CN107859630A - 一种立式泵用吸水室设计方法 - Google Patents

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陆军
王勇
翟欢乐
陆荣
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D9/00—Priming; Preventing vapour lock
    • F04D9/04—Priming; Preventing vapour lock using priming pumps; using booster pumps to prevent vapour-lock

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Abstract

本发明公开了一种立式泵用吸水室设计方法，吸水室各个截面最大面积是吸水室入口面积的1.10~1.15倍，吸水室出口面积是吸水室面积的1.0~1.4倍，吸水室各截面的大小沿流道中线先增大后减小，保证叶轮进口有要求的速度场，及速度分布均匀，大小适当，环量符合要求，水力损失最小；吸水室上、下轮廓线过渡光滑，下轮廓线在靠近叶轮侧的位置为一段圆弧过渡，圆心位置在上轮廓线与叶轮进口交线的延长线上，上轮廓线在靠近叶轮进口位置为一段直线。本发明可解决偏工况运行时由于叶轮进口速度不均匀造成的空化诱导噪声问题，降低了立式泵在低比转数工况即高扬程小流量工况和高比转速工况及低扬程大流量工况下振动噪声，可应用于高层楼宇供水、化工管道增压等场合。

Description

一种立式泵用吸水室设计方法
技术领域
本发明涉及一种立式泵主要过流部件的设计方法，主要解决立式泵在低比转数工况即高扬程小流量工况和高比转速工况及低扬程大流量工况下振动噪声的工作问题，更具体的说，本发明涉及一种立式泵用弯肘型吸水室的设计方法，其为泵用吸水室的一种。本发明所提供的吸水室的设计方法不限于立式管道泵，适用于其他立式泵。
背景技术
泵是应用非常广泛的通用机械，种类甚多，包括叶片泵、容积泵等类型，其在国民经济的各个部门中应用极广。随着科学技术的不断发展，泵的应用领域正在迅速扩大。据不完全统计，泵的耗电量约占全国总发电量的20％以上，耗油量约占全国总油耗的5％，可见泵是当然的耗能大户。因此，提高泵的技术水平对节约能源、创建节约型社会具有十分重要而深远的意义。离心泵是叶片泵中应用最为广泛的一种，其结构多种多样，广泛应用于城市给水、石油化工、船舶工业、航空航天、农田灌溉等社会生活和国民经济的各个部门中。随着离心泵技术的不断发展，其应用范围将更加广泛、作用更大。立式泵适用于要求进出口水平安放的情况，其不仅仅限于立式管道泵。
泵用吸水室是指从泵进口法兰面到泵叶轮进口的过流部件。吸水室的功能是把液体按要求的条件引入叶轮。吸水室中的液体速度较小，造成的水力损失要远小于压水室的。但是，吸水室中的流动状态直接影响叶轮中的流动情况，对泵的效率也有一定的影响，尤其对于泵汽蚀性能影响较大。对于低扬程，损失的绝对值不大，但占泵扬程的比例较大，因而对效率的影响要比高扬程泵相对大很多。
因此，对吸水室的要求是：保证叶轮进口有要求的速度场，及速度分布均匀，大小适当，环量符合要求，水力损失最小。目前所见文献中泵用到的吸水室有直锥形吸水室、环形吸水室、准螺旋形吸水室、半螺旋形吸水室。
而弯肘型吸水室多用泵站，其进水流道的作用是将泵站前池的水流引入水泵叶轮，也就是使水流在进水流道内逐步加速，完成流向转变，并平顺地进入叶轮室。目前，对于一般立式泵用弯肘型吸水室还没有一种专门的设计方法。
基于以上概述，本发明提出一种弯肘型吸水室的水力设计方法，目的解决目前立式泵运行时三个问题：1、偏工况运行时由于叶轮进口速度不均匀，引起叶片进口背面发生严重的空化空蚀；2、弯肘型吸水室设计思路不合理，其内部有较大的水力损失；3、吸水室弯肘位置存在一个主涡，形成了二次流，对主流有很大的干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种立式泵吸水室水力设计方法，以满足水泵设计工况的扬程、效率与铸造的要求，还满足设计工况下振动噪声的要求。因而本发明设计的吸水室不仅满足偏工况运行时的效率等水力性能，而且可以解决该类型泵在小流量工况下的空化诱导噪声过大问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种立式泵用吸水室设计方法，根据立式泵对设计工况的流量Qd、设计工况的扬程Hd和设计工况的水泵功率Pmax在叶轮转速为n时的设计要求，设计所述的吸水室的几何参数，其特征在于：所述的吸水室沿着流道中线的长度面积是先减少后增大，即从所述的吸水室进口到叶轮入口的面积不是恒定不变的量；所述的吸水室各个截面最大面积是吸水室入口面积的1.10～1.15倍，所述的吸水室出口(2)的面积即叶轮入口的面积是吸水室进口(1)面积的1.0～1.40倍，即各个面积可以相等，也可以不相等，但是必须确保其他各个截面面积与吸水室进口面积比值在1.0～1.4倍之间。
所述的吸水室上、下轮廓线为过渡光滑，所述的下轮廓线在靠近叶轮侧的位置为一段圆弧过渡，在上轮廓线与叶轮进口交线的延长线上，上轮廓线在靠近叶轮进口位置为一段直线，保证其流入叶轮的液体流线均匀。
所述的吸水室设计方法不采用常规的加隔板，因为加入隔板后吸水室出口断面上的流动不均匀度很大，影响泵在非设计工况下的空化情况；而是采用控制吸入室断面面积变化的方法。
在设计弯肘型吸水室时，控制吸水室各个断面的流速，把泵规定的运行工况作为设计时的设计工况，具体如下：弯肘型吸水室的进口流速适合以下等式的关系
Qd——设计工况下的泵流量，单位m3/s；
DN——泵进口法兰公称直径，单位m；
V——泵进口流速，单位m/s。
DN是标准直径，设计时需满足V在3m/s以下，以减小流入吸水室的液体的水力损失。
Vs＝(0.9～0.95)V
Vs——泵进口流速，单位m/s。
沿吸水室中间流线将吸水室分为4～5个断面，各截面均尽量垂直吸水室外轮廓线，各个断面面积沿着吸水室中间流线先减小后增大；吸水室进口(1)面积的最大值为1.113。
以上关系式及说明是设计立式离心泵吸水室的关键因素，对该型泵的水力性能有至关重要的影响。本发明的有益效果是，采用本发明设计的吸水室几乎参数不仅满足水泵设计工况的扬程要求和提高效率与适宜铸造的要求，还满足设计不同工况点的空化性能要求。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
附图1是本发明给出的一个实施例的吸水室水力图；
附图2是本发明给出的一个实施例的吸水室平面图；
附图3是本发明给出的一个实施例的吸水室A'-A″断面图；
附图4是本发明给出的一个实施例的吸水室B'-B″断面图；
附图5是本发明给出的一个实施例的吸水室C'-C″断面图；
附图6是本发明给出的一个实施例的吸水室D'-D″断面图；
附图7是本发明给出的一个实施例的吸水室断面面积变化图。
图中：1、吸水室进口，2、吸水室出口，3、吸水室A'-A″断面，4、吸水室B'-B″断面，5、吸水室C'-C″断面，6、吸水室D'-D″断面，7、A'-A″断面安放角，8、B'-B″断面安放角，9、C'-C″断面安放角，10、D'-D″断面安放角，11、吸水室流道中线，12、吸水室下侧靠近叶轮位置圆弧，13、吸水室上侧靠近叶轮位置直线。
具体实施方式
图1、图2、图3、图4、图5和图6确定了这个实施例的吸水室形状。它和其他结构的吸水室外形完全不一样，它包括吸水室进口1和吸水室出口2，用于确定吸水室进出口流速，保证速度在合理范围之内确保水力损失最小。所述的吸水室A'-A″断面3、所述的吸水室B'-B″断面4、所述的吸水室C'-C″断面5和所述的吸水室D'-D″断面6共同确定了吸水室内部流道面积变化，因为本发明控制的吸水室断面面积变化规律，因此这四个参数尤为重要，是本发明的核心之一。在图中所述的A'-A″断面安放角7、所述的B'-B″断面安放角8、所述的C'-C″断面安放角9和所述的D'-D″断面安放角10这四个量确定了吸水室断面安放规律，保证了轴面流速的均匀性。各个截面中心连线形成了所述的吸水室流道中线11，最终在吸水室靠近出口位置形成了所述的吸水室下侧靠近叶轮位置圆弧12和所述的吸水室上侧靠近叶轮位置直线13。
在图中实施例的吸水室面积变化为先减小后增大，所述的吸水室A'-A″断面3面积是所述的吸水室进口1面积的1.113倍，所述的吸水室B'-B″断面4面积是所述的吸水室进口1面积的1.080倍，所述的吸水室C'-C″断面4面积是所述的吸水室进口1面积的1.055倍，所述的吸水室D'-D″断面4面积是所述的吸水室进口1面积的1.023倍，所述的吸水室出口2面积是所述的吸水室进口1面积的1.346倍。由此知，所述的断面面积比所述的吸水室进口1面积的最大值为1.113，满足本发明提出的1.15倍以内的要求。所述的吸水室下侧靠近叶轮位置圆弧12的所述的圆心14在所述的直线15上。所述的吸水室上侧靠近叶轮位置直线13与所述的圆弧16相切。这个实施例中各个断面面积规律符合本发明提出的变化。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种立式泵用吸水室设计方法，根据立式泵对设计工况的流量Qd、设计工况的扬程Hd和设计工况的水泵功率Pmax在叶轮转速为n时的设计要求，设计所述的吸水室的几何参数，其特征在于：所述的吸水室沿着流道中线的长度面积是先减少后增大，即从所述的吸水室进口到叶轮入口的面积不是恒定不变的量；所述的吸水室各个截面最大面积是吸水室入口面积的1.10～1.15倍，所述的吸水室出口(2)的面积即叶轮入口的面积是吸水室进口(1)面积的1.0～1.40倍。
2.根据权利要求1所述的一种立式泵用吸水室设计方法，其特征在于：所述的吸水室上、下轮廓线为过渡光滑，所述的下轮廓线在靠近叶轮侧的位置为一段圆弧过渡，在上轮廓线与叶轮进口交线的延长线上，上轮廓线在靠近叶轮进口位置为一段直线。
3.根据权利要求1所述的一种立式泵用吸水室设计方法，其特征在于：所述的吸水室设计方法不采用常规的加隔板，而是采用控制吸入室断面面积变化的方法。
4.根据权利要求1所述的一种立式泵用吸水室设计方法，其特征在于：在设计弯肘型吸水室时，控制吸水室各个断面的流速，把泵规定的运行工况作为设计时的设计工况，具体如下：弯肘型吸水室的进口流速适合以下等式的关系
<mrow> <mi>V</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>Q</mi> <mi>d</mi> </msub> <mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>4</mn> </mfrac> <msubsup> <mi>&amp;pi;D</mi> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> </mfrac> </mrow>
Qd——设计工况下的泵流量，单位m3/s；
DN——泵进口法兰公称直径，单位m；
V——泵进口流速，单位m/s；
DN是标准直径，设计时需满足V在3m/s以下，以减小流入吸水室的液体的水力损失；
Vs＝(0.9～0.95)V；
Vs——泵进口流速，单位m/s。
5.根据权利要求1所述的一种立式泵用吸水室设计方法，其特征在于：沿吸水室中间流线将吸水室分为4～5个断面，各截面均尽量垂直吸水室外轮廓线，各个断面面积沿着吸水室中间流线先减小后增大；吸水室进口(1)面积的最大值为1.113。
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