CN105221476A - 一种非设计工况离心泵水力设计方法 - Google Patents

Abstract

针对离心泵在偏工况下运行所产生的问题，本发明提供了一种非设计工况离心泵的水力设计方法。通过设计叶轮进口直径、叶片进口安放角、叶片出口安放角、叶片包角、叶轮出口直径、叶片出口宽度、蜗壳进口宽度、蜗壳喉部面积，改善离心泵在非设计工况下运行所产生的问题，使离心泵可以在非设计工况下安全、稳定的运行。

Description

一种非设计工况离心泵水力设计方法

技术领域

本发明涉及到一种离心泵水力设计方法，特别涉及到一种非设计工况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。由于离心泵的结构参数是根据设计工况得来的，离心泵在运行过程中可能会偏离设计工况，导致离心泵在实际运行中的所需结构参数与设计工况的结构参数不同，针对离心泵在非设计工况下运行：高速运转的离心泵在偏小流量、低进口压力工况下运行时，叶轮入口会出现二次流动，即回流随着流量减小，回流范围迅速扩大。回流的出现造成了泵内部流动不稳定，也会引起离心泵进口管道中的流量和压力脉动，目前离心泵运行在小流量工况下，其内部常伴有的流动分离回流、空化等复杂的流动现象，造成叶轮进口处、叶轮流道内和蜗壳处产生冲击，而在偏大流量工况下运行，在蜗壳出口处出现局部较大范围负压，易发生汽蚀现象，速度流线产生较大的漩涡，能量损失严重，随着流量增大，在扩散管局部位置流体受到冲击，速度大幅增加，并且流动极不规则，出现回流和涡流现象；离心泵在偏工况下运行会产生噪音和振动，恶化工作环境，不利于生产效率。

发明内容

针对离心泵在偏工况下运行所产生的问题，本发明提供了一种非设计工况离心泵的水力设计方法。通过设计叶轮进口直径、叶片进口安放角、叶片出口安放角、叶片包角、叶轮出口直径、叶片出口宽度、蜗壳进口宽度、蜗壳喉部面积，改善离心泵在非设计工况下运行所产生的问题，使离心泵可以在非设计工况下安全、稳定的运行。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：

$n_s=3.65n\frac{\sqrt{Q}}{H^{0.75}}$

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、叶轮进口直径D₀由下式确定：

$D_0=\left\{\begin{array}{c}(2.646n_s^{0.12}+5.21)\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}(30<n_s\&le;90)\\ \left(\frac{8.5n_s+80}{n_s+40.24}\right)\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}(90<n_s\&le;150)\\ (0.552n_s^{0.4}+4.27)\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}(150<n_s\&le;200)\end{array}\right.$

式中：

n_s-比转速；

D₀-叶轮进口直径，米；

Q-设计流量，立方米/秒；

n-转速，转/分钟；

3、叶片进口安放角β₁由下式确定：

${\mathrm{\&beta;}}_1=\left\{\begin{array}{c}(4.83n_s^{0.414}+6.34)(30<n_s\&le;90)\\ (0.4831n_s^{0.85}+0.03n_s+5.12)(90<n_s\&le;150)\\ (0.2120n_s^{0.944}+0.08n_s-3.21)(150<n_s\&le;200)\end{array}\right.$

式中：

n_s-比转速；

β₁-叶片进口安放角，度；

4、叶片出口安装角β₂大小由下式确定：

${\mathrm{\&beta;}}_2=\left\{\begin{array}{c}H(\frac{-0.23}{H}+0.53+4.87\frac{Z}{H}+0.00362H-0.1262Z)(3\&le;Z\&le;6)\\ H(0.747+4.32\frac{Z}{H}+0.005H-0.1501Z)(6<Z\&le;9)\end{array}\right.$

式中：

β₂-叶片出口安放角，度；

H-设计扬程，米；

Z-叶片数，个；

5、叶片包角大小由下式确定：

式中：

-叶片包角，度；

β₂-叶片出口安放角，度；

β₁-叶片进口安放角，度；

6、叶轮进口直径D₂由下式确定：

$D_2=\left\{\begin{array}{c}(\frac{26.22n_s+0.1}{n_s+14.7}+\frac{n_s}{100})\frac{\sqrt{2gH}}{n}(30<n_s\&le;90)\\ n_s(5.399\&times;{10}^{-6}{n_s}^2-0.0018n_s+0.4136+\frac{0.1}{n_s})\frac{\sqrt{2gH}}{n}(90<n_s\&le;150)\\ \left(\frac{60.1n_s+0.013}{n_s+100.1}\right)\frac{\sqrt{2gH}}{n}(150<n_s\&le;200)\end{array}\right.$

式中：

n_s-比转速；

D₂-叶轮出口直径，米；

H-设计扬程，米；

n-转速，转/分钟；

g-当地重力加速度，米/平方秒；

7、叶片的出口宽度b₂大小由下式确定：

$b_2=\left\{\begin{array}{c}\frac{14.01n_s+0.282}{n_s+47.2}\frac{\sqrt{H}}{n}(30<n_s\&le;90)\\ n_s(4.52\&times;{10}^{-5}{n}_s+0.0957)\frac{\sqrt{H}}{n}(90<n_s\&le;150)\\ \frac{n_s(0.0647n_s-0.472)}{n_s-53}\frac{\sqrt{H}}{n}(150<n_s\&le;200)\end{array}\right.$

式中：

n_s-比转速；

b₂-叶片出口宽度，米；

n-转速，转/分钟；

H-设计扬程，米；

8、蜗壳进口宽度b₃大小由下式确定：

$b_3=1.19{b_2}^{0.981}+0.07b_2+0.0001b_2^2$

式中：

b₂-叶片出口宽度，米；

b₃-叶片出口宽度，米；

9、蜗壳喉部面积F_t大小由下式确定：

F_t＝0.8758b₂D₂+6.351Q-0.0001939(b₂D₂)²+0.005b₂D₂Q

式中：

F_t-蜗壳喉部面积，平方米；

b₂-叶片出口宽度，米；

Q-设计流量，立方米/秒；

D₂-叶轮出口直径，米；

本发明的有益效果是：通过设计离心泵的最佳结构参数，提高了离心泵在非设计工况下性能，保证了离心泵在非设计工况下运行过程中冲击强度和空化程度达到最低，从而实现离心泵在非设计工况运行下具有良好的性能。

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：β₁-叶片进口安装角，β₂-叶片出口安装角，-叶片包角。

图2：D₀-叶轮进口直径，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。

$\left(1\right)---n_s=3.65n\frac{\sqrt{Q}}{H^{0.75}}=3.56\&times;2950\&times;\frac{\sqrt{0.096764}}{{60}^{0.75}}=100$

$\left(2\right)---D_0=\left(\frac{8.5n_s+80}{n_s+40.24}\right)\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}=\left(\frac{8.5\&times;100+80}{100+40.24}\right)\sqrt[3]{\frac{0.09674}{2900}}=0.213$

$\left(3\right)---{\mathrm{\&beta;}}_1=0.4831n_s^{0.85}+0.03n_s+5.12=0.4831\&times;{100}^{0.85}+0.03\&times;100+5.12=32$

$\left(4\right)---{\mathrm{\&beta;}}_2=H(\frac{-0.23}{H}+0.53+4.87\frac{Z}{H}+0.00362H-0.1262Z)\&ap;26$

$\left(6\right)---D_2=n_s(5.399\&times;{10}^{-6}{n_s}^2-0.0018n_s+0.4136+\frac{0.1}{n_s})\frac{\sqrt{2gH}}{n}=0.342$

$\left(7\right)---b_2=n_s(4.52\&times;{10}^{-5}{n}_s+0.0957)\frac{\sqrt{H}}{n}=0.026$

$\left(8\right)---b_3=1.19{b_2}^{0.981}+0.07b_2+0.0001b_2^2\&ap;0.034$

(9)F_t＝0.8758b₂D₂+6.351Q-0.0001939(b₂D₂)²+0.005b₂D₂Q≈0.6212

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，如叶轮的进口宽度需要根据泵的实际运行情况来选择等。

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 (8)

1.一种非设计工况离心泵水力设计方法，其特征在于：针对离心泵在非设计工况下运行，由于实际运行流量偏离设计流量，造成进口处、叶轮流道内和蜗壳处产生冲击，因此需要根据实际情况来设计叶轮和蜗壳。其中，叶轮进口直径D₀由下式确定：

式中：

n_s-比转速；

D₀-叶轮进口直径，米；

Q-设计流量，立方米/秒；

n-转速，转/分钟。

2.如权利要求1所述一种非设计工况离心泵水力设计方法其特征在于：叶片进口安放角β₁由下式确定：

式中：

n_s-比转速；

β₁-叶片进口安放角，度；

Q-设计流量，立方米/秒。

3.如权利要求1所述一种非设计工况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：

式中：

β₂-叶片出口安放角，度；

H-设计扬程，米；

Z-叶片数，个。

4.如权利要求1所述一种非设计工况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：

式中：

-叶片包角，度；

β₂-叶片出口安放角，度；

β₁-叶片进口安放角，度。

5.如权利要求1所述一种非设计工况离心泵水力设计方法，其特征在于：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-设计扬程，米；

n-转速，转/分钟；

g-当地重力加速度，米/平方秒。

6.如权利要求1所述一种非设计工况离心泵水力设计方法，其特征在于：叶片的出口宽度b₂大小由下式确定：

式中：

n_s-比转速；

b₂-叶片出口宽度，米；

n-转速，转/分钟；

H-设计扬程，米。

7.如权利要求1所述一种非设计工况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：

b₂-叶片出口宽度，米；

b₃-叶片出口宽度，米。

8.如权利要求1所述一种非设计工况离心泵水力设计方法，其特征在于：蜗壳喉部面积F_t大小由下式确定：

F_t＝0.8758b₂D₂+6.351Q-0.0001939(b₂D₂)²+0.005b₂D₂Q

式中：

F_t-蜗壳喉部面积，平方米；

b₂-叶片出口宽度，米；

Q-设计流量，立方米/秒；

D₂-叶轮出口直径，米。