CN108019374A - 一种离心泵用非对称式叶轮 - Google Patents
一种离心泵用非对称式叶轮 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种离心泵用非对称式叶轮的设计方法，提供叶轮的主要几何参数，包括叶轮外径D2、叶轮出口宽度b2、叶轮轴径D0、叶片出口安放角β2、叶片工作面夹角α、叶片工作面夹角β、叶片进口端厚度d1、叶片出口端厚度d2、叶片包角、相邻叶片进口段圆角半径R1、R2等；叶片包角的取值范围为105°～135°；叶片进口以及叶片中间部分的背面的弧度明显比工作面的弧度小，叶片中间厚度为叶片进口处的厚的1.07～1.14倍。采用通过改变叶片分布位置以及对叶轮几个重要几何参数的设计，改善流动情况，实现叶轮无堵塞、高效率、长寿命，而且有助于计算机编程，能很大程度上取代轴流泵原来相似设计法和速度系数法。
Description
技术领域
本发明涉及一种离心泵叶轮,特别涉及一种离心泵用非对称式叶轮。
背景技术
离心泵的叶轮是把原动机的能量通过离心力的作用传递给泵内的液体，使液体增加速度和压力，促使泵内液体排出去，进口管路中的液体被吸进来，是离心泵的重要零件之一。随着我国国民经济的发展，离心泵越来越广泛地应用于各个领域。在江河湖海的开发与挖掘中以及工业污水、生活污水和工业废水等排放中，都需要输送含有固体颗粒悬浮物的离心泵，叶轮的效率和寿命就显得尤为重要，直接影响工程的进度。叶轮是离心泵最核心的水力部件，也是唯一的动力元件，叶轮的几何参数对离心泵的性能影响很大，因此叶轮对离心泵的水力性能具有重要影响。
申请号为200910207206.0号的中国发明专利中公开了一种泵用开式叶轮，该发明解决了现有开式叶轮进口容易缠绕纤维状的细长物，从而导致堵塞的问题，这种设计方法只给出了叶轮叶片的参数的具体实施办法，其他参数还是依赖工程技术人员的经验，没有给出系统的、精确的设计方法，而且很难做到计算机编程应用和计算机辅助设计。申请号为201510679325.1号的中国发明专利公开了一种非对称固液两相流离心叶轮水力设计方法，本发明适用于输送各种颗粒和含纤维的物质，使输送的物质能通畅的到达叶轮出口且不破坏输送物的整体性。但是此专利只有两个叶片可以使用，效率不理想。申请号为201521143144.9号的实用新型专利公开了一种半开式叶轮，本实用新型将向上凸起的小颗粒和导流条相结合,加大叶轮与流体的摩擦力,同时,叶片为空心腔体,减少叶轮的重量,减少离心式水泵的机械损失。但是，发明人在该专利中也没有给出离心泵叶轮的基本参数的系统的、精确的设计方法，在制造、加工上都有一定的难度。
发明内容
针对上述存在的缺陷，本发明人发明了一种离心泵用非对称式叶轮，不仅给出了离心泵叶轮参数系统的、精确的设计方法，还解决了离心泵输送杂质易堵塞的问题，提高离心泵的效率和抗空化性能，延长泵的使用寿命和维修周期，最重要的是有助于计算机编程应用和计算机辅助设计，能很大程度上取代采用传统的相似设计法和速度系数法设计的离心泵叶轮。
本发明提供了一种离心泵用非对称式叶轮，通过改变叶片分布位置以及对叶轮几个重要几何参数的设计，改善流动情况，实现叶轮无堵塞、高效率、长寿命。
实现上述目的所采用的技术方案是：
(1)叶轮外径D2
D2＝-14.32Q+1.716×10-3ns-4.395×10-2Qns-1.427×e-6ns 2+0.2337 (1)
式中：
D2—叶轮外径，米；
Q—设计工况流量，米3/秒；
ns—比转速，
(2)叶轮出口宽度b2
式中：
b2—叶轮出口宽度，米；
D2—叶轮外径，米；
(3)叶片出口安放角β2
式中：
β2—叶片出口安放角，度；
Q—设计工况流量，米3/秒；
n—叶轮转速，转/分；
ns—比转速，
(4)叶轮轴径D0
式中：
D0—叶轮轴径，米；
D2—叶轮外径，米；
(5)当叶片数Z＝4时，叶片工作面夹角α、叶片工作面夹角β、叶片进口端厚度d1、叶片出口端厚度d2、相邻叶片进口段圆角半径R1、R2
β＝π-α (6)
式中：
d1—叶片进口端厚度,米；
d2—叶片出口端厚度，米；
α—叶片工作面夹角，度；
β—叶片工作面夹角，度；
H—设计工况扬程，米；
R1—相邻叶片进口段圆角半径,米；
R2—相邻叶片进口段圆角半径，米；
β2—叶片出口安放角β2，度；
(6)当叶片数Z＝6时，叶片工作面夹角α、叶片工作面夹角β、叶片进口端厚度d1、叶片出口端厚度d2、相邻叶片进口段圆角半径R1、R2
式中：
d1—叶片进口端厚度,米；
d2—叶片出口端厚度，米；
α—叶片工作面夹角，度；
β—叶片工作面夹角，度；
H—设计工况扬程，米；
R1—相邻叶片进口段圆角半径,米；
R2—相邻叶片进口段圆角半径，米；
β2—叶片出口安放角β2，度；
(7)当叶片数Z＝8时，叶片工作面夹角α、叶片工作面夹角β、叶片进口端厚度d1、叶片出口端厚度d2、相邻叶片进口段圆角半径R1、R2
式中：
d1—叶片进口端厚度,米；
d2—叶片出口端厚度，米；
α—叶片工作面夹角，度；
β—叶片工作面夹角，度；
H—设计工况扬程，米；
R1—相邻叶片进口段圆角半径,米；
R2—相邻叶片进口段圆角半径，米；
β2—叶片出口安放角β2，度；
所述叶片包角的取值范围为105°～135°。
所述叶片采用圆柱式叶片，叶片向出口逐渐加厚。
所述叶片进口以及叶片中间部分的背面的弧度明显比工作面的弧度小，叶片中间厚度为叶片进口处的厚度的1.07～1.14倍。
根据上述步骤，可以得到一种相对系统的、精确的叶轮主要参数的设计方法。
本发明的有益效果为：
通过本发明所述的计算方法确定离心泵用非对称式叶轮主要几何参数，包括叶轮外径、叶轮出口宽度、叶轮安装轴径、叶片出口安放角、叶片工作面夹角、叶片进口端厚度、叶片出口端厚度、相邻叶片进口段圆角半径等，不同于传统相似法与速度系数法，更能确保水力部件尺寸的相互匹配，计算更精确，使理论设计与实际模型更符合，而且更有利于计算机的应用与编程。
附图说明
图1是离心泵叶轮平面示意图。
图2是离心泵叶轮部分截面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明通过以下几个公式来确定包括非对称泵叶轮外径D2、叶轮出口宽度b2、叶轮轴径D0、叶片出口安放角β2、叶片工作面夹角α、叶片工作面夹角β、叶片进口端厚度d1、叶片出口端厚度d2、相邻叶片进口段圆角半径R1、R2等叶轮的几个参数。
此实施例是在给定设计工况流量Q、设计工况扬程H、设计工况转速n，计算叶轮水力参数：
D2＝-14.32Q+1.716×10-3ns-4.395×10-2Qns-1.427×10-6ns 2+0.2337 (1)
当叶片数Z＝4时
当叶片数Z＝6时
当叶片数Z＝8时
取Q＝0.012m3/s，H＝9m,n＝1450r/min时，计算得比转速ns＝112，取叶片数Z＝6，根据以上公式得出D2＝0.177m，b2＝0.053m,β2＝22°，D0＝0.03m，α＝81°，β＝49.5°，d1＝3.6×10-3m，d2＝4.2×10-3m，R1＝0.015m，R2＝0.018m。
以上数据经过数值模拟，泵的扬程和效率相对于经验公式模拟下提高了约1％。
本发明采用精确公式设计法进行水力设计，使泵的效率和抗空化性能得到很大提高，具有良好的经济效益，更有利于计算机的编程应用。由于本发明的设计方法不同于传统相似法与速度系数法，更能确保水力部件的尺寸的相互匹配，而且计算更精确，使理论设计与实际模型更符合。
以上，为本发明专利参照实施例做出的具体说明，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他实施例或变形例。
Claims (4)
1.一种离心泵用非对称式叶轮，其特征在于：叶轮总叶片数为偶数个，叶片数z范围为4～8；给出了叶轮的主要几何参数：包括叶轮外径D2、叶轮出口宽度b2、叶轮轴径D0、叶片出口安放角β2、叶片工作面夹角α、叶片工作面夹角β、叶片进口端厚度d1、叶片出口端厚度d2、相邻叶片进口段圆角半径R1、R2；叶轮几何参数与泵设计工况点性能参数之间适合以下关系：
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当叶片数Z＝4时，叶片工作面夹角α、叶片工作面夹角β、叶片进口端厚度d1、叶片出口端厚度d2、相邻叶片进口段圆角半径R1、R2的设计公式如下：
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当叶片数Z＝6时，叶片工作面夹角α、叶片工作面夹角β、叶片进口端厚度d1、叶片出口端厚度d2、相邻叶片进口段圆角半径R1、R2的设计公式如下：
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当叶片数Z＝8时，叶片工作面夹角α、叶片工作面夹角β、叶片进口端厚度d1、叶片出口端厚度d2、相邻叶片进口段圆角半径R1、R2的设计公式如下：
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式中：
D2—叶轮外径，米；
b2—叶轮出口宽度，米；
ns—比转速，
β2—叶片出口安放角β2，度；
D0—叶轮轴径，米；
d1—叶片进口端厚度,米；
d2—叶片出口端厚度，米；
α—叶片工作面夹角，度；
β—叶片工作面夹角，度；
Q—设计工况流量，米3/秒；
H—设计工况扬程，米；
n—叶轮转速，转/分；
R1—相邻叶片进口段圆角半径,米；
R2—相邻叶片进口段圆角半径，米。
2.根据权利要求1所述的一种离心泵用非对称式叶轮，其主要特征是：所述叶轮的叶片包角的取值范围为105°～135°。
3.根据权利要求1所述的一种离心泵用非对称式叶轮，其主要特征是：叶片采用圆柱式叶片，叶片向出口逐渐加厚。
4.根据权利要求1所述的一种离心泵用非对称式叶轮，其主要特征是：叶片进口以及叶片中间部分的背面的弧度明显比工作面的弧度小，叶片中间厚度为叶片进口处的厚度的1.07～1.14倍。
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| CN201711106039.1A CN108019374B (zh) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | 一种离心泵用非对称式叶轮 |
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