arctan\frac{325{\mathrm{QD}}_{i}n}{(D_i^2-D_{h0}^2)\left({\mathrm{\&pi;}}^2{D}_i^2{n}^{2}2750gH\right)}---\left(4\right)$

式中：

h——型线高度，米；

β₁——叶片进口安放角，度；

β₂——叶片出口安放角，度；

——叶片包角，度；

l——翼型弦长，米；

Q——设计工况点的流量，立方米/秒；

n_s——比转速；

d_h——最小轮毂直径，米；

H——设计工况点的扬程，米；

D_h——最大轮毂直径，米；

D_h0——升力法设计的圆柱轮毂的轮毂直径，米；

D_i——叶轮轴面各截面直径，米；

n——叶轮转速，转/分；

g——重力加速度，米/平方秒。

2.根据权利要求1所述的多相混输轴流泵叶轮的设计方法，其特征在于，比转速n_s>1000，所述叶片包角取值为

3.根据权利要求1所述的多相混输轴流泵叶轮的设计方法，其特征在于，比转速n_s取值为500<n_s≤1000，所述叶片包角取值为

4.根据权利要求1所述的多相混输轴流泵叶轮的设计方法，其特征在于，叶片的翼型厚度变化规律依据791翼型。

5.根据权利要求1所述的多混输相轴流泵叶轮的设计方法，其特征在于，叶片加厚时，以叶片型线为工作面向背面加厚。