CN105201902A

CN105201902A - 一种气液两相离心泵水力设计方法

Info

Publication number: CN105201902A
Application number: CN201510679322.8A
Authority: CN
Inventors: 王秀礼; 钟华舟; 朱荣生; 付强
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2035-10-16
Also published as: CN105201902B

Abstract

针对传统的离心泵的水力设计方法在输送气液两相为介质时所产生的问题，本发明提供了一种气液两相离心泵水力设计方法。通过速度系数法及设计工况大小来合理设计叶轮出口直径和叶片出口安放角，根据不同比转速的叶轮出口直径和叶片数来设计叶片出口宽度和包角，使得流道中流动最通畅冲击最小；通过根据叶轮出口参数和比转速来设计蜗壳参数，使得在气液两相在叶轮出口和蜗壳流动最匹配冲击最小。

Description

一种气液两相离心泵水力设计方法

技术领域

本发明涉及到一种离心泵的水力设计方法，特别涉及一种气液两相离心泵水力设计方法。

背景技术

泵是一种应用极其广泛的通用机械，种类繁多，与人类的生活有着密不可分的关系，凡是有液体流动的地方，几乎都有泵的运行工作。随着科学技术水平不断的提高，泵运用的领域正在不断扩大。离心泵结构多种多样，是各种泵中应用最为广泛的一种，广泛应用于城市给水、石油化工、船舶工业、航天航空、农业灌溉等社会生活和国民经济的各个部门中。传统的离心泵的水力设计方法以水为单一液相的输送介质，而实际运行中水泵很多时候都是输送多种介质，特别是输送气液两相时，由于泵的叶轮和蜗壳是根据水为输送介质的来设计的，所以容易造成叶轮进口、叶轮流道中和蜗壳处产生冲击，对于气液两相在进口冲击，采用叶片前伸并且减薄能够有效的避免叶轮进口的冲击，而流道中和蜗壳处的冲击没有较为有效的解决方法。

发明内容

针对传统的离心泵的水力设计方法在输送气液两相为介质时所产生的问题，本发明提供了一种气液两相离心泵水力设计方法。通过速度系数法及设计工况大小来合理设计叶轮出口直径和叶片出口安放角，根据不同比转速的叶轮出口直径和叶片数来设计叶片出口宽度和包角，使得流道中流动最通畅冲击最小；通过根据叶轮出口参数和比转速来设计蜗壳参数，使得在气液两相在叶轮出口和蜗壳流动最匹配冲击最小。实现上述目的所采用的技术方案是：1、比转速n_s，其计算公式如下：

n_{s} = 3.65 n \frac{\sqrt{Q}}{H^{0.75}}

式中：

n_s-比转速；

Q-设计流量，立方米/秒；

n-叶轮转速，转/分钟；

H-设计扬程，米；

2、叶轮出口直径D2由下式确定：

D_{2} = \{\begin{matrix} 4.305 (e^{0.0094 n_{s}} - e^{- 0.04 n_{s}}) \frac{\sqrt{H}}{n} (30 < n_{s} \leq 90) \\ n_{s} (6.421 \times 10^{- 6} {n_{s}}^{2} - 0.00203 n_{s} + 0.224) \frac{\sqrt{H}}{n} (90 < n_{s} \leq 150) \\ n_{s} (- 1.319 \times 10^{- 9} {n_{s}}^{3} + 2.359 \times 10^{- 6} {n_{s}}^{2} - 0.0009434 n_{s} + 0.1549) \frac{\sqrt{H}}{n} (150 < n_{s} \leq 200) \end{matrix}

式中：

n_s-比转速；

D₂-叶轮出口直径，米；

H-扬程，立方米/秒；

n-转速，转/分钟；

3、叶片出口安装角β₂大小由下式确定：

(a)当叶片数Z为3～5时；

β_{2} = \{\begin{matrix} \frac{23.7 n_{s}}{(n_{s} - 6.7)} (30 \leq n_{s} < 90) \\ \frac{(- 0.138 {n_{s}}^{2} + 32.82 n_{s} + 0.02)}{(n_{s} - 18.8)} (90 \leq n_{s} < 150) \\ \frac{(8.96 n_{s} + 1.04)}{(n_{s} - 83.7)} (150 \leq n_{s} < 200) \end{matrix}

(b)当叶片数Z为6～9时；

β_{2} = \{\begin{matrix} (- 6.083 \times 10^{- 6} n_{s}^{4} + 0.00125 n_{s}^{3} - 0.09358 n_{s}^{2} + 2.911 n_{s}) (30 \leq n_{s} < 90) \\ (- 2.207 \times 10^{- 7} n_{s}^{4} + 0.000101 n_{s}^{3} - 0.01745 n_{s}^{2} + 1.218 n_{s}) (90 \leq n_{s} < 150) \\ (7.545 \times 10^{- 6} n_{s}^{3} - 0.003969 n_{s}^{2} + 0.592 n_{s}) (150 \leq n_{s} < 200) \end{matrix}

式中：

n_s-比转速；

β₂-叶片出口安放角，度；

Z-叶片数，枚；

4、叶片出口宽度b₂大小由下式确定：

(a)当叶片数Z为3～5个时；

b_{2} = \{\begin{matrix} D_{2} (- 2.577 \times 10^{- 9} D_{2}^{3} + 3.13 \times 10^{- 9} D_{2}^{2} - 0.001262 D_{2} + 0.06216) (30 \leq n_{s} < 90) \\ 5.84 \times 10^{- 5} D_{2}^{2} + 0.0709 D_{2} + 0.003306 (90 \leq n_{s} < 150) \\ 5.519 \times 10^{- 6} D_{2}^{3} - 0.00278 D_{2}^{2} + 0.0866 D_{2} + 0.00254 (150 \leq n_{s} < 200) \end{matrix}

(b)当叶片数Z为6～9时；

b_{2} = \{\begin{matrix} - 1.877 \times 10^{- 5} {D_{2}}^{2} + 0.05501 D_{2} + 0.001395 (30 \leq n_{s} < 90) \\ 1.482 \times 10^{- 7} D_{2}^{3} + 1.482 \times 10^{- 7} D_{2}^{2} - 0.06866 D_{2} + 0.003887 (90 \leq n_{s} < 150) \\ D_{2} (4.727 \times 10^{- 8} D_{2}^{3} - 3.318 \times 10^{- 5} D_{2}^{2} - 0.007516 D_{2} + 0.08298) (150 \leq n_{s} < 200) \end{matrix}

式中：

D₂-叶轮进口直径，米；

b₂-叶片出口宽度，米；

Z-叶片数，枚；

5、叶片包角大小由下式确定：

(a)当叶片数Z为3～5时；

(b)当叶片数Z为6～8时；

式中：

叶片包角，度；

D₂-叶轮进口直径，米；

b₂-叶片出口宽度，米；

Z-叶片数，枚；

6、蜗壳进口宽度b₃大小由下式确定：

b_{3} = \{\begin{matrix} 0.01321 b_{2}^{4} - 0.7713 b_{2}^{3} + 14.78 b_{2}^{2} - 91.81 b_{2} + 0.01653 (3 \leq Z \leq 5) \\ 0.000819 b_{2}^{3} - 0.035 b_{2}^{2} + 1.545 b_{2} + 0.006919 (6 \leq Z \leq 9) \end{matrix}

式中：

b₃-蜗壳进口宽度，米；

b₂-叶片出口宽度，米；

Z-叶片数，枚；

7、蜗壳基圆直径D₃大小由下式确定：

D_{3} = \{\begin{matrix} - 0.00023 D_{2}^{2} + 1.206 D_{2} - 0.02568 (3 \leq Z \leq 5) \\ 0.01783 D_{2}^{2} + 1.644 \sqrt{D_{2}} - 1.393 D_{2} (6 \leq Z \leq 9) \end{matrix}

式中：

D₃-蜗壳基圆直径，米；

D₂-叶轮进口直径，米；

Z-叶片数，枚；

8、隔舌安放角大小由下式确定：

(a)当隔舌类型为短舌时；

(b)当隔舌类型为中舌时；

(c)当隔舌类型为深舌时；

式中：

n_s-比转速；

隔舌安放角，度；

本发明的有益效果是：通过设计离心泵的最佳结构参数，提高了离心泵的性能，保证了离心泵在运行过程中冲击最小，满足气液两相在运行时的规律。

附图说明

图1是本发明实施例的平面投影图。

图2是本发明实施例的轴面图。

图3是本发明实施例蜗壳的平面投影图。

图4是本发明实施例蜗壳断面形状图。

图1：β₂-叶片出口安装角，叶片包角。

图2：D₂-叶轮出口直径，b₂-叶片进口宽度。

图3：D₃-蜗壳基圆直径，隔舌安放角。

图4：b₃-蜗壳进口宽度。

具体实施方式

设计要求：设计工况流量为0.096764立方米/秒，设计工况扬程为60米，转速为2900转/秒，g取10米/平方米，叶片数取6枚，选取隔舌类型为中舌。

(1)

n_{s} = 3.65 n \frac{\sqrt{Q}}{H^{0.75}} = 3.56 \times 2950 \times \frac{\sqrt{0.096764}}{60^{0.75}} = 100

(2)

D_{2} = n_{s} (6.421 \times 10^{- 6} {n_{s}}^{2} - 0.00203 n_{s} + 0.324) \frac{\sqrt{2 g H}}{n} = 0.227

(3)

β_{2} = - 2.207 \times 10^{- 7} n_{s}^{4} + 0.00010 \ln_{s}^{3} - 0.01745 n_{s}^{2} + 1.218 n_{s} \approx 26

(4)

b_{2} = 1.482 \times 10^{- 7} D_{2}^{3} + 2.43 \times 10^{- 7} D_{2}^{2} + 0.06866 D_{2} + 0.003887 \approx 0.017

(5)

(6)

b_{3} = 0.000819 b_{2}^{3} - 0.035 b_{2}^{2} + 1.545 b_{2} + 0.001919 \approx 0.25

(7)

D_{3} = 0.01783 D_{2}^{2} + 1.644 \sqrt{D_{2}} - 2.393 D_{2} \approx 0.260

(8)

在设计过程中，其它系数的选择需要根据具体实际情况进行系数选取，如叶轮的进口参数需要根据泵的实际运行来选择等。

以上，为本发明参照实施例所做出的具体说明，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它实施例或变形例。

Claims

1.一种气液两相离心泵水力设计方法，其特征在于：针对气液两相离心泵在运行过程中，由于气液两相的不稳定，造成进口处、叶轮流道内和蜗壳处产生冲击振动，对于进口冲击，采用叶片前伸并且减薄能够有效的避免叶轮进口的冲击，因此需要根据实际情况来设计叶轮出口和蜗壳就可避免较大的冲击损失。其中，叶轮进口直径D₂由下式确定：

式中：

n_s-比转速；

D₂-叶轮出口直径，米；

H-扬程，立方米/秒；

n-转速，转/分钟。

2.如权利要求1所述一种气液两相离心泵水力设计方法，其特征在于：叶片出口安装角β₂大小由下式确定：

(a)当叶片数Z为3～5时；

(b)当叶片数Z为6～9时；

式中：

n_s-比转速；

β₂-叶片出口安放角，度；

Z-叶片数，枚。

3.如权利要求1所述一种气液两相离心泵水力设计方法，其特征在于：叶片包角大小由下式确定：

(a)当叶片数Z为3～5时；

(b)当叶片数Z为6～9时；

式中：

-叶片包角，度；

D₂-叶轮进口直径，毫米；

b₂-叶片出口宽度，毫米；

Z-叶片数，枚。

4.如权利要求1所述一种气液两相离心泵水力设计方法，其特征在于：叶片出口宽度b₂大小由下式确定：

(a)当叶片数Z为3～5个时；

(b)当叶片数Z为6～9时；

式中：

D₂-叶轮进口直径，米；

b₂-叶片出口宽度，米；

Z-叶片数，枚。

5.如权利要求1所述一种气液两相离心泵水力设计方法，其特征在于：蜗壳进口宽度b₃大小由下式确定：

式中：

b₃-蜗壳进口宽度，米；

b₂-叶片出口宽度，米；

Z-叶片数，枚。

6.如权利要求1所述一种气液两相离心泵水力设计方法，其特征在于：蜗壳基圆直径D₃大小由下式确定：

式中：

D₃-蜗壳基圆直径，米；

D₂-叶轮进口直径，米；

Z-叶片数，枚。

7.如权利要求1所述一种气液两相离心泵水力设计方法，其特征在于：隔舌安放角大小由下式确定：

(a)当隔舌类型为短舌时；

(b)当隔舌类型为中舌时；

(c)当隔舌类型为深舌时；

式中：

n_s-比转速；

-隔舌安放角，度。