CN104389810B - 一种多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法 - Google Patents

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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/181—Axial flow rotors

Abstract

本发明涉及一种多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法。将所述轴流叶轮的几何参数与所述轴流泵的多个工况的性能要求联系到一起，通过对叶片几何参数的调节而设计出一种能在多个工况下正常工作的轴流泵，本设计方法可以满足轴流泵的工作性能曲线与实际要求的性能曲线一致，尤其适用于泵在多个工况下正常运行的情况；同时通过控制泵的转速、比转速等参数，使泵在多相流工况下的多个工况时也能保持较高的效率。

Description

一种多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法
技术领域
本发明涉及流体机械，特别涉及一种多相混输轴流泵叶轮的设计方法。
背景技术
轴流泵在生产生活中广泛应用于农田排灌、市政棑给水工程、调水工程、电厂循环水工程等诸多方面，近年来在核电、喷水推进方面也得到了应用，因此高效率的轴流泵对能源的节约有重大意义。轴流泵的运行工况较多，例如市政排水工程中排给污水时，轴流泵会在固液两相下运行，核电站失水事故中，轴流泵会在汽液两相下运行。目前，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，常用的方法有升力法和圆弧法，这两种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。但是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，这对一个能源消耗大国十分不利。同时，轴流泵在多相流工况时，有时还要求轴流泵在多个工况点能满足一定的流量和扬程要求，而同时满足几个工况点的叶轮的设计方法较少。
发明内容
为了使轴流泵在多相流工况时具有较高的效率，同时又满足多个工况点的流量和扬程要求，本发明提出了一种多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法。
实现上述目的所采用的技术方案是:
一种多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法，其特征在于，设多个工况点的数量为m个， i为其中任意一个工况，所述叶轮的几何参数：叶轮轮毂直径Dh、叶轮型线高度h2、叶轮叶片出口安放角β2，与第i个工况点的性能参数流量Qi、扬程Hi满足以下关系式：
ΔH＝max(ΔH1,ΔH2,…,ΔHi,…,ΔHm)
ΔHi＝H-Hi'
式中：QBEP——最优效率工况点流量，立方米/秒；
HBEP——最优效率工况点扬程，米；
nsBEP——比转数；
D2BEP——按速度系数法设计的最优效率工况点叶轮外径，米；
Qi——第i工况点的流量，立方米/秒；
Hi'——传统速度系数设计法的第i工况点的扬程，米；
n——叶轮转速，转/分；
ΔH——各工况点对应的最优工况点的扬程差值；
H——扬程；
ΔHi——第i工况点的要求扬程与传统速度系数设计扬程的差值，米；
Dh——叶轮轮毂直径，米；
h2——叶轮型线高度，米；
β2——叶轮叶片出口安放角，度。
优选地，所述叶轮转速n控制在1800r/min～3000r/min范围以内。
优选地，采用变频器控制叶轮转速。
优选地，比转数nsBEP的取值范围为675～900。
优选地，所述叶轮的叶片出口安放角β2的取值范围为24°～35°，进口安放角β1的取值范围为15°～25°。
优选地，当性能曲线出现陡降时β1、β2取10°～18°，当性能曲线缓慢变化时β1、β2取18°～30°。
优选地，所述叶轮的叶片包角的取值范围为55°～85°，叶片数为2～6片。
本发明通过对所述叶轮的几何参数进行调节，而达到性能要求曲线尽可能的与泵设计曲线相接近的目的，同时使泵在多相工况下具有较高的效率。通过控制叶轮几个重要设计参数的设计方法，来实现多相混输泵的多工况和高效率要求。本发明的有益效果是：本发明所述的设计方法设计的轴流泵叶轮具有优秀的水力性能，能够使轴流泵在输送多相流介质时在多相流工况下的多个流量点时保持较高的效率，同时还能满足泵在多相流工况时的多各工况点的工作要求。
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
图1、图2、图3为本发明所述多工况设计方法设计得到的多相混输轴流泵叶轮，为了跟清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明做进一步的说明。
本发明提供的多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法，设多个工况点的数量为m个，i 为其中任意一个工况。
(1)根据泵对最优工况点的流量QBEP、最优效率工况点的扬程HBEP、叶轮转速n、最优效率工况点的比转数nsBEP、第i个工况点流量Qi、第i个工况点扬程Hi的要求来设计计算叶轮的几何参数，采用升力法设计轴流泵叶轮，并得到Q-H性能曲线的表达式及轴流泵叶轮的几何参数，利用Q-H性能曲线的表达式可以计算各要求工况点与该性能曲线的扬程差△Hi，最后重新建立△Hi与几何参数之间的关系，得到各个工况点性能与轴流泵叶轮主要几何参数之间的关系，将轴流泵叶轮的主要几何参数与不同工况点的性能参数联系到一起，使轴流泵的实际运行性能曲线与所要求性能曲线一致。最终，得到以下几个关系式来确定轴流泵叶轮的主要几何参数。
ΔH＝max(ΔH1,ΔH2,…,ΔHi,…,ΔHm)
ΔHi＝H-Hi'
式中：QBEP——最优效率工况点流量，立方米/秒；
HBEP——最优效率工况点扬程，米；
nsBEP——比转数；
D2BEP——按速度系数法设计的最优效率工况点叶轮外径，米；
Qi——第i工况点的流量，立方米/秒；
Hi'——传统速度系数设计法的第i工况点的扬程，米；
n——叶轮转速，转/分；
ΔH——各工况点对应的最优工况点的扬程差值；
H——扬程；
ΔHi——第i工况点的要求扬程与传统速度系数设计法扬程的差值，米；
Dh——叶轮轮毂直径，米；
h2——叶轮型线高度，米；
β2——叶轮叶片出口安放角，度。
(2)提高泵的叶轮转速
提高泵的叶轮转速可以使固相和气相的介质得到压头补偿，但过高的增压又将增大泵内两相分离的可能性。因此泵的叶轮转速控制在1800r/min～3000r/min范围以内，必要时可以辅以变频器实现对不同转数的需要。
(3)比转数的选择
比转数ns过高，将达不到泵送混合物的目的，并且有可能降低泵轴的刚性，增大泵的磨损几率。比转数ns过小，泵送相同物性和排量的介质所增加的压头就越高，但是气液两相或者固液两相分离现象将越严重。因此应该合理地选择泵的比转数ns。参考优秀模型泵的比转数，在其基础上进行一定范围了降低，比转数ns在675～900之间选择。
根据多个工况点的性能要求，将所述叶轮的叶片出口安放角β2在24°～35°之间调整，进口安放角β1在15°～25°间调整，当性能曲线出现陡降时β1、β2取10°～18°，当性能曲线缓慢变化时β1、β2取18°～30°。叶片包角在55°～85°之间选取，叶片数取2～6片。
以上，为本发明专利参照一个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 (7)

1.一种多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法，其特征在于，设多个工况点的数量为m个，i为其中任意一个工况，所述叶轮的几何参数：叶轮轮毂直径Dh、叶轮型线高度h2、叶轮叶片出口安放角β2，与第i个工况点的性能参数：流量Qi、扬程Hi满足以下关系式：
ΔH＝max(ΔH1,ΔH2,…,ΔHi,…,ΔHm)
ΔHi＝H-Hi'
式中：
QBEP——最优效率工况点流量，立方米/秒；
HBEP——最优效率工况点扬程，米；
nsBEP——比转数；
D2BEP——按速度系数法设计的最优效率工况点叶轮外径，米；
Qi——第i工况点的流量，立方米/秒；
Hi'——传统速度系数设计法的第i工况点的扬程，米；
n——叶轮转速，转/分；
ΔH——各工况点对应的最优工况点的扬程差值；
H——扬程；
ΔHi——第i工况点的要求扬程与传统速度系数设计扬程的差值，米；
Dh——叶轮轮毂直径，米；
h2——叶轮型线高度，米；
β2——叶轮叶片出口安放角，度；
D2——叶轮出口直径，米；
b2——叶片出口宽度，米。
2.根据权利要求1所述的多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法，其特征在于，所述叶轮转速n控制在1800r/min～3000r/min范围以内。
3.根据权利要求1所述的多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法，其特征在于，采用变频器控制叶轮转速。
4.根据权利要求1所述的多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法，其特征在于，比转数nsBEP的取值范围为675～900。
5.根据权利要求1所述的多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法，其特征在于，所述叶轮的叶片出口安放角β2的取值范围为24°～35°，进口安放角β1的取值范围为15°～25°。
6.根据权利要求1所述的多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法，其特征在于，当性能曲线出现陡降时β1、β2取10°～18°，当性能曲线缓慢变化时β1、β2取18°～30°。
7.根据权利要求1所述的多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法，其特征在于，所述叶轮的叶片包角的取值范围为55°～85°，叶片数为2～6片。
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