CN107299912A - 一种喷涂多级离心泵叶轮设计方法 - Google Patents

一种喷涂多级离心泵叶轮设计方法 Download PDF

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朱荣生
钟伟源
杨爱玲
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
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    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment

Abstract

本发明涉及一种喷涂多级离心泵叶轮设计方法，主要针对使用介质为清水的多级离心泵叶轮内表面进行包括超音速火焰喷涂、电弧喷涂和熔化烧结方法的喷涂技术处理，并且对经喷涂技术处理后发生显著变化的参数进行了科学整合与技术修正，融入了在生产实践当中行之有效的经验，提出了一种喷涂离心清水泵叶轮设计方法，主要给出了多级离心泵效率估算公式η以及喷涂多级离心泵叶轮的主要几何参数叶轮外径D2，叶轮出口宽度b2的重新优化设计公式及系数修正，减少设计成本并且大幅度缩短设计周期，以达到对喷涂多级离心泵叶轮更加精准高效的设计效果。

Description

一种喷涂多级离心泵叶轮设计方法
技术领域
本发明涉及旋转机械领域，特别涉及一种喷涂多级离心泵叶轮设计方法。
背景技术
离心泵是供输送清水及物理化学性质类似于清水的其他液体的一种旋转机械，而多级离心泵则由多个叶轮串联组成，具有运行安全平稳、噪音低、寿命久、安装维修方便等优点，广泛于工业、民用、建筑给排水、暖通、制冷、排污、消防以及化工、制药等领域。
对于普通多级离心泵叶轮，经过一段时间水流的冲刷后，叶轮流道内壁很快就会变得粗糙不平，摩擦阻力系数增加，水头损失增加，导致泵效率下降，扬程不足等情况。而喷涂多级离心泵叶轮是对离心泵叶轮进行喷涂工艺技术处理，可有效避免这种情况的同时，还可以弥补叶轮加工工艺造成的铸造空洞裂缝等缺陷，提高泵的整体效率、抗汽蚀性能，叶轮防磨抗磨效果明显，延长产品的使用寿命，减少设备维修更新的频次。
在喷涂离心泵中，叶轮是最重要的过流部件，其作用是将原动机中的机械能以静压能与动能的形式传给液体，达到液体抽送的目的。叶轮的设计合理与否直径关系到喷涂多级离心泵的各项性能与指标。喷涂多级离心泵叶轮的设计与普通离心泵的设计有较大差别，经过喷涂技术处理后，叶轮内壁液体流态发生较大改变，液体紊流及局部小漩涡减小，致使泵效率发生较大幅度提升，从而叶轮外径及叶轮出口宽度等的设计与普通离心泵有较大区别，传统的多级离心泵设计方法多借助于半经验半理论设计方法，对于这种情况传统设计公式及系数适应性欠佳，其实际工作性能往往无法满足生产制造的要求。传统的设计方法不再适用，而在现有技术下，喷涂离心泵叶轮的水力设计依然主要依赖于设计者的经验，从而造成设计的不确定性大，设计成本和风险相对较高，较难满足当今市场对产品生产的要求。本发明人融入了在生产实践当中行之有效的经验，重新总结，提出了一套适用于喷涂多级离心泵叶轮的设计方法，减少设计成本并且大幅度缩短设计周期，以达到对喷涂离心清水泵叶轮更加精准高效的设计效果。
经检索，未见喷涂多级离心泵叶轮设计方法相关专利或文章的公开报道。
发明内容
为解决现有技术方案的上述问题，本发明提供了一种喷涂多级离心泵叶轮设计方法。具体实施方案如下：
一种喷涂多级离心泵叶轮设计方法，主要针对使用介质为清水的多级离心泵叶轮内表面进行包括超音速火焰喷涂、电弧喷涂和熔化烧结方法的喷涂技术处理，并且对经喷涂技术处理后发生显著变化的参数进行了科学整合与技术修正，主要给出了多级离心泵效率估算公式η以及喷涂多级离心泵叶轮的主要几何参数叶轮外径D2，叶轮出口宽度b2的重新优化设计公式及系数修正，主要由以下关系式确定：
(1)喷涂多级离心泵效率估算公式：
经过喷涂技术处理后会，叶轮内壁液体流态发生较大改变，液体紊流及局部小漩涡减小，致使泵效率发生较大幅度提升，以下是喷涂多级离心泵效率的估算修正公式：
式中：
η—效率；
ns—比转速；
Q—流量，m3/h；
n—转速，r/min；
H—泵单级扬程，m；
(2)叶轮出口直径：
由于喷涂后叶轮效率的较大幅度改善，从而叶轮外径及叶轮出口宽度等的设计与普通离心泵有较大区别，若采用传统设计公式设计则扬程偏高，难以达到优良设计的效果，以下给出了针对喷涂多级离心泵叶轮外径更佳的设计公式：
其中：
当ns＝20～110时，取kD2＝1.07～1.21，比转速小者取大值，反之取小值；
当ns＝110～300时，取kD2＝1.07～1.31，比转速大者取大值，反之取小值；
式中：
D2—叶轮出口直径，mm；
kD2—外径修正系数；
ns—比转速；
Q—流量，m3/h；
n—转速，r/min；
优选地，喷涂多级离心泵叶轮设计方法，其特征在于所述的外径修正系数kD2按以下公式确定：
当ns＝20～110时：
当ns＝110～300时：
式中：
kD2—外径修正系数；
ns—比转速。
(3)叶轮出口宽度：
同样地，由于喷涂后叶轮效率的改善后，传统的叶轮出口宽度设计公式也不再适用，传统设计公式会导致宽度余量过大，以致叶轮轴功率偏高，不利于整机的长时间运行，以下给出了喷涂多级离心泵叶轮出口宽度的设计公式：
其中：
当ns＝20～110时，取kb2＝1.19～2.72，比转速小者取大值，反之取小值；
当ns＝110～300时，取kb2＝0.75～1.19，比转速小者取大值，反之取小值；
式中：
b2—叶轮出口宽度，mm；
kb2—出口宽度修正系数；
ns—比转速；
Q—流量，m3/h；
n—转速，r/min；
H—泵单级扬程，m；
优选地，喷涂多级离心泵叶轮的出口宽度修正系数kb2按以下公式确定：
当ns＝20～110时：
kb2＝17.376Q0.44n0.94H-0.81-12.97 (7)
当ns＝110～300时：
kb2＝5.738Q0.04n0.54H-1.21 (8)式中：
kb2—出口宽度修正系数；
Q—流量，m3/h；
n—转速，r/min；
H—泵单级扬程，m；
为保证设计方法的完整性，下面对喷涂多级离心泵叶轮其他重要几何参数进行进一步阐述，其余叶轮重要几何设计参数的设计可参考传统的多级泵叶轮设计方法设计，具体如下：(4)叶轮进口直径：
式中：
Dj—叶轮进口直径，mm；
D0—叶轮进口当量直径，mm；
dh—叶轮轮毂直径，mm；
Q—流量，m3/h；
n—转速，r/min；
kD0—叶轮进口系数，具体按以下范围选取：
主要考虑效率 kD0＝3.6～4.1；
兼顾效率和汽蚀 kD0＝4.1～4.5；
主要考虑汽蚀 kD0＝4.5～5.6；
(5)叶片出口安放角：
β2＝16°～36° (11)式中：
β2—叶片出口安放角，°；
其中，低比转速泵叶片出口安放角β2取大值，可增加扬程，减小外径从而减小泵损失，提高泵效率，当为获得下降的特性曲线或平坦的功率曲线时，β2宜取小值；
(6)叶片数：
z＝4～9 (12)式中：
z—叶片数,比转速大者取小值，反之取大值；
(7)叶片包角：
式中：
—叶片包角，°；
z—叶片数；
—叶片包角系数；
其中：ns小者取大值，反之取小值；
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是本发明一实施例一种喷涂多级离心泵叶轮轴面投影图；
图2是本发明一实施例一种喷涂多级离心泵叶轮平面图；
其中；1.叶轮轮毂直径dh；2.叶轮进口直径Dj；3.叶轮出口直径D2；4.叶轮出口宽度b2；5.叶片包角6.叶片出口安放角β2。
具体实施方式
图1和图2分别为本发明喷涂多级离心泵叶轮一实施例的轴面投影图与平面图。
一种喷涂多级离心泵叶轮设计方法，主要针对使用介质为清水的多级离心泵叶轮内表面进行包括超音速火焰喷涂、电弧喷涂和熔化烧结方法的喷涂技术处理，并且对经喷涂技术处理后发生显著变化的参数进行了科学整合与技术修正，主要给出了多级离心泵效率估算公式η以及喷涂多级离心泵叶轮的主要几何参数叶轮外径D2，叶轮出口宽度b2的重新优化设计公式及系数修正，主要由以下关系式确定：
(1)喷涂多级离心泵效率估算公式：
经过喷涂技术处理后会，叶轮内壁液体流态发生较大改变，液体紊流及局部小漩涡减小，致使泵效率发生较大幅度提升，以下是喷涂多级离心泵效率的估算修正公式：
(2)叶轮出口直径：
由于喷涂后叶轮效率的较大幅度改善，从而叶轮外径及叶轮出口宽度等的设计与普通离心泵有较大区别，若采用传统设计公式设计则扬程偏高，难以达到优良设计的效果，以下给出了针对喷涂多级离心泵叶轮外径更佳的设计公式：
其中：
当ns＝20～110时，取kD2＝1.07～1.21，比转速小者取大值，反之取小值；
当ns＝110～300时，取kD2＝1.07～1.31，比转速大者取大值，反之取小值；
优选地，喷涂多级离心泵叶轮设计方法，其特征在于所述的外径修正系数kD2按以下公式确定：
当ns＝20～110时：
当ns＝110～300时：
(3)叶轮出口宽度：
同样地，由于喷涂后叶轮效率的改善后，传统的叶轮出口宽度设计公式也不再适用，传统设计公式会导致宽度余量过大，以致叶轮轴功率偏高，不利于整机的长时间运行，以下给出了喷涂多级离心泵叶轮出口宽度的设计公式：
其中：
当ns＝20～110时，取kb2＝1.19～2.72，比转速小者取大值，反之取小值；
当ns＝110～300时，取kb2＝0.75～1.19，比转速小者取大值，反之取小值；
优选地，喷涂多级离心泵叶轮的出口宽度修正系数kb2按以下公式确定：
当ns＝20～110时：
kb2＝17.376Q0.44n0.94H-0.81-12.97 (7)当ns＝110～300时：
kb2＝5.738Q0.04n0.54H-1.21 (8)
为保证设计方法的完整性，下面对喷涂多级离心泵叶轮其他重要几何参数进行进一步阐述，其余叶轮重要几何设计参数的设计可按传统的多级泵叶轮设计方法设计，具体如下：
(4)叶轮进口直径：
kD0—叶轮进口系数，具体按以下范围选取：
主要考虑效率 kD0＝3.6～4.1；
兼顾效率和汽蚀 kD0＝4.1～4.5；
主要考虑汽蚀 kD0＝4.5～5.6；
(5)叶片出口安放角：
β2＝16°～36° (11)
其中，低比转速泵叶片出口安放角β2取大值，可增加扬程，减小外径从而减小泵损失，提高泵效率，当为获得下降的特性曲线或平坦的功率曲线时，β2宜取小值；
(6)叶片数：
z＝4～9 (12)式中：
z—叶片数,比转速大者取小值，反之取大值；
(7)叶片包角：
其中：ns小者取大值，反之取小值；
本发明的保护范围不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其它实施例和变形例。

Claims (3)

1.一种喷涂多级离心泵叶轮设计方法，其特征在于：针对使用介质为清水的多级离心泵叶轮内表面进行包括超音速火焰喷涂、电弧喷涂和熔化烧结方法的喷涂技术处理，并且对经喷涂技术处理后发生显著变化的参数进行了科学整合与技术修正，给出了多级离心泵效率估算公式η以及喷涂多级离心泵叶轮的主要几何参数叶轮外径D2，叶轮出口宽度b2的重新优化设计公式及系数修正，主要由以下关系式确定：
(1)喷涂多级离心泵效率估算公式修正：
<mrow> <mi>&amp;eta;</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>1.185</mn> <mo>-</mo> <mn>0.666</mn> <msup> <mi>Q</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>0.145</mn> </mrow> </msup> <mo>-</mo> <mn>5.035</mn> <msubsup> <mi>n</mi> <mi>s</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>0.855</mn> </mrow> </msubsup> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>20</mn> <mo>~</mo> <mn>110</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>1.095</mn> <mo>-</mo> <mn>0.666</mn> <msup> <mi>Q</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>0.145</mn> </mrow> </msup> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>110</mn> <mo>~</mo> <mn>230</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>1.037</mn> <mo>-</mo> <mn>0.666</mn> <msup> <mi>Q</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>0.145</mn> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>3.87</mn> <mrow> <msub> <mi>n</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>164.1</mn> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>230</mn> <mo>~</mo> <mn>300</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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式中：
η—效率；
ns—比转速；
Q—流量，m3/h；
n—转速，r/min；
H—泵单级扬程，m；
(2)叶轮出口直径：
<mrow> <msub> <mi>D</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mn>83.71</mn> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mn>0.033</mn> <msub> <mi>n</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>+</mo> <mn>8.84</mn> </mrow> <mrow> <msub> <mi>n</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>+</mo> <mn>22.49</mn> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mroot> <mfrac> <mi>Q</mi> <mi>n</mi> </mfrac> <mn>3</mn> </mroot> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中：
当ns＝20～110时，取kD2＝1.07～1.21，比转速小者取大值，反之取小值；
当ns＝110～300时，取kD2＝1.07～1.31，比转速大者取大值，反之取小值；
式中：
D2—叶轮出口直径，mm；
kD2—外径修正系数；
ns—比转速；
Q—流量，m3/h；
n—转速，r/min；
(3)叶轮出口宽度：
<mrow> <msub> <mi>b</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mn>6.21</mn> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>0.699</mn> <msubsup> <mi>Q</mi> <mi>n</mi> <mn>0.47</mn> </msubsup> <msup> <mi>n</mi> <mn>0.97</mn> </msup> <msup> <mi>H</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>0.78</mn> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <mn>0.33</mn> <mo>)</mo> </mrow> <msubsup> <mi>n</mi> <mi>s</mi> <mrow> <mn>5</mn> <mo>/</mo> <mn>6</mn> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mroot> <mfrac> <mi>Q</mi> <mi>n</mi> </mfrac> <mn>3</mn> </mroot> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中：
当ns＝20～110时，取kb2＝1.19～2.72，比转速小者取大值，反之取小值；
当ns＝110～300时，取kb2＝0.75～1.19，比转速小者取大值，反之取小值；
式中：
b2—叶轮出口宽度，mm；
kb2—出口宽度修正系数；
ns—比转速；
Q—流量，m3/h；
n—转速，r/min；
H—泵单级扬程，m。
2.根据权利要求1中所述的一种喷涂多级离心泵叶轮设计方法，其特征在于所述的外径修正系数kD2按以下公式确定：
当ns＝20～110时：
<mrow> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>1.234</mn> <msubsup> <mi>n</mi> <mi>s</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>0.607</mn> </mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <mn>1.002</mn> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
当ns＝110～300时：
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式中：
kD2—外径修正系数；
ns—比转速。
3.根据权利要求1中所述的一种喷涂多级离心泵叶轮设计方法，其特征在于所述的出口宽度修正系数kb2按以下公式确定：
当ns＝20～110时：
kb2＝17.376Q0.44n0.94H-0.81-12.97 (7)
当ns＝110～300时：
kb2＝5.738Q0.04n0.54H-1.21 (8)
式中：
kb2—出口宽度修正系数；
Q—流量，m3/h；
n—转速，r/min；
H—泵单级扬程，m。
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CN105864099A (zh) * 2016-05-24 2016-08-17 江苏大学 一种中高比转速离心泵叶轮出口端折边叶片结构的设计方法

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