CN108150448A - 一种不等间距流道泵的叶轮设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流道泵技术领域，具体是一种不等间距流道泵的叶轮设计方法，增大双流道泵的高效率范围，增加双流道泵的效率，减少水力损失。包括以下步骤：1)确定第一组流道的原始的流道中线r；2)确定第一组流道的大流道的流道中线r₁；3)确定第一组流道的小流道的流道中线r₂；4)确定叶轮进口直径D₁、叶轮出口直径D₂、叶轮出口宽度b、叶轮前盖板倾角T₁、叶轮后盖板倾角T₂；5)确定第一组流道的大流道的叶片厚度σ₁、叶片出口角β₁、流道中线包角6)确定第一组流道的小流道的叶片厚度σ₂、叶片出口角β₂、流道中线包角。

Description

一种不等间距流道泵的叶轮设计方法

技术领域

本发明涉及流道泵技术领域，具体是一种不等间距流道泵的叶轮设计方法。

背景技术

双流道泵是一种叶轮结构特殊的离心泵，从叶轮的进口至叶轮出口是两个对称的弯曲流道，无堵塞，性能好，主要用于抽送生活污水、工业废水和工业流程中含有固体颗粒悬浮物和纤维状悬浮物的流体，因其流道对称、平衡性好、运行平稳，尤其适用于高扬程、大流量的工作场合，广泛应用于市政、环保、污水处理、轻工、化工、建筑、冶金、矿山等部门。但双流道泵的效率比叶片式离心泵低3％～8％,因此有必要通过优化水力设计来提高其工作效率，这就需要对叶轮结构进行优化设计。

发明内容

本发明的目的是克服背景技术中的不足，提供一种不等间距流道泵的叶轮设计方法，增大双流道泵的高效率范围，增加双流道泵的效率，减少水力损失。

本发明采用的技术方案是：

一种不等间距流道泵的叶轮方法，该流道泵包括具有前盖板和后盖板的泵体、开设在泵体内的两组流道，两组流道关于流道泵的中轴线中心对称布置，每一组流道包含一个大流道及一个小流道，大流道和小流道的过水断面均为椭圆形，其特征在于该设计方法包括以下步骤：

1)确定第一组流道的原始的流道中线r；原始的流道中线为一条变异的阿基米德螺旋线，按以下方程计算：

式中，r-原始的流道中线；D₂–原始的流道出口直径；θ-极角，度；-原始的流道中线包角；

2)确定第一组流道的大流道的流道中线r₁；原始的流道中线r绕叶轮中轴线旋转-20°～-10°，得到第一组流道的大流道的流道中线r₁；

3)确定第一组流道的小流道的流道中线r₂；叶轮流道中线r绕叶轮中轴线旋转10°～20°，得到第一组流道的小流道的流道中线r₂；

4)确定叶轮进口直径D₁、叶轮出口直径D₂、叶轮出口宽度b、叶轮前盖板倾角T₁、叶轮后盖板倾角T₂；根据以下公式计算：

T₁＝80°～87°；

T₂＝90°；

式中：D₁-叶轮进口直径,单位是m；D₂-叶轮出口直径,单位是m；b-叶轮出口宽度，单位是m；Q-流量，单位是m³/s；n-双流道泵转速，单位是r/min；H-扬程，单位是m；n_s-比转速，单位是rad/s；T₁-叶轮前盖板倾角，单位是度；T₂-叶轮后盖板倾角；g‐重力加速度；

5)确定第一组流道的大流道的叶片厚度σ₁、叶片出口角β₁、流道中线包角根据以下公式计算：

σ₁＝4～8mm；

β₁＝10°～20°；

6)确定第一组流道的小流道的叶片厚度σ₂、叶片出口角β₂、流道中线包角根据以下公式计算：

σ₂＝4-8mm；

β₂＝20°～30°；

还包括步骤7)，每一组流道中，大流道的过水断面面积与展开的大流道的流道中线的变化曲线为一条单调下降的直线。

还包括步骤8)，每一组流道中，小流道的过水断面面积与展开的小流道的流道中线的变化曲线为一条单调下降的直线。

还包括步骤9)，每一组流道中，对大流道的过水断面与小流道的过水断面进行匹配，匹配条件是：以叶轮的中轴线作为Z轴，并对从叶轮进口到叶轮外径底部的这一段中轴线进行等长分割，分割成至少6段；再将大、小流道的流道中线等长分割，都分割成至少6段，且大、小流道的流道中线上同一顺序的两个等分点为一组；取中轴线上的第三等分点为起点，分别向大、小流道的流道中线上每一个等分点作射线；经过同一组等分点的一号射线和二号射线中，以其中一个等分点向中轴线作垂线，该垂线作为X轴，经过该等分点的一号射线位于ZX平面内，经过另一等分点的二号射线在该ZX平面的投影与一号射线之间的夹角在15°～25°的范围内；并且，同一组等分点中，大流道的流道中线的等分点所在的过水断面，和小流道的流道中线的等分点所在的过水断面的面积比为1.5～2.5:1。

还包括步骤10)，步骤2)～步骤9)中，若有任一步骤与其他步骤之间存在冲突，则重新开始步骤1)～步骤9)，重新调整原始的流道中线旋转的角度，对中轴线和大、小流道的流道中线分割的段数，直至所述步骤全部满足。

本发明的有益效果如下：本发明通过对流道重新设计，具有对称的大流道和对称的小流道，改善了双流道叶轮的内部流动，降低了流动损失，提高了效率。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的流道结构剖视示意图。

图3是本发明中流道的分组方式示意图。

图4是本发明的轴向剖视示意图。

图5是单个流道的过水断面面积与展开的流道中线的变化曲线图。

图6是大流道与小流道的匹配方式示意图。

图中：A₀为单个流道进口面积：B₀为单个流道出口面积；1—叶轮前盖板；2 —大流道；3—小流道；4—叶轮后盖板；5—轮毂。

具体实施方式

下面对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，一种不等间距流道泵的叶轮方法，该流道泵包括具有前盖板1 和叶轮后盖板4的泵体、开设在泵体内的两组流道(如图3所示，第一组流道G1，第二组流道G2)，两组流道关于流道泵的中轴线中心对称布置，每一组流道包含一个大流道2及一个小流道3(如图3所示，每一个大流道及其沿叶轮顺时针旋转方向的第一个小流道为一组)，大流道和小流道的过水断面均为椭圆形。该设计方法包括以下步骤：

1)如图2所示，确定第一组流道的原始的流道中线r；原始的流道中线为一条变异的阿基米德螺旋线，按以下方程计算：

式中，r-原始的流道中线；D₂–原始的流道出口直径；θ-极角，度；-原始的流道中线包角；

2)如图2所示，确定第一组流道的大流道的流道中线r₁；原始的流道中线r 绕叶轮中轴线旋转-20°～-10°，得到第一组流道的大流道的流道中线r₁；

3)如图2所示，确定第一组流道的小流道的流道中线r₂；叶轮流道中线r绕叶轮中轴线旋转10°～20°，得到第一组流道的小流道的流道中线r₂；

4)如图4所示，确定叶轮进口直径D₁、叶轮出口直径D₂、叶轮出口宽度b、叶轮前盖板倾角T₁、叶轮后盖板倾角T₂；根据以下公式计算：

T₁＝80°～87°；

T₂＝90°；

式中：D₁-叶轮进口直径,单位是m；D₂-叶轮出口直径,单位是m；b-叶轮出口宽度，单位是m；Q-流量，单位是m³/s；n-双流道泵转速，单位是r/min；H-扬程，单位是m；n_s-比转速，单位是rad/s；T₁-叶轮前盖板倾角，单位是度；T₂-叶轮后盖板倾角；g‐重力加速度；

5)如图4所示，确定第一组流道的大流道的叶片厚度σ₁、叶片出口角β₁、流道中线包角根据以下公式计算：

σ₁＝4～8mm；

β₁＝10°～20°；

6)如图4所示，确定第一组流道的小流道的叶片厚度σ₂、叶片出口角β₂、流道中线包角根据以下公式计算：

σ₂＝4-8mm；

β₂＝20°～30°；

还包括步骤7)，如图5所示，每一组流道中，大流道的过水断面面积与展开的大流道的流道中线的变化曲线为一条单调下降的直线。图5中，A₀为大流道进口面积：B₀为大流道出口面积，横坐标为单个流道中线的展开长度。

还包括步骤8)，每一组流道中，小流道的过水断面面积与展开的小流道的流道中线的变化曲线为一条单调下降的直线(与大流道同理)。

还包括步骤9)，如图6所示，每一组流道中，对大流道的过水断面与小流道的过水断面进行匹配，匹配条件是：以叶轮的中轴线作为Z轴，并对从叶轮进口到叶轮外径底部的这一段中轴线进行等长分割，分割成至少6段；再将大、小流道的流道中线等长分割，都分割成至少6段，且大、小流道的流道中线上同一顺序的两个等分点为一组；取中轴线上的第三等分点C为起点，分别向大、小流道的流道中线上每一个等分点作射线；经过同一组等分点的一号射线和二号射线中，以其中一个等分点O₁向中轴线作垂线，该垂线作为X轴，经过该等分点的一号射线位于ZX平面内，经过另一等分点O₂的二号射线在该ZX平面的投影与一号射线之间的夹角∠O₁C O₂在15°～25°的范围内；并且，同一组等分点中，大流道的流道中线的等分点所在的过水断面，和小流道的流道中线的等分点所在的过水断面的面积比为1.5～2.5:1。

还包括步骤10)，步骤2)～步骤9)中，若有任一步骤与其他步骤之间存在冲突，则重新开始步骤1)～步骤9)，重新调整原始的流道中线旋转的角度，对中轴线和大、小流道的流道中线分割的段数，直至所述步骤全部满足。

以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种不等间距流道泵的叶轮设计方法，该流道泵包括具有前盖板(1)和后盖板(4)的泵体、开设在泵体内的两组流道，两组流道关于流道泵的中轴线中心对称布置，每一组流道包含一个大流道(2)及一个小流道(3)，大流道和小流道的过水断面均为椭圆形，其特征在于该设计方法包括以下步骤：

1)确定第一组流道的原始的流道中线r；原始的流道中线为一条变异的阿基米德螺旋线，按以下方程计算：

式中，r-原始的流道中线；D₂–原始的流道出口直径；θ-极角，度；-原始的流道中线包角；

2)确定第一组流道的大流道的流道中线r₁；原始的流道中线r绕叶轮中轴线旋转-20°～-10°，得到第一组流道的大流道的流道中线r₁；

3)确定第一组流道的小流道的流道中线r₂；叶轮流道中线r绕叶轮中轴线旋转10°～20°，得到第一组流道的小流道的流道中线r₂；

4)确定叶轮进口直径D₁、叶轮出口直径D₂、叶轮出口宽度b、叶轮前盖板倾角T₁、叶轮后盖板倾角T₂；根据以下公式计算：

T₁＝80°～87°；

T₂＝90°；

式中：D₁-叶轮进口直径,单位是m；D₂-叶轮出口直径,单位是m；b-叶轮出口宽度，单位是m；Q-流量，单位是m³/s；n-双流道泵转速，单位是r/min；H-扬程，单位是m；n_s-比转速，单位是rad/s；T₁-叶轮前盖板倾角，单位是度；T₂-叶轮后盖板倾角；g‐重力加速度；

5)确定第一组流道的大流道的叶片厚度σ₁、叶片出口角β₁、流道中线包角根据以下公式计算：

σ₁＝4～8mm；

β₁＝10°～20°；

6)确定第一组流道的小流道的叶片厚度σ₂、叶片出口角β₂、流道中线包角根据以下公式计算：

σ₂＝4-8mm；

β₂＝20°～30°；

2.根据权利要求1所述的一种不等间距流道泵的叶轮设计方法，其特征在于：.还包括步骤7)，每一组流道中，大流道的过水断面面积与展开的大流道的流道中线的变化曲线为一条单调下降的直线。

3.根据权利要求2所述的一种不等间距流道泵的叶轮设计方法，其特征为：还包括步骤8)，每一组流道中，小流道的过水断面面积与展开的小流道的流道中线的变化曲线为一条单调下降的直线。

4.根据权利要求3所述的一种不等间距流道泵的叶轮设计方法，其特征为：还包括步骤9)，每一组流道中，对大流道的过水断面与小流道的过水断面进行匹配，匹配条件是：以叶轮的中轴线作为Z轴，并对从叶轮进口到叶轮外径底部的这一段中轴线进行等长分割，分割成至少6段；再将大、小流道的流道中线等长分割，都分割成至少6段，且大、小流道的流道中线上同一顺序的两个等分点为一组；取中轴线上的第三等分点为起点，分别向大、小流道的流道中线上每一个等分点作射线；经过同一组等分点的一号射线和二号射线中，以其中一个等分点向中轴线作垂线，该垂线作为X轴，经过该等分点的一号射线位于ZX平面内，经过另一等分点的二号射线在该ZX平面的投影与一号射线之间的夹角在15°～25°的范围内；并且，同一组等分点中，大流道的流道中线的等分点所在的过水断面，和小流道的流道中线的等分点所在的过水断面的面积比为1.5～2.5:1。

5.根据权利要求4所述的一种不等间距流道泵的叶轮设计方法，其特征为：还包括步骤10)，步骤2)～步骤9)中，若有任一步骤与其他步骤之间存在冲突，则重新开始步骤1)～步骤9)，重新调整原始的流道中线旋转的角度，对中轴线和大、小流道的流道中线分割的段数，直至所述步骤全部满足。