CN104912853B - 一种无阻塞泵的水力设计方法 - Google Patents
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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Lc,喉管的长度L,喉部进口过渡半径R1、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
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,喷嘴过流面积与喉部过流面积的喉部面积比R,喉嘴距Lc,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.首先根据无因次特性曲线求得无因次流量比M,求得所需要的动力液流量Q1,喷嘴规格,和喷嘴过流面积与喉部过流面积的喉部面积比R的确定是确定喉管规格的依据,计算所需喷嘴过流面积Fj公式如下:
式中Fj—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至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过流面积Ft由以下公式确定:
Fj=R·Ft=0.3Ft
式中Fj—喷嘴过流面积,mm2;
Ft—喉部过流面积,mm2;
R—喉部面积比;
v—代表平均流速;
ν—代表运动粘度;
d3—喉管直径,
Re—雷诺数;
3.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—喉部面积比;
4.喉嘴距Lc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,喉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,喉嘴距过大,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Lc—最优喉嘴距,mm;
d3—喉管直径,
R—喉部面积比;
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—喉管入口内侧过渡半径,mm;
R2—喉管入口外侧过渡半径,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,2.喉管,3.扩散管。
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Fj、Ft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:
Fj=R·Ft=0.3Ft (2)
最优喉管长度L由公式(3)确定,如下:
最优喉嘴距由公式(4)确定,如下:
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 (1)
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,喉部面积比R,喉嘴距Lc,喉管的长度L,喉管入口处摩擦阻力系数有关,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参数,所设计无阻塞泵的喷嘴规格,喷嘴过流面积与喉部过流面积的喉部面积比R,喉嘴距Lc,喉管的长度L由以下公式确定:
首先根据无因次特性曲线求得无因次流量比M,求得所需要的动力液流量Q1,喷嘴规格,喉部面积比R,从而确定喉管规格,计算所需喷嘴过流面积Fj公式如下:
式中Fj—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至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过流面积Ft由以下公式确定:
Fj=R·Ft=(0.2~0.4)Ft
式中Fj—喷嘴过流面积,mm2;
Ft—喉部过流面积,mm2;
R—喉部面积比;
d3—喉管直径,
v —代表平均流速;
ν—代表运动粘度;
Re—雷诺数;
所述的水力设计方法,根据流体在喉管内压力的变化,最优喉管长度L和喉部面积比有关,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—喉部面积比;
所述的水力设计方法,喉嘴距Lc对工作流体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,喉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,喉嘴距过大,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Lc—最优喉嘴距,mm;
d3—喉管直径,
R—喉部面积比;
所述的水力设计方法,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—喉管入口内侧过渡半径,mm;
R2—喉管入口外侧过渡半径,mm。
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