CN104500438A - 一种两相流泵的水力设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两相流泵的水力设计方法。本发明利用以下几个关系式来确定该两相流泵叶轮结构的主要几何参数，主要包括：进口直径D_y、轮毂比叶片轮缘进口角β_y1、叶片轮缘出口角β_y2、叶片轮毂进口角β_h1、叶片轮毂出口角β_h2、轮缘翼型安放角β_cy、轮毂翼型安放角β_ch、叶片叶缘包角叶片型线半径R、叶轮螺距P，叶片表面夹角α等。本发明是参考诱导轮和轴流泵设计方法，对诱导轮的结构进行了重新设计，新的结构形式既保证其运输气液混合体的特性，又其保证流量和效率，使该两相流泵能高效工作，满足用户对安全性的需求。

Description

一种两相流泵的水力设计方法

技术领域

本发明涉及一种气两相流泵的水力设计方法，主要是一种既能运输气液混合相又能保证所需流量和效率的水力设计方法。

背景技术

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％。离心泵是其中应用最多的产品，约占总数70％。随着海上油田的开发，两相流泵以其有效的工作形式和经济效益成为研究的热点。两相流泵输送两相介质，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，目前国内外对两相流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，本发明提供了一种两相流泵水力设计方法。该两相流泵是参考诱导轮和轴流泵设计方法，设计其结构形式，即保证其运输气液混合体的特性，又其保证流量和效率，使该混输泵能高效工作，满足用户对安全性的需求。

实现上述目的所采用的设计方法是:

1.确定叶轮的进口尺寸：

$D_0=K_1\sqrt[3]{\frac{Q}{n{\mathrm{\η}}_v}}$

$D_y=\sqrt{D_0^2+d_h^2}$

式中：

D₀—两相流泵进口当量直径，mm；

D_y—两相流泵进口直径，mm；

Q—两相流泵的设计流量，m³/h；

n—转速，r/min；

K₁—经验系数，通常取4.5～5.5；

η_v—容积效率，通常取0.93～0.98；

2.确定叶轮叶进出口叶片角参数

${\mathrm{\β}}_{h1}=\arctan \frac{1.25D_y\tan {\mathrm{\β}}_{y1}}{d_h}$

β_y2＝β_y1+10°～15°

β_h2＝β_h1+6°～10°

式中：

β_y1—轮缘进口叶片角，°；

d_h—两相流泵轮毂直径，mm；

D_y—两相流泵进口直径，mm；

Δβ_y1—轮缘进口修正角，通常1°～3°；

—叶片排挤系数，通常取0.93～0.96；

β_h1—轮毂进口叶片角，°；

β_y2—轮缘出口叶片角，°；

β_h2—轮毂出口叶片角，°；

3.确定翼型安放角包角和曲率半径

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{Ly}}=\frac{1}{2}({\mathrm{\β}}_{y2}+{\mathrm{\β}}_{y1})$

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{Lh}}=\frac{1}{2}({\mathrm{\β}}_{h2}+{\mathrm{\β}}_{h1})$

$R=\frac{1+\stackrel{\‾}{d_h}+{\stackrel{\‾}{d}}_h^2}{2\×(2+\stackrel{\‾}{d_h})}{D}_y$

式中：

β_Ly—轮缘翼型安放角，°；

β_Lh—轮毂翼型安放角，°；

β_h1—轮毂进口叶片角，°；

β_y1—轮缘进口叶片角，°；

β_y2—轮缘出口叶片角，°；

β_h2—轮毂出口叶片角，°；

—叶片轮缘包角，°；

—两相流泵轮毂比d_h/D_y；

—翼型叶栅稠密度；

z—叶片数；

R—叶片进口后掠角半径，mm；

4.确定该两相流泵的螺距和叶缘设计参数

$P=\frac{{\mathrm{\πD}}_y\tan {\mathrm{\β}}_{\mathrm{Ly}}}{z}$

α＝4°

$L_1=\frac{\mathrm{\δ}}{\sin {\mathrm{\γ}}_1}$

$L_2=\frac{\mathrm{\δ}}{\sin {\mathrm{\γ}}_2}$

式中：

P—叶轮螺距，mm；

δ—叶缘厚度，mm；

α—叶片表面夹角，°；

γ₁—进口叶片流面夹角，通常取5°～7°；

γ₂—出口叶片流面夹角，通常取7°～9°；

L₁—叶缘进口打磨的长度，mm；

L₂—叶缘出口打磨的长度，mm；

根据以上步骤，我们可以得到一种叶轮两相流泵的水力设计方法。

本发明的有益效果是：通过采用本发明设计的两相流泵，可以很好地输送气液两相混合流，并降低气液分散，并能保证一定的流量和效率，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叶轮的轴面投影图

图2是本发明一个实施例的两相流泵叶轮的剖面图

图3是本发明一个实施例的两相流泵叶轮平面投影图

图4是本发明一个实施例的叶轮的轮缘展开图

图5是本发明一个实施例的叶轮的轮毂展开图

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d_h，3.轮缘轴向高度h_y，4.轮毂轴向高度h_h，5.叶片法向厚度δ，6.叶轮螺距P，7.叶片进口后掠角θ₁，8.轮缘翼型安放角β_Ly，9.轮毂翼型安放角β_Lh，10.进口打磨的长度L₁，11.出口打磨的长度L₂。

具体实施方式

图2、图3、图4、图5和图6共同确定了这个实施例的两相流泵的叶轮形状。本发明利用以下几个关系式来确定该两相流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_Ly、叶片进口后掠角半径R、叶片轮缘包角叶轮螺距P等。

计算两相流泵进口直径 $D_0=K_1\sqrt[3]{\frac{Q}{n{\mathrm{\η}}_v}}$

$D_y=\sqrt{D_0^2+d_h^2}$

计算进出口叶片角参数

${\mathrm{\β}}_{h1}=\arctan \frac{1.25D_y\tan {\mathrm{\β}}_{y1}}{d_h}$

β_y2＝β_y1+10°

β_h2＝β_h1+10°

计算翼型安放角参数 ${\mathrm{\β}}_{\mathrm{Ly}}=\frac{1}{2}({\mathrm{\β}}_{y2}+{\mathrm{\β}}_{y1})$

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{Lh}}=\frac{1}{2}({\mathrm{\β}}_{h2}+{\mathrm{\β}}_{h1})$

计算叶片包角和型线半径

$R=\frac{1+\stackrel{\‾}{d_h}+{\stackrel{\‾}{d}}_h^2}{2\×(2+\stackrel{\‾}{d_h})}{D}_y$

计算两相流泵的螺距和叶缘参数

$P=\frac{{\mathrm{\πD}}_y\tan {\mathrm{\β}}_{\mathrm{Ly}}}{z}$

α＝4°

$L_1=\frac{\mathrm{\δ}}{\sin {\mathrm{\γ}}_1}$

$L_2=\frac{\mathrm{\δ}}{\sin {\mathrm{\γ}}_2}$

通过采用本发明设计的两相流泵，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 (6)

1.一种两相流泵的水力设计方法，其特征在于：该两相流泵的主要结构参数适合以下等式的关系：

式中：

D₀—两相流泵进口当量直径，mm；

D_y—两相流泵进口直径，mm；

Q—两相流泵的设计流量，m³/h；

n—转速，r/min；

K₁—经验系数，通常取4.5～5.5；

η_v—容积效率，通常取0.93～0.98。

2.如权利要求1所述的两相流泵，其主要特征在于：该泵的叶轮叶进口叶片角参数主要适合以下几个等式的关系：

式中：

β_y1—轮缘进口叶片角，°；

d_h—两相流泵轮毂直径，mm；

D_y—两相流泵进口直径，mm；

Δβ_y1—轮缘进口修正角，通常1°～3°；

—叶片排挤系数，通常取0.93～0.96；

β_h1—轮毂进口叶片角，°。

3.如权利要求1所述的两相流泵，其主要特征在于：该泵的叶轮出口叶片角参数主要适合以下几个等式的关系：

β_y2＝β_y1+(10°～15°)

β_h2＝β_h1+(6°～10°)

式中：

β_y2—轮缘出口叶片角，°；

β_h2—轮毂出口叶片角，°；

β_y1—轮缘进口叶片角，°；

β_h1—轮毂进口叶片角，°。

4.如权利要求1所述的两相流泵其主要特征在于：该两相流泵的翼型安放角包角适合以下几个等式的关系：

式中：

β_Ly—轮缘翼型安放角，°；

β_Lh—轮毂翼型安放角，°；

β_y2—轮缘出口叶片角，°；

β_h2—轮毂出口叶片角，°；

β_y1—轮缘进口叶片角，°；

β_h1—轮毂进口叶片角，°。

5.如权利要求1所述的两相流泵其主要特征在于：该两相流泵的叶片包角和型线半径适合以下几个等式的关系：

式中：

—叶片轮缘包角，°；

β_Ly—轮缘翼型安放角，°；

β_Lh—轮毂翼型安放角，°；

D_y—两相流泵进口直径，mm；

—两相流泵轮毂比d_h/D_y；

—翼型叶栅稠密度；

z—叶片数；

R—叶片型线半径，mm。

6.如权利要求1所述的两相流泵其主要特征在于：该两相流泵的螺距和叶缘的设计适合以下几个等式的关系：

α＝4°

式中：

P—叶轮螺距，mm；

D_y—两相流泵进口直径，mm；

δ—叶缘厚度，mm；

α—叶片表面夹角，°；

γ₁—进口叶片流面夹角，通常取5°～7°；

γ₂—出口叶片流面夹角，通常取7°～9°；

L₁—叶缘进口打磨的长度，mm；

L₂—叶缘出口打磨的长度，mm。