CN104912853A - 一种无阻塞泵的水力设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无阻塞喷射泵的水力设计方法，设计一台有较好无阻塞性能和较高效率的无阻塞泵，本发明通过模拟计算，分析无阻塞喷射泵的各项参数对其效率、无阻塞性能和汽蚀性能的影响，并给出了保证无阻塞泵良好性能各项参数的计算公式。所述的无阻塞泵主要由喷嘴(1)、喉管(2)、扩散管(3)三部分组成，其主要设计以下几个关键参数，主要包括：喷嘴规格，面积比R，流量比q，喉嘴距L_c，喉管的长度L，喉部进口过渡半径R_1、R₂和喉管入口处摩擦阻力系数等，在给出相应的设计要求参数(流量Q、扬程H等)情况下，实现上述目的，其优点是：无阻塞性能好，效率高，适用范围更广泛。

Description

一种无阻塞泵的水力设计方法

技术领域

本发明涉及一种无阻塞泵的水力设计方法，主要涉及一种具有高效率和高汽蚀性能的无阻塞泵的水力设计方法。

背景技术

无阻塞泵是一种流体输送机械及混合反应设备,其特点是本身没有运动部件,结构简单,且工作可靠,密封性好,适宜在高温、高压、真空、放射和水下等特殊条件下工作。无阻塞泵通过高速射流提升低速被吸液体的能量,从而增加整体压能,将与其他工作泵组合使用,可提高整个装置的吸程,改善汽蚀性能。正是由于这一系列优点,无阻塞泵在农牧渔业、水利电力、交通运输和环境保护等国民经济各部门都有广泛的应用。然而国内关于无阻塞泵的研究起步较晚，目前国内相关资料还没有一种确切的关于无阻塞泵水力设计方法，本发明将无阻塞泵的水力设计方法公式化，且针对无阻塞泵的效率和汽蚀性能进行优化。

发明内容

本发明的目的是给出一种无阻塞泵的水力设计方法，设计一台有较高效率且有较好无阻塞性能的无阻塞泵，本发明通过模拟计算，分析无阻塞泵的各项参数对其效率和汽蚀性能的影响，并给出了保证无阻塞泵良好性能各项参数的计算公式。

本发明主要设计以下几个关键参数，主要包括：喷嘴规格，面积比R，流量比q，喉嘴距L_c，喉管的长度L，喉管入口处摩擦阻力系数等，在给出相应的设计要求参数(流量Q、扬程H等)情况下，实现上述目的，采用的设计方法如下：

1.首先根据计算出无因此压力比P，根据无因此特性曲线求得无因此流量比M，求得所需要的动力液流量q₁，喷嘴规格和面积比R的确定是确定喉管规格的依据，计算所需喷嘴的截面积F_j公式如下：

$F_j=0.00878\·Q_1\·{\left(\frac{2(p_1-p_3)}{{\mathrm{\ρ}}_1}\right)}^{\frac{-1}{2}}$

式中F_j—喷嘴过流面积，mm²；

Q₁—动力液流量，m³/d；

p₁—动力液进口压力，MPa；

p₃—吸入液进口压力，MPa；

ρ₁—动力液密度，Kg/m³；

2.无阻塞泵的喉部面积比0.2—0.4，取R＝0.3时无阻塞泵的效率最高，因此无阻塞泵的喉部面积F_t由以下公式确定：

F_j＝R·F_t＝0.3F_t

$\mathrm{Re}=\frac{{\mathrm{vd}}_3}{\mathrm{\ν}}$

式中F_j—喷嘴过流面积，mm²；

F_t—喉部过流面积，mm²；

R—面积比；

d₃—喉管直径，mm；

Re—雷诺数；

3.最优喉管长度L的确定公式如下：

$L=(0.29\frac{1}{R}+3.65d_3)$

式中L—最优喉管长度，mm；

d₃—喉管直径，mm；

R—面积比；

4.喷嘴距L_c对工作流体和和被吸流体的混合的影响很大，对泵性能的影响也相当明显，喷嘴距过大其混合过程可能从吸入室就已经开始，使效率有所下降，喷嘴距过大，无阻塞泵的汽蚀性能更好，最优喉嘴距的确定公式如下：

$L_c=(-0.044\frac{1}{R}+0.67)d_3$

式中L_c—最优喉嘴距，mm；

d₃—喉管直径，mm；

R—面积比；

4.喉管入口处摩擦损失和局部阻力损失对无阻塞泵的性能影响很大，在喉管入口圆弧过渡，加大喉部进口面积，降低弯管处的局部阻力损失，并进行精加工，尽量减少磨阻损失。喉部进口处设计公式如下：

R₁＝(0.8～1.1)D₀

R₂＝(1.15～1.3)D₀

式中D₀—进入管直径，mm；

R₁—喉部进口过渡半径，mm；

R₂—喉部进口过渡半径，mm；

本发明无阻塞泵的水力设计方法的有益效果如下：经试验验证，相应流量Q、扬程H条件下，在该设计方法下的各项参数，泵的无阻塞性能、效率和汽蚀性能都非常优秀。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构简图

图中：1.喷嘴规格，2.面积比R，3.流量比q，4.喉嘴距L_c，5.喉管的长度L，6.喉部进口过渡半径R_1、R₂等。

具体实施方式

下面将提供本发明方法的具体实施过程，步骤如下：

计算所需喷嘴的截面积F_j、F_t根据所要求的离心泵扬程H、流量Q、动力液进口压力，吸入液进口压力等采用公式(1)、(2)确定，如下：

$F_j=0.00878\·Q_1\·{\left(\frac{2(p_1-p_3)}{{\mathrm{\ρ}}_1}\right)}^{\frac{-1}{2}}---\left(1\right)$

F_j＝R·F_t＝0.3F_t    (2)

最优喉管长度L由公式(3)确定，如下：

$L=(0.30\frac{1}{R}+3.65d_3)---\left(3\right)$

最优喉嘴距由公式(4)确定，如下：

$L_c=(-0.044\frac{1}{R}+0.67)d_3---\left(4\right)$

喉部进口处圆弧过渡由公式(5)、(6)确定，如下：

R₁＝0.95D₀    (5)

R₂＝1.15D₀    (6)

喉管入口处摩擦损失对无阻塞泵的性能影响很大，在喉管入口圆弧过渡，并进行精加工，尽量减少磨阻损失。

在该设计方法设计出的无阻塞泵同一实验条件下按照《GB3216-1989离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵的实验方法》规定的实验方法获取本发明在设计工况下的水力效率，比传统设计方法的无阻塞泵水力效率高2％-5％，且汽蚀性能更优。

Claims (4)

1.一种无阻塞泵的水力设计方法，所述的无阻塞泵主要由喷嘴(1)、喉管(2)、扩散管(3)三部分组成，无阻塞泵的性能主要和喷嘴规格，面积比R，流量比q，喉嘴距Lc，喉管的长度L，喉管入口处摩擦阻力系数等有关，通过模拟计算，分析无阻塞泵的各项参数对其效率和汽蚀性能的影响，根据设计要求流量Q，扬程H等参数，所设计无阻塞泵的性能参数喷嘴规格，面积比R，流量比q，喉嘴距L_c，喉管的长度L等由以下公式确定：

首先根据计算出无因此压力比P，根据无因此特性曲线求得无因此流量比M，求得所需要的动力液流量q₁，喷嘴规格和面积比R的确定是确定喉管规格的依据，计算所需喷嘴的截面积F_j公式如下：

式中F_j—喷嘴过流面积，mm²；

Q₁—动力液流量，m³/d；

p₁—动力液进口压力，MPa；

p₃—吸入液进口压力，MPa；

ρ₁—动力液密度，Kg/m³；

无阻塞泵的喉部面积比取0.2—0.4，取R＝0.3时无阻塞泵的效率最高，且保证泵的无阻塞性能，因此无阻塞泵的喉部面积F_t由以下公式确定：

F_j＝R·F_t＝(0.2～0.4)F_t

式中F_j—喷嘴过流面积，mm²；

F_t—喉部过流面积，mm²；

R—面积比；

d₃—喉管直径，mm；

Re—雷诺数。

2.如权利要求1所述的水力设计方法，其特征在于，根据流体在喉管内压力的变化，最优喉管长度L和面积比有关，最优喉管长度L的确定公式如下：

式中L—最优喉管长度，mm；

d₃—喉管直径，

R—面积比。

3.如权利要求1宿舍的水力设计方法，其特征在于，喷嘴距L_c对工作流体和和被吸流体的混合的影响很大，对泵性能的影响也相当明显，喷嘴距过大其混合过程可能从吸入室就已经开始，使效率有所下降，喷嘴距过大，无阻塞泵的汽蚀性能更好，最优喉嘴距的确定公式如下：

式中L_c—最优喉嘴距，mm；

d₃—喉管直径，mm；

R—面积比。

4.如权利要求1所述的水力设计方法，其特征在于，喉管入口处摩擦损失和局部阻力损失对无阻塞泵的性能影响很大，在喉管入口圆弧过渡，加大喉部进口面积，降低弯管处的局部阻力损失：

R₁＝(0.8～1.1)D₀

R₂＝(1.15～1.3)D₀

式中D₀—进入管直径，mm；

R₁—喉部过渡半径，mm；

R₂—喉部过渡半径，mm。