CN105275866A - 一种全扬程泵叶轮的水力设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全扬程泵叶轮的水力设计方法。根据离心泵的轴功率曲线随流量增加不断上升，高比转速混流泵和轴流泵的轴功率曲线随流量增加不断下降，而泵比转速在230～350之间时，泵的功率曲线较为平缓，其在关死扬程到零扬程范围内任何工况点都有较好的无过载性能这一特性，提出了一种全扬程泵叶轮的水力设计方法：根据所要求的扬程H和流量Q,对该比转速n_s下的流量和扬程分别乘一个比例系数，得到H₁和Q₁，使H₁和Q₁下的泵的比转速230≤n_s1≤350，以H₁和Q₁为设计点设计比转速230≤n_s1≤350有无过载特性的全扬程泵。主要设计参数：叶轮进口直径D₁，叶轮轮毂直径d_h，叶片进口安放角β₁，叶片出口安放角β₂，叶轮出口直径D₂，叶片出口宽度b₂，叶片数Z，叶片包角φ。

Description

一种全扬程泵叶轮的水力设计方法

技术领域

本发明涉及流体机械，是一种全扬程泵叶轮的水力设计方法。

背景技术

全扬程泵是指，能在关死扬程到零扬程范围内任何工况点运行，均不发生过载或因过载而烧坏原动机的泵。目前很多厂家多采用更大功率的配套电动机，来避免电动机过载，这是一种“大马拉小车”的现象，对电力资源造成了严重浪费。国内外学者主要针对对比转速离心泵全扬程内进行了大量卓有成效的研究，比如堵塞流道的方法和改变叶轮相结合的方法等等。由于离心泵的轴功率曲线随流量增加不断上升，而且比转数越低，轴功率曲线随流量增加上升越快，而高比转速混流泵和轴流泵的轴功率曲线随流量增加不断下降，通过查阅资料和经验可发现当设计泵的比转速在230～350之间时，泵的功率曲线较为平缓，其在关死扬程到零扬程范围内任何工况点都有较好的无过载特性，本发明的核心思想是设计比转速在230～350之间的具有无过载特性的高比转速离心泵，而同时在非最佳效率点可达到所要求的流量和扬程。

发明内容

本发明的目的是提供一种全扬程泵叶轮的水力设计方法，该设计方法适用于比转速40～900的泵，保证泵在关死扬程到零扬程范围内任何工况点都有较好的无过载特性。

本发明是一种全扬程泵叶轮的水力设计方法，所述的叶轮主要由前盖板(1)、叶片(2)、后盖板(3)，三部分组成，其主要特征在于：根据所要求的扬程H和流量Q,，对该比转速n_s下的流量和扬程分别乘一个比例系数，得到H₁和Q₁，从而在H₁和Q₁下的泵的比转速n_s1控制在230-350之间，以H₁和Q₁为设计点设计一台比转速n_s1在230-350有无过载特性的全扬程泵。

本发明全扬程泵的设计点流量Q₁和扬程H₁的计算公式如下：

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

当n_s＜230时，λ₁＝0.65～0.80；

则Q₁＝λ₀·Q，H₁＝λ₁·H；

可得全扬程泵比转速范围：237＜n_s1＜265

当n_s＞350时，λ₀＝0.8～0.98，

则Q₁＝λ₀·Q，H₁＝λ₁·H；

可得全扬程泵比转速范围：275＜n_s1＜310

式中：

n_s—所要求泵的比转速；

n_s1—全扬程泵的比转速；

Q—所要求的设计点的泵流量，m³/h；

Q₁—全扬程泵设计点的泵流量，m³/h；

H—所要求的设计点的泵扬程，m；

H₁—全扬程泵设计点的泵扬程，m；

本发明是一种高比转速离心泵，其叶轮出口直径D₂，叶轮进口直径D₁，叶轮叶片出口宽度b₂，叶片包角，叶片数z由以下关系式确定：

$D_2=(0.34+88.98{n_{s1}}^{-0.5})\·\sqrt[3]{\frac{Q_1}{n}}$

$D_1=0.4812\·{\left(\frac{n_{s1}}{100}\right)}^{0.5353}\·D_2$

$b_2=0.7236{\left(\frac{n_{s1}}{100}\right)}^{h4223}\·\sqrt[3]{\frac{Q_1}{n}}$

z＝3～5

式中：

D₂—叶轮出口直径，mm；

n_s1—全扬程泵比转速；

Q₁—泵流量，m³/h；

n—泵转速，r/min；

D₁—叶轮进口直径，mm；

b₂—叶片出口宽度，mm；

—叶轮叶片包角，^o；

z—叶轮叶片数；

本发明全扬程泵叶轮进出口角的确定：当所要求的泵的比转速n_s＜230时，叶轮叶片进口安放角β₁取20°～30°，叶轮叶片出口安放角β₂取12°～20°；当比转速n_s＞350时，叶轮叶片进口安放角β₁取26°～36°，叶轮叶片出口安放角β₂取24°～30°。

本发明的有益效果如下：该全扬程泵叶轮的水力设计方法适用的比转速范围广，且设计出的成品泵可用于多种不同流量和扬程要求的使用场景，无过载特性较好。

附图说明

图1是本发明一个实施例的叶轮的轴面投影图

图2是本发明一个实施例的叶轮结构简图

图中：1.叶轮进口直径D₁，2.叶轮轮毂直径d_h，3.叶片进口安放角β₁，4.叶片出口安放角β₂，5.叶轮出口直径D₂，6.叶片出口宽度b₂，7.叶片数z，8.叶片包角

具体实施方式

一种全扬程泵叶轮的水力设计方法，该叶轮主要由前盖板(1)、叶片(2)、后盖板(3)，三部分组成，如图1所示。

本发明全扬程泵叶轮的的计算公式如下：

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

当n_s＜230时，λ₁＝0.65～0.80；

则Q₁＝λ₀·Q，H₁＝λ₁·H；

当n_s＞350时，λ₀＝0.8～0.98，

则Q₁＝λ₀·Q，H₁＝λ₁·H；

$D_2=(0.34+88.98{n_{s1}}^{-0.5})\·\sqrt[3]{\frac{Q_1}{n}}$

$D_1=0.4812\·{\left(\frac{n_{s1}}{100}\right)}^{0.5353}\·D_2$

$b_2=0.7236{\left(\frac{n_{s1}}{100}\right)}^{0.4223}\·\sqrt[3]{\frac{Q_1}{n}}$

z＝3～5

本发明全扬程泵叶轮进出口角的确定：当所要求的泵的比转速n_s＜230时，叶轮叶片进口安放角β₁取20°～30°，叶轮叶片出口安放角β₂取12°～20°；当比转速n_s＞350时，叶轮叶片进口安放角β₁取26°～36°，叶轮叶片出口安放角β₂取24°～30°。

Claims (4)

1.一种全扬程泵叶轮的水力设计方法，所述的叶轮主要由前盖板(1)、叶片(2)、后盖板(3)，三部分组成，其主要特征在于：根据所要求的扬程H和流量Q,，对该比转速n_s下的流量和扬程分别乘一个比例系数，得到H₁和Q₁，从而在H₁和Q₁下的泵的比转速n_s1控制在230-350之间，以H₁和Q₁为设计点设计一台比转速n_s1在230-350有无过载特性的全扬程泵。

2.如权利要求1中所述的一种全扬程泵叶轮的水力设计方法，其特征在于，全扬程泵的设计点流量Q₁和扬程H₁的计算公式如下：

当n_s＜230时，λ₁＝0.65～0.80；

则Q₁＝λ₀·Q，H₁＝λ₁·H；则237＜n_s1＜265

当n_s＞350时，λ₀＝0.8～0.98，

则Q₁＝λ₀·Q，H₁＝λ₁·H；则275＜n_s1＜310

式中：

n_s—所要求泵的比转速；

n_s1—全扬程泵的比转速；

Q—所要求的设计点的泵流量，m³/h；

Q₁—全扬程泵设计点的泵流量，m³/h；

H—所要求的设计点的泵扬程，m；

H₁—全扬程泵设计点的泵扬程，m。

3.如权利要求1中所述的一种全扬程泵叶轮的水力设计方法，其特征在于，该全扬程泵是一种高比转速离心泵，其叶轮出口直径D₂，叶轮进口直径D₁，叶轮叶片出口宽度b₂，叶片包角，叶片数z由以下关系式确定：

z＝3～5

式中：

D₂—叶轮出口直径，mm；

n_s1—全扬程泵比转速；

Q₁—全扬程泵设计点的泵流量，m³/h；

n—泵转速，r/min；

D₁—叶轮进口直径，mm；

b₂—叶片出口宽度，mm；

—叶轮叶片包角，°；

z—叶轮叶片数。

4.如权利要求1中所述的一种全扬程泵叶轮的水力设计方法，其特征在于，当所要求的泵的比转速n_s＜230时，叶轮叶片进口安放角β₁取20°～30°，叶轮叶片出口安放角β₂取12°～20°；当比转速n_s＞350时，叶轮叶片进口安放角β₁取26°～36°，叶轮叶片出口安放角β₂取24°～30°。