CN111859565A - 一种水泵叶片表面涂层厚度的确定方法及其确定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水泵叶轮表面涂层厚度的确定方法和装置，该方法通过获取水泵叶轮无涂层时的扬程、水力损失值；基于扬程变化系数、扬程和水力损失值确定目标水力损失值；扬程变化系数表征涂层的厚度对扬程的影响程度；基于目标水力损失值确定涂层的第一厚度值；确定水泵的叶片被金属溶液电化学腐蚀所产生的腐蚀电流强度；根据涂层保护效率和腐蚀电流强度确定目标电流强度；涂层保护效率表征涂层的厚度对保护水泵的叶片不被腐蚀的有效程度；基于目标电流强度确定涂层的第二厚度。如此，确定涂层的厚度范围为第一厚度至第二厚度，可以提升涂层的保护效果，可以降低喷涂的成本。
Description
技术领域
本发明涉及流体机械技术领域，特别涉及一种水泵叶片表面涂层厚度的确定方法及其确定装置。
背景技术
水泵作为提水装置，可广泛应用于各行各业。水泵作为金属构件，在日常工作使用中极易产生腐蚀现象，导致金属材料氧化，影响水泵使用寿命和工作可靠性。特别是输送工质为两相流时，固液混合的流态将使泵叶片产生更大程度的腐蚀；同时叶片出口处因汽蚀产生的高温高压进一步加剧了叶片腐蚀。
目前常见的解决方法是采用表面涂层，使金属与环境隔离，广泛应用的涂层材料有熔接环氧树脂(FBE)和聚四氟乙烯(PTFE)。但在工程实践中，表面涂层的厚度并没有一个有效的计算方法，若采用不合适的涂层厚度，将会影响涂层的保护效果和喷涂成本。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种水泵叶片表面涂层厚度的确定方法，从涂层材料的物理特性和电化学特性两个角度出发，在满足涂层具有较好防腐蚀性和对泵扬程影响较小的条件下，确定涂层厚度的最小值和最大值，如此，可以提升涂层的保护效果，可以降低喷涂的成本。
一方面，本发明提供了一种水泵叶轮表面涂层厚度的确定方法，包括：
获取水泵叶轮无涂层时的扬程、水力损失值；
基于扬程变化系数、扬程和水力损失值确定目标水力损失值；扬程变化系数表征涂层的厚度对扬程的影响程度；
基于目标水力损失值确定涂层的第一厚度值；
确定水泵的叶片被金属溶液电化学腐蚀所产生的腐蚀电流强度；
根据涂层保护效率和腐蚀电流强度确定目标电流强度；涂层保护效率表征涂层的厚度对保护水泵的叶片不被腐蚀的有效程度；
基于目标电流强度确定涂层的第二厚度。
可选的，扬程变化系数的数值范围包括0.95～0.99；
基于扬程变化系数、扬程和水力损失值确定目标水力损失值，包括：
根据扬程和水力损失值确定水泵叶片无涂层时的水力效率；
根据获取的水泵沿程阻力系数、水泵流量和水泵湍流区间界定值，以及水力效率，确定目标水力损失值。
可选的，目标水力损失值的计算公式为：
其中，
表示基于水力损失值和扬程确定的水力效率；
表示目标水力效率；h1表示目标水力损失值；h2表示水力损失值；Cre表示根据水泵沿程阻力系数计算得到的流态损失系数；CQ表示根据水泵流量计算得到的冲击损失系数；Ch表示扬程变化系数；λ1、λ2均表示水泵湍流区间界定值；ε1、ε2、ε3、ε4均表示比例系数。
可选的，涂层包括水泵叶轮的进口涂层和出口涂层；
涂层的第一厚度值的计算公式为：
其中，h1表示目标水力损失值；h2表示水力损失值；Z表示水泵的叶片数；d2表示所述水泵叶轮的出口半径；H2表示无涂层泵试验扬程；δ表示所述叶片理论最大厚度值；δr-i述叶片的进口实际厚度值或所述叶片的出口实际厚度值；δt-max表示所述的涂层理论第一厚度值；δt-max-r-i表示水泵叶轮的进口涂层或出口涂层的实际第一厚度值。
可选的，确定水泵的叶片被金属溶液电化学腐蚀所产生的腐蚀电流强度，包括：
根据获取的水泵叶轮对应的金属的开路电位、金属溶液对应的金属离子的开路电位、金属溶液对应的金属电阻和金属溶液的电阻、水泵叶轮的出口涂层或进口涂层对应的底面积、水泵叶轮的出口涂层之间的距离或进口涂层之间的距离、金属溶液在预设温度下对应的电阻率，确定腐蚀电流强度。
可选的，涂层保护效率的数值范围包括0.95～0.99；涂层的第二厚度的计算公式为：
Rt＝Rl
其中，C表示涂层保护效率；I0表示腐蚀电流强度；I表示目标电流强度；δi表示涂层厚度因温度或其他因素变化增加的第二厚度额外增加量；δt-min表示所述水泵叶轮保护效率允许下的涂层第二厚度值；；R表示金属溶液对应的金属电阻；Rt表示涂层电阻；Rl表示金属溶液的电阻；E1表示水泵叶轮对应的金属的开路电位；E2表示金属溶液对应的金属离子的开路电位；ρt表示涂层的电阻率；Si表示水泵叶轮的出口涂层或进口涂层对应的底面积；Li表示水泵叶轮的出口涂层之间的距离或进口涂层之间的距离；ρi表示金属溶液在预设温度下对应的电阻率。
另一方面，本发明提供了一种水泵叶轮表面涂层厚度的确定装置，包括：
第一获取模块，用于获取水泵叶轮无涂层时的扬程、水力损失值；
第一确定模块，用于基于扬程变化系数、扬程和水力损失值确定目标水力损失值；扬程变化系数表征涂层的厚度对扬程的影响程度；
第二确定模块，用于基于目标水力损失值确定涂层的第一厚度值；
第三确定模块，用于确定水泵的叶片被金属溶液电化学腐蚀所产生的腐蚀电流强度；
第四确定模块，用于根据涂层保护效率和腐蚀电流强度确定目标电流强度；涂层保护效率表征涂层的厚度对保护水泵的叶片不被腐蚀的有效程度；
第五确定模块，用于基于目标电流强度确定涂层的第二厚度。
本发明提供的一种水泵叶片表面涂层厚度的确定方法和装置具有以下有益效果：
通过获取水泵叶轮无涂层时的扬程、水力损失值；基于扬程变化系数、扬程和水力损失值确定目标水力损失值；扬程变化系数表征涂层的厚度对扬程的影响程度；基于目标水力损失值确定涂层的第一厚度值；确定水泵的叶片被金属溶液电化学腐蚀所产生的腐蚀电流强度；根据涂层保护效率和腐蚀电流强度确定目标电流强度；涂层保护效率表征涂层的厚度对保护水泵的叶片不被腐蚀的有效程度；基于目标电流强度确定涂层的第二厚度。如此，确定涂层的厚度范围为第一厚度至第二厚度，可以提升涂层的保护效果，可以降低喷涂的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明实施例提供的一种水泵叶片表面涂层厚度的确定方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种叶轮平面投影图；
图3为本发明实施例提供的一种叶片中间截面投影图；
图4为本发明实施例提供的一种水泵叶片表面涂层厚度的确定装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅图1，图1是本申请是实施例提供的一种水泵叶片表面涂层厚度的确定方法的流程示意图，包括：
S101：获取水泵叶轮无涂层时的扬程、水力损失值。
S103：基于扬程变化系数、扬程和水力损失值确定目标水力损失值；扬程变化系数表征涂层的厚度对扬程的影响程度。
S105：基于目标水力损失值确定涂层的第一厚度值。
S107：确定水泵的叶片被金属溶液电化学腐蚀所产生的腐蚀电流强度。
S109：根据涂层保护效率和腐蚀电流强度确定目标电流强度；涂层保护效率表征涂层的厚度对保护水泵的叶片不被腐蚀的有效程度。
S111：基于目标电流强度确定涂层的第二厚度。
本申请实施例中，从水泵水力效率计算式出发，充分考虑表面涂层粗糙度对水力损失的影响，根据涂层厚度对泵扬程影响的大小定义扬程变化系数，并给出了扬程变化系数的取值范围，得到考虑涂层材料粗糙度影响的水泵水力损失换算式；将表面涂层厚度等效为叶片厚度增加量，结合水力损失换算式推导考虑涂层粗糙度影响的叶片不同位置涂层最大厚度即第一厚度的计算式。
本申请实施例中，水泵的水力效率的计算公式可以参考公式(1)：
其中，
表示水力效率；Hi表示试验扬程，单位为米；hi表示水力损失，单位为米；i＝1或i＝2。
提取hi为因变量，将公式(1)进行变化得到公式(2)：
考虑到一般情况下，涂层厚度过大将会影响扬程，因此，本发明将无涂层水泵试验扬程和有涂层水泵试验扬程(即目标扬程)之比定义为扬程变化系数，如公式(3)：
其中，Ch表示扬程变化系数；H2表示无涂层水泵试验扬程，单位为米；H1表示有涂层水泵试验扬程，单位为米。
可选的，扬程变化系数的数值范围包括0.95～0.99。
当扬程变化系数Ch取值为0.95～0.99时，可视作涂层厚度对水泵性能影响较小，且水泵水力损失之比可以根据公式(4)确定：
其中，h1表示有涂层水泵水力损失(即目标水力损失)，单位为米；h2表示无涂层水泵水力损失，单位为米；
表示有涂层水泵水力效率(即目标水泵水力效率)；
表示基于水力损失值和扬程确定的水力效率，即无涂层水泵水力效率；Ch表示扬程变化系数。
本申请实施例中，考虑到涂层粗糙度将影响水泵的沿程阻力系数，沿程阻力系数进一步影响水力摩擦损失。在设计工况下系统水力损失以摩擦损失为主，根据莫迪公式有公式(5)：
其中，λ1表示有涂层沿程阻力系数；λ2表示无涂层沿程阻力系数。
当工作状态处于湍流水力过渡区和粗糙区时，水力机械装置内的水力损失水力包括了摩擦损失、旋涡损失、进出口损失、冲击损失。其中，水力损失与沿程阻力系数有关，旋涡损失与流体流态有关，冲击损失与流量有关，进出口损失和扬程有关。
本申请实施例中，首先，根据有涂层水泵湍流区间界定值和无涂层水泵湍流区间界定值，定义流态损失系数，如公式(6)：
其中，Cre表示流态损失系数；Re1表示有涂层水泵湍流区间界定值；Re2表示无涂层水泵湍流区间界定值。
其次，根据有涂层水泵流量和无涂层水泵流量，定义冲击损失系数，如公式(7)：
其中，CQ表示冲击损失系数；Q1表示有涂层水泵流量，单位为立方米/小时；Q2表示无涂层水泵流量，单位为立方米/小时。
其次，在公式(5)-(7)的基础上得到换算水泵效率公式(8)：
其中，ε1表示旋涡损失占总水力损失的比例；ε2表示冲击损失占总水力损失的比例；ε3表示进出口损失占总水力损失的比例；ε4表示表面摩擦损失占总水力损失的比例。
其次，在公式(8)的基础上，令
得到公式(9)：
其次，将公式(9)带入公式(4)得到公式(10)：
其次，水泵叶片表面增加涂层可视作增加叶片厚度，结合式(8)、(10)，根据公式(11)可以得到考虑涂层粗糙度下的涂层最大厚度，即第一厚度值：
其中，h1表示所述目标水力损失值，单位为米；h2表示所述水力损失值，单位为米；Z表示所述水泵的叶片数；d2表示所述水泵叶轮的出口半径，单位为毫米；H2表示无涂层泵试验扬程，单位为米；δ表示所述叶片理论最大厚度值，单位为毫米；δr-i述叶片的进口实际厚度值或所述叶片的出口实际厚度值，单位为毫米；δt-max表示所述的涂层理论第一厚度值，单位为毫米；δt-max-r-i表示所述水泵叶轮的进口涂层或出口涂层的实际第一厚度值，单位为毫米；A表示根据材料和比转速决定的系数。
因此，一种可选的基于扬程变化系数、扬程和水力损失值确定目标水力损失值的实施方式中，包括：
根据扬程和水力损失值确定水泵叶片无涂层时的水力效率；
根据获取的水泵沿程阻力系数、水泵流量和水泵湍流区间界定值，以及水力效率，确定目标水力损失值。具体的，目标水力损失值可以根据公式(8)-(10)计算得到。
本申请实施例中，基于电化学腐蚀原理得到水泵叶片不同位置的涂层最小厚度即第二厚度的计算式。
考虑到在实际腐蚀过程中，叶轮表面主要发生电化学腐蚀，首先，由欧姆定律计算叶轮经历电化学腐蚀时产生的腐蚀电流强度，类比水泵水力效率计算式，将有涂层、无涂层间腐蚀电流差值和无涂层腐蚀电流之比定义为涂层保护叶轮效率，如公式(12)：
其中，R表示金属电阻，单位为欧米伽；Rt表示涂层电阻，单位为欧米伽；Rl表示溶液电阻，单位为欧米伽；E1表示叶轮金属的开路电位，单位为伏特；E2表示溶液金属离子的开路电位，单位为伏特；I0表示无涂层的腐蚀电流，单位为安培；I表示有涂层的腐蚀电流，单位为安培；C表示涂层保护叶轮效率。
因此，一种可选的确定水泵的叶片被金属溶液电化学腐蚀所产生的腐蚀电流强度的实施方式中，包括：
根据获取的水泵叶轮对应的金属的开路电位、金属溶液对应的金属离子的开路电位、金属溶液对应的金属电阻和金属溶液的电阻、水泵叶轮的出口涂层或进口涂层对应的底面积、水泵叶轮的出口涂层之间的距离或进口涂层之间的距离、金属溶液在预设温度下对应的电阻率，确定腐蚀电流强度。
可选的，涂层保护效率的数值范围包括0.95～0.99；当取值范围为0.95～0.99时，可视作涂层防腐蚀效果好。
类比欧姆定律电阻计算式，涂层电阻的计算方式可以参考公式(13)：
其中，ρt表示涂层电阻率，单位为欧米伽·米；S表示叶轮工作面面积，单位为平方毫米；δ2表示。
其次，考虑到液体从叶片进口流动到出口，随着温度和压力的增大，溶液电阻逐渐减小，为了保证叶片涂层的防腐蚀效果，需增大涂层电阻的厚度，既保证某一部分涂层电阻增加量至少与某一部分溶液电阻减少量相等。溶液电阻计算时将不规则体积的溶液等效为两平板间溶液代入欧姆电阻计算式运算。结合式(12)，根据公式(13)得到叶片不同位置的涂层最小厚度：
Rt＝Rl (13.3)
其中，δi表示涂层厚度因温度或其他因素变化增加的第二厚度额外增加量，单位为毫米；Si表示出口或进口涂层或溶液对应的底面积，单位为平方毫米；Li表示出口或进口涂层或溶液对应的两叶片间距离，单位为毫米；ρi表示出口或进口溶液在某个温度下对应的电阻率，单位为欧米伽·米；δt-min表示水泵叶轮保护效率允许下的涂层第二厚度值，单位为毫米。
具体的，请参阅图2和图3，假设无涂层水泵试验扬程H2＝34m，无涂层水泵叶轮水力损失h2＝8.24m，无涂层水泵水力效率为
流量Q＝25m3/h，根据公式(3)确定在扬程变化系数Ch为0.95时，有涂层水泵水力损损失h1＝5.98m；
其次，在叶轮进口半径d1＝32mm、叶轮出口半径d2＝82mm、叶片数Z＝6、叶片进口实际厚度δr-in＝2.8mm、叶片出口实际厚度δr-out＝3.5mm、无涂层水泵沿程阻力系数λ2＝0.02、有涂层水泵沿程阻力系数λ1＝0.013的情况下，假设输送物质为液体，当水泵在额定工况下工作时，经计算圆周运转速度为v2＝13.1m/s、雷诺数Re＝1179000、Re2＝501388、Re1＝5300587、ε1＝ε2＝ε3＝0.1、ε4＝0.7；根据公式(8)确定C1＝0.89×0.1+0.95×0.1+0.95×0.1+0.7×0.65＝0.734；
其次，根据公式(9)确定
其次，根据公式(11.1)确定
根据公式(11.2)确定
得到δt-max＝0.04；
其次，根据公式(11.3)确定实际叶轮涂层出口第一厚度δt-max-r-out＝0.04×(3.5/1.25)＝1.112；同理，实际叶轮涂层进口第一厚度δt-max-r-in＝0.04×(2.8/1.25)＝0.089；
其次，以某含Na+溶液为例，假设金属的电极电位分别为：Fe＝-0.44V，Na＝-2.71V；叶片的电阻率为ρ＝9.78×10-8Ω·m；涂层电阻率ρt＝1×106Ω·m；20℃时溶液电阻率ρl＝15Ω·m；40℃时溶液电阻率ρl＝1Ω·m；叶轮叶片涂层分为进口段与出口段两部分进行计算，则分割两部分的中心圆直径为DZ＝124mm，则两部分叶片间的距离分别为Lin＝49.5mm，Lout＝75.4mm，两部分的底面积为Sin＝1063mm2，Sout＝709mm2；
根据公式(12.2)确定：
为了保证较好的进口段涂层防腐效果，当涂层保护叶轮效率C为0.95时，根据公式(12.3)确定I＝4.95×10-5；
其次，将I的值带入根据公式(12.1)：
如此，可以确定保护效率允许下的涂层第二厚度δt-min＝0.077mm，即为进口段涂层第二厚度，根据公式(13)确定：
Rt-out-40℃＝Rt-out-25℃+Rl-out-25℃-Rl-out-40℃＝18870Ω
从上式计算可知，出口段溶液温度升到40℃时，溶液电阻减少了1489Ω(1595-106)。
同理，为了保证较好的出口段涂层防腐效果，当涂层保护叶轮效率C为0.95，进一步计算得δi＝0.006；出口段涂层第二厚度增加为δt-min-out＝0.083。
综合第一、第二厚度的计算结果，进口段涂层厚度确定范围为：0.077-0.089mm；出口段涂层厚度取值范围变为：0.083-0.112mm。
请参阅图4，本申请实施例还提供了一种水泵叶轮表面涂层厚度的确定装置，包括：
第一获取模块401，用于获取水泵叶轮无涂层时的扬程、水力损失值；
第一确定模块402，用于基于扬程变化系数、扬程和水力损失值确定目标水力损失值；扬程变化系数表征涂层的厚度对扬程的影响程度；
第二确定模块403，用于基于目标水力损失值确定涂层的第一厚度值；
第三确定模块404，用于确定水泵的叶片被金属溶液电化学腐蚀所产生的腐蚀电流强度；
第四确定模块405，用于根据涂层保护效率和腐蚀电流强度确定目标电流强度；涂层保护效率表征涂层的厚度对保护水泵的叶片不被腐蚀的有效程度；
第五确定模块406，用于基于目标电流强度确定涂层的第二厚度。
本申请实施例的装置与方法实施例基于同样的申请构思。
综上，由于叶片表面涂层厚度目前没有一个统一有效的计算方法，本发明基于理论推导提供了一种水泵叶片表面涂层厚度范围的计算方法。在满足涂层具有较好防腐蚀性和对泵扬程影响较小的条件下，确定涂层厚度的最小值和最大值。首先考虑涂层表面粗糙度计算涂层厚度对水泵水力损失和水力性能的影响，以扬程变化系数的大小表示涂层厚度对泵扬程的影响程度，计算叶片表面涂层最大厚度；其次基于电化学腐蚀原理计算叶片表面涂层不同位置的最小厚度计算式。本发明为实际工程应用中的涂层喷涂提供了一种具体的理论计算依据，能够指导工程实践，具有较好的工程应用前景。
以上所揭露的仅为本发明的几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种水泵叶轮表面涂层厚度的确定方法，其特征在于，包括：
获取水泵叶轮无涂层时的扬程、水力损失值；
基于扬程变化系数、所述扬程和所述水力损失值确定目标水力损失值；所述扬程变化系数表征所述涂层的厚度对所述扬程的影响程度；
基于所述目标水力损失值确定所述涂层的第一厚度；
确定所述水泵的叶片被金属溶液电化学腐蚀所产生的腐蚀电流强度；
根据涂层保护效率和所述腐蚀电流强度确定目标电流强度；所述涂层保护效率表征所述涂层的厚度对保护所述水泵的叶片不被腐蚀的有效程度；
基于所述目标电流强度确定所述涂层的第二厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扬程变化系数的数值范围包括0.95～0.99；
所述基于扬程变化系数、所述扬程和所述水力损失值确定目标水力损失值，包括：
根据所述扬程和所述水力损失值确定所述水泵叶片无涂层时的水力效率；
根据获取的水泵沿程阻力系数、水泵流量和水泵湍流区间界定值，以及所述水力效率，确定所述目标水力损失值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述目标水力损失值的计算公式为：
其中，
表示基于所述水力损失值和所述扬程确定的水力效率；
表示目标水力效率；h1表示所述目标水力损失值；h2表示所述水力损失值；Cre表示根据所述水泵雷诺数界定值计算得到的流态损失系数；CQ表示根据所述水泵流量计算得到的冲击损失系数；Ch表示所述扬程变化系数；λ1、λ2均表示所述水泵湍流区间界定值；ε1、ε2、ε3、ε4均表示比例系数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂层包括所述水泵叶轮的进口涂层和出口涂层；
所述涂层的第一厚度值的计算公式为：
其中，h1表示所述目标水力损失值；h2表示所述水力损失值；Z表示所述水泵的叶片数；d2表示所述水泵叶轮的出口半径；H2表示无涂层泵试验扬程；δ表示所述叶片理论最大厚度值；δr-i述叶片的进口实际厚度值或所述叶片的出口实际厚度值；δt-max表示所述的涂层理论第一厚度值；δt-max-r-i表示所述水泵叶轮的进口涂层或出口涂层的实际第一厚度值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定所述水泵的叶片被金属溶液电化学腐蚀所产生的腐蚀电流强度，包括：
根据获取的所述水泵叶轮对应的金属的开路电位、所述金属溶液对应的金属离子的开路电位、所述金属溶液对应的金属电阻和所述金属溶液的电阻、所述水泵叶轮的出口涂层或进口涂层对应的底面积、所述水泵叶轮的出口涂层之间的距离或进口涂层之间的距离、所述金属溶液在预设温度下对应的电阻率，确定所述腐蚀电流强度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述涂层保护效率的数值范围包括0.95～0.99；
所述涂层的第二厚度的计算公式为：
Rt＝Rl
其中，C表示所述涂层保护效率；I0表示所述腐蚀电流强度；I表示所述目标电流强度；δi表示涂层厚度因温度或其他因素变化增加的第二厚度额外增加量；δt-min表示所述水泵叶轮保护效率允许下的涂层第二厚度值；R表示所述金属溶液对应的金属电阻；Rt表示涂层电阻；Rl表示所述金属溶液的电阻；E1表示所述水泵叶轮对应的金属的开路电位；E2表示所述金属溶液对应的金属离子的开路电位；ρt表示所述涂层的电阻率；Si表示所述水泵叶轮的出口涂层或进口涂层对应的底面积；Li表示所述水泵叶轮的出口涂层之间的距离或进口涂层之间的距离；ρi表示所述金属溶液在预设温度下对应的电阻率。
7.一种水泵叶轮表面涂层厚度的确定装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取水泵叶轮无涂层时的扬程、水力损失值；
第一确定模块，用于基于扬程变化系数、所述扬程和所述水力损失值确定目标水力损失值；所述扬程变化系数表征所述涂层的厚度对所述扬程的影响程度；
第二确定模块，用于基于所述目标水力损失值确定所述涂层的第一厚度值；
第三确定模块，用于确定所述水泵的叶片被金属溶液电化学腐蚀所产生的腐蚀电流强度；
第四确定模块，用于根据涂层保护效率和所述腐蚀电流强度确定目标电流强度；所述涂层保护效率表征所述涂层的厚度对保护所述水泵的叶片不被腐蚀的有效程度；
第五确定模块，用于基于所述目标电流强度确定所述涂层的第二厚度。
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|---|---|---|---|---|
| JPH06159003A (ja) * | 1992-11-25 | 1994-06-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン翼 |
| CN106649934A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-05-10 | 西安交通大学 | 一种涡轮叶片热障涂层厚度优化设计方法 |
| CN109233552A (zh) * | 2017-06-09 | 2019-01-18 | 上海邦聚工程材料技术有限公司 | 一种水环式真空泵叶轮防腐耐汽蚀的工艺方法 |
| CN110523924A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-03 | 潍坊盛龙精密铸件有限公司 | 叶轮的制造工艺方法及叶轮 |
-
2020
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPH06159003A (ja) * | 1992-11-25 | 1994-06-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン翼 |
| CN106649934A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-05-10 | 西安交通大学 | 一种涡轮叶片热障涂层厚度优化设计方法 |
| CN109233552A (zh) * | 2017-06-09 | 2019-01-18 | 上海邦聚工程材料技术有限公司 | 一种水环式真空泵叶轮防腐耐汽蚀的工艺方法 |
| CN110523924A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-03 | 潍坊盛龙精密铸件有限公司 | 叶轮的制造工艺方法及叶轮 |
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