CN109885886A - 一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法，涉及水泵技术领域，主要针对多级泵在小流量区域出现驼峰现象时，以叶轮主要的水力参数按照一定的数学代数关系来衍生出主要的正导叶水力参数，即以叶轮出口宽度、叶轮出口直径和叶轮叶片出口安放角为父项衍生设计出子项正导叶的进口直径、进口宽度、导叶叶片安放角、导叶出口直径和导叶扩散段长度，改善叶轮和导叶相互之间的通透性，使叶轮和导叶之间的具有良好匹配关系，从而降低小流量工况下导叶内的损失，减小扬程曲线的驼峰程度。

Description

一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法

技术领域

本发明专利涉及水泵技术领域，具体涉及一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法。

背景技术

泵作为一种通用机械，在社会的发展过程中扮演重要的角色，可以说有液体流动的地方就有泵的存在。多级泵作为泵的主要成员之一，其主要的技术特点是通过多个叶轮串联作用依次通过各级导叶使系统获得的较大的压力能，在设计上可以很好解决高转速和高外径带来高成本和低效率的问题，在应用上可以为存在较大压力变化的管路系统工作。由于多级泵结构的特殊性，每一级获得的扬程尽可能大来减小相对级数，因此，每级对应的比转速相对而言还是属于低比转速范畴。低比转速的扬程曲线很容易出现“驼峰”现象，驼峰区域对多级泵而言是一种极不稳定工况区域，往往伴随着振动和噪音等负面现象，大大降低了系统的可靠性，同时多级泵存在“惰性”积累放大作用，使这种负面作用产生的效果不断被积累和放大，当多级泵运行到一定程度后负面作用所积累的效果对轴、轴承和密封的破坏性是不可逆的,使泵不能正常运行。

发明内容

本发明针对多级泵在小流量区域出现驼峰现象时内部流动情况可知：叶轮和导叶之间出现大量的不稳定回流旋涡，一方面旋涡生成需要吸收大量能量，另一方面大量的回流旋涡降低整个流道的通透性，进一步反馈旋涡的发展来吸收更多的能量，从而导致扬程下降过多。为解决上述技术问题，一提出种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法。

本发明要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现。

一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法，其特征在于：确定叶轮出口宽度、叶轮外径和叶片出口安放角为父项衍生设计出子项正导叶进口直径、导叶进口宽度、导叶进口安放角、导叶出口直径和导叶扩散段长度,使其在数值具有线性匹配关系，确保输送的液体在叶轮中的流动和在导叶中的流动具有直接的相关匹配性，降低了在小流量工况下液体在叶轮和导叶之间水力冲击损失，从而减小了扬程曲线驼峰；

1)具体计算方法如下：其中：

1)比转速n_s计算公式如下：

式中：

n_s—比转速；

Q—流量，立方米/秒；

H—扬程，米；

n—转速，转/每分钟；

2)叶轮出口直径D₂计算公式如下：

式中：

D₂—叶轮出口直径，米；

n_s—比转速；

g—重力加速度，米/平方秒；

H—扬程，米；

n—转速，转/每分钟；

3)叶轮出口宽度b₂计算公式如下：

式中：

b₂—叶轮出口宽度，米；

n_s—比转速；

g—重力加速度，米/平方秒；

H—扬程，米；

n—转速，转/每分钟；

Q—流量，立方米/秒；

4)导叶进口直径D₃计算公式如下：

式中：

D₃—导叶进口直径，米；

n_s—比转速；

n—转速，转/每分钟；

Q—流量，立方米/秒；

5)导叶进口安放α₄角计算公式如下：

式中：

α₄—导叶进口安放，度；

b₂—叶轮出口宽度，米；

D₂—叶轮出口直径，米；

n—转速，转/每分钟；

Q—流量，立方米/秒；

β₂—叶轮叶片出口安放角，一般取23°-27°。

6)导叶进口宽度b₃计算公式如下：

式中：

b₃—导叶进口宽度，米；

D₃—导叶进口直径，米；

b₂—叶轮出口宽度，米；

D₂—叶轮出口直径，米；

δ₃—导叶叶片进口厚度，米；

β₂—叶轮叶片出口安放角，度；

7)导叶出口直径D₄计算公式如下：

式中：

D₄—导叶出口直径，米；

D₃—导叶进口直径，米；

H—扬程，米；

8)导叶扩散段长度L的计算公式如下：

式中：

L-导叶扩散段长度，米；

D₄—导叶出口直径，米；

D₃—导叶进口直径，米。

本发明的有益效果在于：为了最大限度减小这种能量损失，减小扬程曲线的驼峰程度，本发明以叶轮水力按照一定的关系来衍生出正导叶水力，即以叶轮出口宽度、叶轮外径为父项衍生设计出子项正导叶主要水力参数，保证叶轮和导叶之间的具有良好匹配关系，从而降低小流量工况下导叶内的损失，减小扬程曲线的驼峰程度

附图说明

图1为叶轮和导叶的平面投影图；

图2为叶轮和导叶的轴面投影图；

图1中L-导叶扩散段长度，β₂—叶轮叶片出口安放角，α₄—导叶进口安放，度,δ₃—导叶叶片进口厚度；

图2中D₂—叶轮出口直径，b₂—叶轮出口宽度，D₃—导叶进口直径，D₄—导叶出口直径，b₃—导叶进口宽度。

具体实施方式

为了使发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体的产品实例，进一步阐述本发明。

实施例：选取多级泵产品性能参数流量Q＝85m³/h,扬程H＝80m,转速n＝2950r/min，重力加速度取g＝10m²/s,取β₂＝23°,δ₃＝3mm，根据上述的发明内容计算叶轮和导叶的水力参数如下：

比转速n_s计算公式如下：

式中：

n_s—比转速；

Q—流量，立方米/秒；

H—扬程，米；

n—转速，转/每分钟；

n_s＝((3.65×2950×(85/3600)^0.5)/(80^0.75))＝62；

叶轮出口直径D₂计算公式如下：

式中：

D₂—叶轮出口直径，米；

n_s—比转速；

g—重力加速度，米/平方秒；

H—扬程，米；

n—转速，转/每分钟；

D₂＝(27.8×((62/100)^0.1)×(10×80)^0.5)/2950＝0.255m；

叶轮出口宽度b₂计算公式如下：

式中：

b₂—叶轮出口宽度，米；

n_s—比转速；

g—重力加速度，米/平方秒；

H—扬程，米；

n—转速，转/每分钟；

Q—流量，立方米/秒；

b₂＝(1.52×(2-62/80)×((62/100)^1.2)×((2×10×80)^1.2))/2950＝0.0145m；

导叶进口直径D₃计算公式如下：

式中：

D₃—导叶进口直径，米；

n_s—比转速；

n—转速，转/每分钟；

Q—流量，立方米/秒；

D₃＝0.255+0.2×((62/100)^0.5)×(85/3600/2950)^(1/3)＝0.258m；

导叶进口安放α₄角计算公式如下：

式中：

α₄—导叶进口安放，度；

b₂—叶轮出口宽度，米；

D₂—叶轮出口直径，米；

n—转速，转/每分钟；

Q—流量，立方米/秒；

β₂—叶轮叶片出口安放角，一般取23°-27°；

α₄＝arctan(((85+5)/85)tan23)＝24°；

导叶进口宽度b₃计算公式如下：

式中：

b₃—导叶进口宽度，米；

D₃—导叶进口直径，米；

b₂—叶轮出口宽度，米；

D₂—叶轮出口直径，米；

δ₃—导叶叶片进口厚度，米；

β₂—叶轮叶片出口安放角，度。

b₃＝((0.2×0.255×0.258×0.0145×sin23)/0.249)^0.5＝0.017m；

导叶出口直径D₄计算公式如下：

式中：

D₄—导叶出口直径，米；

D₃—导叶进口直径，米；

H—扬程，米；

D₄＝(1+80/200)^0.7＝0.328m；

导叶扩散段长度L的计算公式如下：

式中：

L-导叶扩散段长度，米；

D₄—导叶出口直径，米；

D₃—导叶进口直径，米；

L＝2.5×(0.328/0.258)×0.017＝0.054m。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法，其特征在于：确定叶轮出口宽度、叶轮外径和叶片出口安放角为父项衍生设计出子项正导叶进口直径、导叶进口宽度、导叶进口安放角、导叶出口直径和导叶扩散段长度，使其在数值具有线性匹配关系。

2.根据权利要求1中所述的一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法，其特征在于：

叶轮出口直径D₂计算公式如下：

式中：

D₂—叶轮出口直径，米；

n_s—比转速；

g—重力加速度，米/平方秒；

H—扬程，米；

n—转速，转/每分钟。

3.根据权利要求1中所述的一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法，其特征在于：叶轮出口宽度b₂按如下公式计算

式中：

b₂—叶轮出口宽度，米；

n_s—比转速；

g—重力加速度，米/平方秒；

H—扬程，米；

n—转速，转/每分钟；

Q—流量，立方米/秒。

4.根据权利要求1中所述的一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法，其特征在于：导叶进口直径D₃按如下公式计算

式中：

D₃—导叶进口直径，米；

n_s—比转速；

n—转速，转/每分钟；

Q—流量，立方米/秒。

5.根据权利要求2、3或4中所述的一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法，其特征在于：比转速n_s计算公式如下：

式中：

n_s—比转速；

Q—流量，立方米/秒；

H—扬程，米；

n—转速，转/每分钟。

6.根据权利要求1中所述的一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法，其特征在于：导叶进口安放角α₄按如下公式计算：

式中：

α₄—导叶进口安放，度；

b₂—叶轮出口宽度，米；

D₂—叶轮出口直径，米；

n—转速，转/每分钟；

Q—流量，立方米/秒；

H—扬程，米；

β₂—叶轮叶片出口安放角，一般取23°-27°。

7.根据权利要求1中所述的一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法，其特征在于：导叶进口宽度b₃按如下公式计算：

式中：

b₃—导叶进口宽度，米；

D₃—导叶进口直径，米；

b₂—叶轮出口宽度，米；

D₂—叶轮出口直径，米；

δ₃—导叶叶片进口厚度，米；

β₂—叶轮叶片出口安放角，度。

8.根据权利要求1中所述的一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法，其特征在于：导叶出口直径D₄按如下公式计算：

式中：

D₄—导叶进口直径，米；

D₃—导叶进口直径，米；

H—扬程，米。

9.根据权利要求1中所述的一种减小多级泵扬程曲线驼峰的水力设计方法，其特征在于：导叶扩散段长度L按如下公式计算

式中：

L-导叶扩散段长度，米；

D₄—导叶进口直径，米；

D₃—导叶进口直径，米。