CN105201900A - 一种双流道排污泵叶轮的水力设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双流道排污泵叶轮的水力设计方法，提供叶轮的主要几何参数，包括双流道排污泵叶轮后盖板圆弧半径R₂、叶轮前盖板圆弧半径R₁、叶片液流角β’、叶片出口安放角β₂、叶轮出口直径D₂、叶轮进口直径D_j、叶片出口宽度b₂、极半径r、叶片包角系数m等。采用本发明设计的双流道排污泵的叶轮不仅提高了叶轮的水力效率和泵的稳定性能。而且有助于计算机编程，能很大程度上取代双流道排污泵原来相似设计法和速度系数法。

Description

一种双流道排污泵叶轮的水力设计方法

技术领域

本发明涉及一种排污泵的主要零件的设计方法,特别涉及一种双流道排污泵叶轮水力设计方法。该双流道排污泵叶轮水力效率高和稳定性能好，适用于多种排污领域。

背景技术

排污泵是一种输送杂质污水和固体颗粒等介质，与清水泵的区别主要在于对磨损特性和通过能力要求比较高。

随着工农业生产的不断发展，在化工、矿山、食品、建筑、造纸等诸多行业的工业流程、生活污水和工业废水等的排放中，都需要大量输送含有固体颗粒悬浮物或者纤维状悬浮物液体的排污泵。排污泵主要由泵壳、叶轮、电机等部件组成，而叶轮是排污泵最核心的水力部件，也是唯一的动元件，叶轮的几何参数对排污泵性能影响很大，因此叶轮对排污泵的水力效率和水力性能具有重要影响。

双流道排污泵的叶轮由两个呈空间扭曲的通道组成，从叶轮中心的进口到出口，通道要求宽敞、圆滑，由于其介质通过能力强、流道对称性好、运行平稳、可靠性高，因而现代无堵塞泵大多采用双流道叶轮。

现有技术的双流道排污泵叶轮的水力设计方法没有给出系统的设计方法，很大程度上仍主要依赖于经验公式，可操作性不强，在实际设计中仍然过分依赖工程技术人员的经验。很难满足双流道排污泵的水力效率高和稳定性能好的要求，而且很难做到计算机编程应用和计算机辅助设计。如今排污泵是流体机械中的一个热门领域，仅仅依靠改造叶轮形状有时不能满足提高其稳定性和水力效率的要求，需要对排污泵叶轮的水力设计方法做进一步完善。

专利号为201310638000.X号的中国发明专利中公开了一种基于多目标遗传算法的双流道泵优化方法，这种设计方法将湍流计算同优化算法相结合，通过优化算法寻找双流道泵结构参数的最优解，并没有给出系统的、精确的设计方法，而且很难做到计算机编程应用和计算机辅助设计。专利号为201110349413.7号的中国发明专利公开了一种带粉碎功能双流道泵的双流道叶轮设计方法，在该发明专利中，发明人给出了叶片主要几何参数外径、出口宽度、进口直径和叶片包角的设计公式的结构设计方法，此设计方法够改善流动情况，提高双流道泵的扬程和效率，及运行可靠性。但是此专利几个几何参数没有给出具体参数的设计，只是一个大体的取值范围，更多的还是依靠经验设计。

针对上述存在的缺陷，本发明人发明了“一种双流道排污泵叶轮水力设计方法”，不仅给出了排污泵叶轮参数系统的、精确的设计方法，还解决了双流道排污泵叶轮性能失稳的问题，增强了双流道排污泵的可靠性，提高排污泵的水力效率，尽量减少堵塞，延长泵的使用寿命和维修周期，最重要的是有助于计算机编程应用和计算机辅助设计，能很大程度上取代排污泵原来的相似设计法和速度系数法。

发明目的

随着我国经济的快速发展和工农业生产的快速发展，在化工、矿山、食品、建筑、造纸等诸多行业的工业流程、生活污水和工业废水等的排放已成为人们越来越关注的问题。目前国内对于排污泵类产品的需求量很大。如何实现双流道排污泵在保证水利效率高的同时，进一步拓宽高效区，并能稳定运行，已经成为当前双流道排污泵发展的紧迫问题。现有设计方法，理论设计与实际模型出入较大，很难达到预想效果。本发明的目的在于避免双流道排污泵性能失稳，增强双流道排污泵的可靠性，提高双流道排污泵水力效率，增长泵的寿命和维修周期，防止堵塞，以减少检修人员的工作量。还有助于计算机编程应用和计算机辅助设计，能很大程度上取代双流道排污泵原来相似设计法和速度系数法，而且计算更精确，使理论设计与实际模型更符合。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种双流道排污泵叶轮水力设计方法。通过改善叶轮的几个重要参数的设计方法，改善流动情况，提高双流道排污泵水力效率和稳定性能。

实现上述目的所采用的技术方案是：

(1)叶轮出口直径D₂

$D_2=(6.7\×{10}^{-7}{n_s}^{3\mathrm{.5}}-1.8\×{10}^{-4}{n_s}^{2.5}+0.024{n_s}^{1.5}-1.62{{\ln }_s}^{0.5}+146.97){\left(\frac{Q}{n}\right)}^{1/3}---\left(1\right)$

式中：

D₂—叶轮出口直径，米；

Q—设计流量，米³/秒；

n_s—比转数；

n—转速，转/分；

(2)叶片出口宽度b₂

b₂＝(0.1282ln(n_s)-0.0438)D_j(2)

式中：

b₂—叶片出口宽度，米；

D_j—叶轮进口直径，米；

n_s—比转数；

(3)叶轮进口直径D_j

$D_j=(1.7\×{10}^{-4}{n_s}^3+0.0183696{n_s}^2-0.9257424n_s+33.1725072)\frac{\sqrt{H}}{n}---\left(3\right)$

式中：

D_j—叶轮进口直径，米；

H—设计扬程，米；

n—转速，转/分；

(4)叶片包角

式中：

—叶片包角，度；

n_s—比转数；

(5)极半径r

m＝-3.7×10^-5n_s ³+0.0138n_s ²-1.1483n_s+83.82(6)

式中：

Q—设计流量，米³/秒；

—叶片包角，度；

r—极半径，米；

θ—极角，度；

n_s—比转数；

n—转速，转/分；

m—系数，与比转数有关；

(6)叶片液流角β’

${\mathrm{\β}}^{\′}=arctan\frac{(1.40976n_s+254.71)\sqrt{H}}{0.85\mathrm{\π}\·D_{j}n}---\left(7\right)$

式中：

β’—叶片液流角，度；

H—设计扬程，米；

n_s—比转数；

n—转速，转/分；

D_j—叶轮进口直径，米；

(7)叶片出口安放角β₂

式中：

β₂—叶片出口安放角，度；

—叶片包角，度；

r—极半径，米；

θ—极角，度；

D₂—叶轮出口直径，米；

(8)叶轮后盖板圆弧半径R₂

R₂＝[0.2005ln(n_s)-0.3631]·D₂(9)

式中：

R₂—叶轮后盖板圆弧半径，米；

D₂—叶轮出口直径，米；

n_s—比转数；

(9)叶轮前盖板圆弧半径R₁

$R_1=\[3.3554n_s^{(-0.4706)}\]\·D_j---\left(10\right)$

式中：

R₁—叶轮前盖板圆弧半径，米。

n_s—比转数；

D_j—叶轮进口直径，米；

根据上述步骤，可以得到一种相对系统的、精确的叶轮主要参数的设计方法。

通过上述计算方法确定双流道排污泵叶轮主要几何参数，包括叶轮出口直径D₂、叶片出口宽度b₂、叶轮进口直径D_j、叶片包角极半径r、叶片液流角β’、叶片出口安放角β₂、叶轮后盖板圆弧半径R₂、叶轮前盖板圆弧半径R₁，不同于传统相似法与速度系数法，更能确保水力部件尺寸的相互匹配，计算更精确，使理论设计与实际模型更符合，而且更有利于计算机的应用与编程。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1是双流道排污泵叶轮的轴面图。

图2是双流道排污泵叶轮的平面图。

具体实施方式

本发明通过以下几个公式来确定叶轮出口直径D₂、叶片出口宽度b₂、叶轮进口直径D_j、叶片包角极半径r、叶片液流角β’、叶片出口安放角β₂、叶轮后盖板圆弧半径R₂、叶轮前盖板圆弧半径R₁等叶轮的几个参数。

此实施例是在给定设计流量Q、设计扬程H、转速n，计算叶轮水力参数：

$D_2=(6.7\×{10}^{-7}{n_s}^{3\mathrm{.5}}-1.8\×{10}^{-4}{n_s}^{2.5}+0.024{n_s}^{1.5}-1.621{n_s}^{0.5}+146.97){\left(\frac{Q}{n}\right)}^{1/3}---\left(1\right)$

b₂＝(0.1282ln(n_s)-0.0438)D_j(2)

$D_j=(1.7\×{10}^{-4}{n_s}^3+0.0183696{n_s}^2-0.9257424n_s+33.1725072)\frac{\sqrt{H}}{n}---\left(3\right)$

m＝-3.7×10^-5n_s ³+0.0138n_s ²-1.1483n_s+83.82(6)

${\mathrm{\β}}^{\′}=arctan\frac{(1.40976n_s+254.71)\sqrt{H}}{0.85\mathrm{\π}\·D_{j}n}---\left(7\right)$

R₂＝[0.2005ln(n_s)-0.3631]·D₂(9)

$R_1=\left[3.355n_s^{(-0.4706)}\right]\·D_j---\left(10\right)$

本发明采用精确公式设计法进行水力设计，使泵的水力效率和稳定性得到很大提高，具有良好的经济效益，更有利于计算机的编程应用。由于本发明的设计方法不同于传统相似法与速度系数法，更能确保水力部件的尺寸的相互匹配。而且计算更精确，使理论设计与实际模型更符合。

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)

1.一种双流道排污泵叶轮的水力设计方法，提供叶轮的主要几何参数，包括双流道排污泵叶轮后盖板圆弧半径R₂、叶轮前盖板圆弧半径R₁、叶片液流角β’、叶片出口安放角β₂、叶轮出口直径D₂、叶轮进口直径D_j、叶片出口宽度b₂、极半径r、叶片包角系数m等，其特征在于：叶轮几何参数与泵设计工况点性能参数之间适合以下关系:

R₂＝[0.2005ln(n_s)-0.3631]·D₂(1)

$R_1=\[3.3554n_s^{(-0.4706)}\]\·D_j---\left(2\right)$

式中：

D₂—叶轮出口直径，米；

n_s—比转数；

D_j—叶轮进口直径，米。

2.叶片液流角β’、叶片出口安放角β₂设计公式：

${\mathrm{\β}}^{\′}=arctan\frac{(1.40976n_s+254.71)\sqrt{H}}{0.85\mathrm{\π}\·D_{j}n}---\left(3\right)$

式中：

β’—叶片液流角，度；

β₂—叶片出口安放角，度；

—叶片包角，度；

r—极半径，米；

θ—极角，度。

3.根据权利(1)、(2)要求，叶轮出口直径D₂、叶轮出口直径D_j设计公式：

$D_2=(6.7\×{10}^{-7}{n_s}^{3.5}-1.8\×{10}^{-4}{n_s}^{2.5}+0.024{n_s}^{1.5}-1.62{{\ln }_s}^{0.5}+146.97){\left(\frac{Q}{n}\right)}^{1/3}---\left(5\right)$

$D_j=(-1.7\×{10}^{-4}{n_s}^3+0.0183696{n_s}^2-0.9257424n_s+33.1725072)\frac{\sqrt{H}}{n}---\left(6\right)$

式中：

Q—设计流量，米³/小时；

n—转速，转/分；

H—设计扬程，米。

4.叶片出口宽度b₂设计公式：

b₂＝(0.1282ln(n_s)-0.0438)D_j(7)

式中：

b₂—叶轮出口宽度，米。

5.根据权利(2)要求，极半径r设计公式：

m＝-3.7×10^-5n_s ³+0.0138n_s ²-1.1483n_s+83.82(9)

式中：

m—系数，与比转数有关。

6.根据权利(2)、(5)要求，叶片包角的设计公式：