CN109578323B - 一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法 - Google Patents

一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法，属于离心泵技术领域。已知叶片进口安放角β1及出口安放角β2，选取第一叶片工作面型线的进口为a点，以进口速度三角形轴面速度Vm1所在方向与叶轮外径的交点为b点，以b点为第二叶片背面型线与叶轮外径的交点，由出口安放角β2、轴面流线与轴面截线之间的夹角λ2及出口真实厚度δ2，通过计算可确定第二叶片工作面型线与叶轮外径的交点c，则以交点c与第二叶片工作面的入口d点的连线所对应的圆心角则为所确定的包角φ，可以快速方便的对叶轮叶片包角的进行设计来提高离心泵的水力性能。

Description

一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法
技术领域
本发明属于离心泵技术领域，更具体来说，涉及一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法。
背景技术
离心泵是指靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵，主要由叶轮，泵体，泵轴，轴承，密封环和填料函等构成。它的主要特点包括：结构紧凑，流量扬程范围宽，流量均匀、运转平稳、振动小和设备安装、维护检修费用较低等。在离心泵的设计生产过程中，离心泵叶轮的设计关乎于离心泵的水力性能，所以需要一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法通过对叶轮叶片包角的设计的提高离心泵的水力性能。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于解决现有技术中的离心泵叶轮叶片包角的设计比较繁琐的问题，提供一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法，可以方便的对叶轮叶片包角的进行设计来提高离心泵的水力性能。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的
一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法，已知叶片进口安放角β1及出口安放角β2，选取第一叶片工作面型线的进口为a点，以进口速度三角形轴面速度Vm1所在方向与叶轮外径的交点为b点，以b点为第二叶片背面型线与叶轮外径的交点，由出口安放角β2、为轴面流线与轴面截线之间的夹角λ2及出口真实厚度δ2，通过计算可确定第二叶片工作面型线与叶轮外径的交点c，则以交点c与第二叶片工作面的入口d点的连线所对应的圆心角则为所确定的包角φ。
优选的，所述叶片包角的设计方法的具体步骤为：
(1)根据速度系数法设计离心泵叶轮基本参数；
(2)根据进口速度三角形，求解叶片进口速度的大小及进口绝对速度与圆周速度反方向之间的夹角大小；
(3)建立叶片包角的求解模型。
优选的，利用速度系数法设计离心泵的基本参数，包括叶轮进口直径D1，叶轮外径D2，叶片数z，进口安放角β1，出口安放角β2，进口真实厚度δ1，出口真实厚度δ2。
优选的，求解进口速度三角形大小与方向的具体过程为：
(1)建立离心泵叶片进口圆周分速度u1，叶轮进口直径为D1a，转速为n；
Figure GDA0002611653440000021
(2)根据离心泵叶片进口排挤系数
Figure GDA0002611653440000022
和叶片进口过水断面面积F1，建立叶片进口轴面速度vm1；Rc为叶片进口处过水断面的半径，b为叶片进口宽度；
F1＝2πRcb
Figure GDA0002611653440000023
Figure GDA0002611653440000024
其中，Su1为叶片进口圆周厚度，λ1为轴面流线与轴面截线之间的夹角，Q为流量；ηv为泵容积效率；
(3)求解叶片进口相对速度ω1和绝对速度v1的大小：
Figure GDA0002611653440000025
Figure GDA0002611653440000031
(4)求解进口绝对速度与圆周速度反方向之间的夹角α1；
Figure GDA0002611653440000032
优选的，求解包角大小的具体方法为：
(1)确定a、b点的连线长度Lab；
第一叶片工作面入口a点与第二叶片背面型线出口b点之间的距离Lab：
Figure GDA0002611653440000033
R1为叶轮内半径，R2为叶轮外半径；
(2)求解a点与b点所对应的圆心角大小ζ；
Figure GDA0002611653440000034
(3)求解出口圆周厚度所对应的圆心角τ；
叶片出口圆周厚度：
Figure GDA0002611653440000035
式中，λ2为轴面流线与轴面截线之间的夹角；
由几何关系可以得到:
Figure GDA0002611653440000036
(4)求解包角的大小；
根据叶片数z可知每两个相邻叶片之间的夹角为：
Figure GDA0002611653440000037
包角的大小为：
Figure GDA0002611653440000041
优选的，叶片绘型的方法基于艾尔米特插值函数的四项表达式，所述四项表达式为：
Figure GDA0002611653440000042
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法，已知叶片进口安放角β1及出口安放角β2，选取第一叶片工作面型线的进口为a点，以进口速度三角形轴面速度Vm1所在方向与叶轮外径的交点为b点，以b点为第二叶片背面型线与叶轮外径的交点，由出口安放角β2、轴面流线与轴面截线之间的夹角λ2及出口真实厚度δ2，通过计算可确定第二叶片工作面型线与叶轮外径的交点c，则以交点c与第二叶片工作面的入口d点的连线所对应的圆心角则为所确定的包角φ，可以快速方便的对叶轮叶片包角的进行设计来提高离心泵的水力性能。
附图说明
图1为本发明的一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法示意图；
图2为本实施例1的叶轮三维模型示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
参照附图1-2所示，本实施例为一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法，在叶片进口安放角β1及出口安放角β2确定的条件下,在叶轮进口处任选一点a作为第一叶片1工作面的进口，以进口速度三角形轴面速度Vm1所在方向与叶轮外径的交点b作为第二叶片2背面型线与叶轮外径的交点，由出口安放角β2及出口真实厚度δ2，通过计算可确定第二叶片2工作面型线与叶轮外径的交点c，那么以交点c与第二叶片2工作面的入口d的连线所对应的圆心角则为所确定的包角
Figure GDA0002611653440000051
本实施例中，确定安放角的设计方法的具体步骤为：
(1)根据速度系数法设计离心泵叶轮基本参数；
(2)根据进口速度三角形，求解叶片进口速度的大小及进口绝对速度与圆周速度反方向之间的夹角大小；
(3)建立叶片包角的求解模型；
本实施例中，利用速度系数法设计离心泵的基本参数，包括叶轮进口直径D1，叶轮外径D2，叶片数z，进口安放角β1，出口安放角β2，进口真实厚度δ1，出口真实厚度δ2。
本实施例中，求解速度三角形大小与进口绝对速度与圆周速度反方向之间的夹角大小的具体过程为：
(1)建立离心泵叶片进口圆周分速度u1；
Figure GDA0002611653440000061
(2)根据离心泵叶片进口排挤系数
Figure GDA0002611653440000062
和叶片进口过水断面面积F1，建立叶片进口轴面速度vm1；
F1＝2πRcb (2)
Figure GDA0002611653440000063
Figure GDA0002611653440000064
(3)求解叶片进口相对速度和绝对速度的大小：
Figure GDA0002611653440000065
Figure GDA0002611653440000066
(4)求解进口绝对速度与圆周速度反方向之间的夹角α1；
Figure GDA0002611653440000067
本实施例中，求解包角大小的具体方法为：
(1)确定a、b点的连线长度Lab；
第一叶片1工作面入口a与第二叶片2背面型线出口b之间的距离Lab由式(8)获得：
Figure GDA0002611653440000068
(2)求解a点与b点所对应的圆心角大小ζ；
Figure GDA0002611653440000069
(3)求解出口圆周厚度所对应的圆心角τ；
叶片出口圆周厚度：
Figure GDA0002611653440000071
式中，λ2为轴面流线与轴面截线之间的夹角。
由几何关系可以得到:
Figure GDA0002611653440000072
(4)求解包角的大小；
根据叶片数z可知每两个相邻叶片之间的夹角为：
Figure GDA0002611653440000073
包角的大小为：
Figure GDA0002611653440000074
本实施例中，叶片绘型的方法基于艾尔米特插值函数的四项表达式为：
Figure GDA0002611653440000075
依据上述方法给出的具体数值实施例如下：
一比转数为89.26的离心泵，其设计流量为Q＝32m3/h，H＝25m，n＝2900r/min。
1、利用速度系数法设计离心泵的水力模型，设计离心泵的基本参数为：D1＝58mm，D2＝162mm，z＝5，β1＝20°，β2＝30°，δ1＝4mm，δ2＝8mm。
2、求解速度三角形大小：
(1)进口圆周速度u1＝8.807m/s；
(2)进口过水断面面积F1＝0.0046m2，进口排挤系数
Figure GDA0002611653440000082
进口轴面速度vm1＝2.98m/s；
(3)进口相对速度大小ω1＝8.7165m/s，进口绝对速度大小v1＝3.0442m/s；
(4)求进口绝对速度与圆周速度反方向之间的夹角大小α1＝78.3229°。
3、求解包角大小的具体方法
(1)a、b点连线距离Lab＝65mm，Lab＝-88mm；
(2)a点与b点所对应的圆心角大小ζ＝47.4565°；
(3)叶片出口圆周厚度su2＝16.07mm；出口圆周厚度所对应的圆心角τ＝11.3677°；
(4)每两个相邻叶片之间的夹角θ＝72°；求取包角大小
Figure GDA0002611653440000081
4、叶片包角确定后，对叶片进行绘型，并对叶片从进口到出口均匀加厚。
本实施例的一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法，可以快速方便的对叶轮叶片包角的进行设计来提高离心泵的水力性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法，其特征在于：已知叶片进口安放角β1及出口安放角β2，选取第一叶片(1)工作面型线的进口为a点，以进口速度三角形轴面速度Vm1所在方向与叶轮外径的交点为b点，以b点为第二叶片(2)背面型线与叶轮外径的交点，由出口安放角β2、轴面流线与轴面截线之间的夹角λ2及出口真实厚度δ2，通过计算可确定第二叶片(2)工作面型线与叶轮外径的交点c，则以交点c与第二叶片(2)工作面的入口d点的连线所对应的圆心角则为所确定的包角φ。
2.根据权利要求1所述的离心泵叶轮叶片包角的设计方法，其特征在于，所述叶片包角的设计方法的具体步骤为：
(1)根据速度系数法设计离心泵叶轮基本参数；
(2)根据进口速度三角形，求解叶片进口速度的大小及进口绝对速度与圆周速度反方向之间的夹角大小；
(3)建立叶片包角的求解模型。
3.根据权利要求2所述的离心泵叶轮叶片包角的设计方法，其特征在于：利用速度系数法设计离心泵的基本参数，包括叶轮进口直径D1，叶轮外径D2，叶片数z，进口安放角β1，出口安放角β2，进口真实厚度δ1，出口真实厚度δ2。
4.根据权利要求2所述的离心泵叶轮叶片包角的设计方法，其特征在于：求解进口速度三角形大小与方向的具体过程为：
(1)建立离心泵叶片进口圆周分速度u1，叶轮进口直径为D1a，转速为n；
Figure FDA0002611653430000011
(2)根据离心泵叶片进口排挤系数
Figure FDA0002611653430000012
和叶片进口过水断面面积F1，建立叶片进口轴面速度vm1；Rc为叶片进口处过水断面的半径，b为叶片进口宽度；
F1＝2πRcb
Figure FDA0002611653430000021
Figure FDA0002611653430000022
其中，Su1为叶片进口圆周厚度，λ1为轴面流线与轴面截线之间的夹角，Q为流量；ηv为泵容积效率；
(3)求解叶片进口相对速度ω1和绝对速度v1的大小：
Figure FDA0002611653430000023
Figure FDA0002611653430000024
(4)求解进口绝对速度与圆周速度反方向之间的夹角α1；
Figure FDA0002611653430000025
5.根据权利要求2所述的离心泵叶轮叶片包角的设计方法，其特征在于：求解包角大小的具体方法为：
(1)确定a、b点的连线长度Lab；
第一叶片(1)工作面入口a点与第二叶片(2)背面型线出口b点之间的距离Lab：
Figure FDA0002611653430000026
R1为叶轮内半径，R2为叶轮外半径；
(2)求解a点与b点所对应的圆心角大小ζ；
Figure FDA0002611653430000027
(3)求解出口圆周厚度所对应的圆心角τ；
叶片出口圆周厚度：
Figure FDA0002611653430000031
式中，λ2为轴面流线与轴面截线之间的夹角；
由几何关系可以得到:
Figure FDA0002611653430000032
(4)求解包角的大小；
根据叶片数z可知每两个相邻叶片之间的夹角为：
Figure FDA0002611653430000033
包角的大小为：
Figure FDA0002611653430000035
6.根据权利要求2所述的离心泵叶轮叶片包角的设计方法，其特征在于，叶片绘型的方法基于艾尔米特插值函数的四项表达式，所述四项表达式为：
Figure FDA0002611653430000034
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