CN103994099B - 一种复合式变曲率低比转速离心泵叶轮设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合式变曲率低比转速离心泵叶轮设计方法，该叶轮适用于管路增压、高扬程供水和市政工程等领域。它给出叶轮的主要几何尺寸参数叶轮外径D，叶轮进口直径D_j，叶轮出口宽度b，前弯叶片内径D_b，分流叶片倾斜角α₁，前弯叶片倾斜角α₂和叶片包角φ的设计公式。用本发明设计的复合式变曲率低比转速离心泵叶轮能够改善叶轮内部流动，提高叶轮在大流量工况点时的扬程和稳定性。

Description

一种复合式变曲率低比转速离心泵叶轮设计方法

技术领域

本发明专利涉及一种复合式离心泵叶轮设计方法，具体的说，涉及一种适用于增压和供水等场合的复合式变曲率低比转速闭式离心泵叶轮设计方法。

背景技术

作为一种具有广泛用途的离心泵型式，低比转速离心泵被广泛应用于管路增压、高扬程供水、草地喷洒、清洗和太阳能系统等场所，其具有流量小、扬程高和安装方便等特点。常规的低比转速离心泵在流量增大时，扬程会逐渐降低，叶轮内部流场容易产生较为明显的紊流和涡旋，泵机组的振动强度和运行不稳定性增大，无法持续在大流量工况点下稳定的运行和供水。因此，为了提高常规低比转速离心泵的运行范围和可靠性，其叶轮的结构型式和尺寸几何参数需要进行优化设计，而复合式离心泵叶轮则可以有效的改善上述问题。

本发明采用的复合式离心泵叶轮具有变曲率的后弯叶片结构和分流叶片，叶片采用直叶片型式，布置在叶轮外缘，可有效改善大流量工况点下的叶轮内部流动，减小叶轮内部轴向涡旋的影响，该叶轮具有较大的过流面积，提高了叶轮的输送能力和水力性能，叶轮扬程随着流量的增加而增大，扬程曲线变得较为平坦，叶轮运行较为稳定，可保证较大流量范围内的供压和介质输送能力，改善了常规低比转速离心泵在大流量工况点下的不稳定现象。

发明内容

本发明提供复合式变曲率低比转速离心泵叶轮设计方法。通过本发明提供的叶轮几何尺寸参数设计方法，可提高低比转速离心泵在大流量工况点下的水力性能和输送能力，提高了叶轮的扬程，扩大了泵的运行流量范围。本发明提供了叶轮主要几何尺寸参数叶轮外径D，叶轮进口直径D_j，叶轮出口宽度b，前弯叶片内径D_f，分流叶片倾斜角α₁，前弯叶片倾斜角α₂和叶片包角φ的设计公式：1、叶轮外径

其计算公式： $D=\frac{21.5\sqrt{2\mathrm{gH}}}{n}$

式中：D——叶轮外径，米；

g——重力加速度，米/平方秒；

H——叶轮设计工况点扬程，米；

n——叶轮转速，转/分钟。

2、叶轮进口直径

其计算公式： $D_j=k_j\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}$

式中：D_j——叶轮进口直径，米；

Q——叶轮设计工况点流量，立方米/秒；

n——叶轮转速，转/分钟；

k_j——修正系数，k_j＝3.2～4.5。

3、叶轮出口宽度

其计算公式： $b=(1-\frac{1}{k_b})\frac{\sqrt[3]{2\mathrm{gH}}}{n}$

b——叶轮出口宽度，米；

g——重力加速度，米/平方秒；

H——叶轮设计工况点扬程，米；

n——叶轮转速，转/分钟。

k_b——修正系数，k_d＝2.1～2.5。

4、前弯叶片内径

其计算公式：D_f＝k_dD

D_f——前弯叶片内径，米；

D——叶轮外径，米；

k_d——修正系数，k_d＝0.72～0.78。

5、分流叶片倾斜角

分流叶片倾斜角α₁＝18°～24°。

6、前弯叶片倾斜角

前弯叶片倾斜角α₂＝10°～16°。

7、叶片包角

叶片包角φ＝70°～82°。

本发明的有益效果是：采用该方法设计的低比转速离心泵叶轮具有良好的大流量工况点输送能力，扬程增大，扬程性能曲线更为平坦，可获得更为宽广的流量运行范围，叶轮内部流动得到改善，运行更加平稳和可靠。

本发明经用户试用，产品使用效果良好，大流量工况点的扬程和可运行流量范围均显著增大，提高了叶轮的水力性能和可靠性。

附图说明

图1是本发明一个实施例的叶轮轴面图；

图2是是同一个实施例的叶轮叶片平面图。

图中：1—叶轮外径D，2—叶轮进口直径Dj，3—后弯叶片，4—叶轮前盖板，5—叶轮出口宽度b，6—叶轮后盖板，7—前弯叶片内径D_f，8—分流叶片，9—前弯叶片，10—分流叶片倾斜角α₁，11—前弯叶片倾斜角α₂，12—叶片包角φ。

具体实施方式

图1和图2共同确定了这个实施例的叶轮形状和几何尺寸。这是一种闭式结构的复合式变曲率低比转速离心泵叶轮，叶轮前盖板(4)和叶轮后盖板(6)的径向尺寸和结构平直，轴向截面通过流道较宽，可允许一定大小的固体颗粒通过。分流叶片(8)和前弯叶片(9)分布在叶轮外缘，均采用直叶片型式，其中分流叶片(8)均匀分布在后弯叶片(3)之间，其叶片倾斜角分别为α₁和α₂。本发明通过以下几个关系式来确定叶轮外径(1)D，叶轮进口直径(2)D_j，叶轮出口宽度(5)b，前弯叶片内径(7)D_f，分流叶片倾斜角(10)α₁，前弯叶片倾斜角(11)α₂和叶片包角(12)φ。

$D=\frac{21.5\sqrt{2\mathrm{gH}}}{n}$

$D_j=k_j\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}$

$b=(1-\frac{1}{k_b})\frac{\sqrt[3]{2\mathrm{gH}}}{n}$

D_f＝k_dD

α₁＝18°～24°

α₂＝10°～16°

φ＝70°～82°

分流叶片倾斜角(10)、前弯叶片倾斜角(11)和叶片包角(12)的大小都与比转速n_s的大小有关，比转速越小，分流叶片倾斜角(10)和前弯叶片倾斜角(11)均选择较小值，其选择区间分别在18°～24°和10°～16°之间，叶片包角(10)则选择较大值，选择区间在70°～82°之间。

Claims (1)

1.一种复合式变曲率低比转速离心泵叶轮设计方法，提供了叶轮主要几何尺寸参数叶轮外径D，叶轮进口直径D_j，叶轮出口宽度b，前弯叶片内径D_f，分流叶片倾斜角α₁，前弯叶片倾斜角α₂和叶片包角φ的设计公式；其特征在于：叶轮的几何尺寸参数与其设计工况点的性能参数之间适合以下关系：

$D=\frac{21.5\sqrt{2\mathrm{gH}}}{n}$

$D_j=k_j\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}$

$b=(1-\frac{1}{k_b})\frac{\sqrt[3]{2\mathrm{gH}}}{n}$

D_f＝k_dD

α₁＝18°～24°

α₂＝10°～16°

φ＝70°～82°

式中：D是叶轮外径，米；g是重力加速度，米/平方秒；

H是叶轮设计工况点扬程，米；n是叶轮转速，转/分钟；

D_j是叶轮进口直径，米；Q是叶轮设计工况点流量，立方米/秒；

k_j是修正系数，k_j＝3.2～4.5；b是叶轮出口宽度，米；

k_b是修正系数，k_d＝2.1～2.5；D_f是前弯叶片内径，米；

k_d是修正系数，k_d＝0.72～0.78；α₁是分流叶片倾斜角，度；

α₂是前弯叶片倾斜角，度；φ是叶片包角，度。