CN114294235A - 导叶式多级离心泵级间流道设计方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种导叶式多级离心泵级间流道设计方法，涉及高速离心泵技术领域，方法包括：获取下级叶轮的第一吸入口尺寸、第二吸入口尺寸及第三吸入口尺寸，计算流道宽度；其中，下级叶轮为相邻两个叶轮中位于前侧的叶轮，前侧的参考方向为介质流动方向；根据流道宽度，做圆弧分别与上级叶轮的导叶前盖板和轴流面相切，在级间流道区间内均匀间隔的取多个内切圆，计算内切圆的面积，根据多个内切圆的面积变化确定级间流道的完整尺寸。通过上述方法，可保证级间流道内的液流更加稳定，避免因级间流道设计过大或过小、突变等情况而造成泵的效率降低，以及因为涡流产生的激励导致转子低频振动等问题。

Description

导叶式多级离心泵级间流道设计方法

技术领域

本发明涉及一种导叶式多级离心泵级间流道设计方法，属于高速离心泵技术领域。

背景技术

导叶式多级离心泵因其结构可靠，扬程变化范围大，适用的工况多而应用广泛。其主要的水力元件是叶轮和导叶等，对于叶轮和导叶一直以来都有广泛的研究，无论从结构还是水力方面，计算都很成熟。但对于级间流道，因是由多个零件组合而成，其结构的设计需要在泵整体设计过程中加以考虑，而目前并无确切的级间流道设计方法。级间流道数量随泵级数的增加而增加，因数量多，其对泵性能的影响很大。在级间流道设计中，如果设计的不合理，可能带来泵的效率下降；若有回流的存在，将会对转子产生激励，带来转子运行过程中的低频振动等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导叶式多级离心泵级间流道设计方法，用于解决现有技术中存在的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种导叶式多级离心泵级间流道设计方法，所述方法包括：

获取下级叶轮的第一吸入口尺寸、第二吸入口尺寸及第三吸入口尺寸，计算流道宽度；其中，所述下级叶轮为相邻两个叶轮中位于前侧的叶轮，所述前侧的参考方向为介质流动方向；

根据所述流道宽度，做圆弧分别与上级叶轮的导叶前盖板和所述轴流面相切，在级间流道区间内均匀间隔的取多个内切圆，计算所述内切圆的面积，根据多个所述内切圆的面积变化确定级间流道的完整尺寸；其中，所述上级叶轮为位于所述下级叶轮后侧的叶轮，所述后侧的参考方向为介质流动方向。

进一步地，获取所述第一吸入口尺寸的具体过程为：

确定轴流面；

获取轴远离所述轴流面的一端至所述轴流面上的吸入口的第一间距，所述第一间距为所述第一吸入口尺寸；其中，所述轴为所述上级叶轮和所述下级叶轮的套设轴。

进一步地，所述方法还包括：

所述下级叶轮的后盖板流线绕所述轴的中心线旋转一周，以形成所述轴流面。

进一步地，所述第一吸入口尺寸小于所述轴的轴径。

进一步地，获取所述第二吸入口尺寸的具体过程为：

获取所述下级叶轮的前盖板流线的水平切线；

根据所述水平切线，获取所述轴远离所述水平切线的一端至所述水平切线的第二间距，所述第二间距为所述第二吸入口尺寸。

进一步地，获取所述第三吸入口尺寸的具体过程为：

所述下级叶轮的前盖板流线的半径为所述第三吸入口尺寸。

进一步地，所述方法还包括：

在所述级间流道内做水平参考线和竖直参考线，所述水平参考线和所述竖直参考线的延长线均穿过所述下级叶轮的前盖板流线的圆心；

所述流道宽度为所述水平参考线处的流道宽度，多个所述内切圆的面积变化区间为自所述水平参考线至所述竖直参考线的区域内。

进一步地，所述计算所述内切圆的面积具体为：

获取所述内切圆与所述轴流面和所述下级叶轮的前盖板流线之间的两个切点；

两个所述切点之间的连线与所述内切圆的圆心之间存在垂线，所述垂线与所述连线之间具有交点；

将所述垂线三等分，以获取所述交点和所述内切圆的圆心之间的等分点；

获取靠近所述交点的等分点的半径；

计算所述内切圆面积。

进一步地，所述内切圆的面积为：

其中，AB为两个切点的连线，OB为圆心和内切圆与下级叶轮的前盖板流线之间切点的连线，R_e为靠近交点的等分点的半径。

进一步地，所述流道宽度具体为：

其中，d_z为第一吸入口尺寸，d_j为第二吸入口尺寸，R_s为第三吸入口尺寸。

本发明的有益效果为：根据叶轮的第一吸入口尺寸、第二吸入口尺寸及第三吸入口尺寸，可快速确定级间流道入口处的宽度尺寸，进而确定流道结构，并通过流道过水断面圆周面积的计算，根据面积变化情况确定级间流道的完整尺寸，方便快捷，液流速度在该级间流道内速度约可增加10％。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的导叶式多级离心泵之间的级间流道的结构示意图；

图2为本发明一个实施例提供的级间流道面积计算图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参见图1，本发明的级间流道为导叶式多级离心泵之间的级间流道。具体的，导叶式多级离心泵包括壳体及设置在壳体内的芯包组件，壳体具有吸入口和吐出口，芯包组件连通吸入口和吐出口。

芯包组件包括轴1、及套设在轴1上的多个叶轮模块，叶轮模块可以热装在轴1上，亦或者滑装在轴1上皆可，在此不做具体限定，根据实际情况而定。同时，为了方便叶轮模块拆装方便，叶轮的轴径尺寸逐级小0.1mm，相应的，轴1的尺寸也逐级小0.1mm。

每个叶轮模块包括叶轮、与叶轮连接的导叶6，导叶6设置于叶轮的吐出侧。并且，导叶6上装设有导叶套5。

叶轮通过设于轴1上的叶轮卡卡换在轴1上进行轴向定位，叶轮卡环4的横截面为圆形，轴1上用于安装叶轮卡环4的卡环槽的横截面为与叶轮卡环4的横截面相适配的圆弧形。每个叶轮模块之间还设置有中段模块7。

上述级间流道设置于相邻两个叶轮模块之间。为了方便区分，将这两个叶轮模块的叶轮分别称为上级叶轮2和下级叶轮3。其中，下级叶轮3设于上级叶轮2的前侧，该前侧的参考方向为介质流动方向。即，介质自上级叶轮2流向下级叶轮3。同样的，上级叶轮2为位于下级叶轮3后侧的叶轮，后侧的参考方向为介质流动方向。在本实施例中，介质可以为水，也可以为汽油等，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

为保证级间流道内的液流更稳定，以获得均衡的速度场，做水平参考线和竖直参考线分别穿过下级叶轮3的前盖板流线的圆心，获得流道区间，并使得流过该流道区间内的液流速度增加约10％，从而避免因级间流道涉及过大或过小、突变等情况而造成泵的效率降低，以及因涡流产生的激励导致转子低频振动等问题。在本实施例中，水平参考线标记为a，竖直参考线标记为b。

请结合图1和图2，因此，本发明的导叶6式多级离心泵级间流道设计方法，至少包括：

步骤21：获取下级叶轮3的第一吸入口尺寸、第二吸入口尺寸及第三吸入口尺寸，计算流道宽度。在本实施例中，该流道宽度为水平参考线a处的流道宽度。

获取第一吸入口尺寸的具体过程为：因为轴1的轴径d大于下级叶轮3入口处的后盖板流线直径，因而确定轴流面；获取轴1远离轴流面的一端至轴流面上的吸入口的第一间距，第一间距为第一吸入口尺寸d_z。

其中，下级叶轮3的后盖板流线绕轴1的中心线旋转一周，以形成轴流面。值得注意的是，在该结构中，形成级间流道的上级叶轮2、上级导叶6和下级叶轮3、下级导叶6的水力部分是相同的。

获取第二吸入口尺寸的具体过程为：获取下级叶轮3的前盖板流线的水平切线；根据水平切线，获取轴1远离水平切线的一端至水平切线的第二间距，第二间距为第二吸入口尺寸。

获取第三吸入口尺寸的具体过程为：下级叶轮3的前盖板流线的半径为第三吸入口尺寸。

根据给定的第一吸入口尺寸、第二吸入口尺寸及第三吸入口尺寸，计算流道宽度w具体为：

其中，d_z为第一吸入口尺寸，d_j为第二吸入口尺寸，R_s为第三吸入口尺寸。

步骤22：根据流道宽度w，做圆弧分别与上级叶轮2的导叶6前盖板和轴流面相切，在级间流道区间内均匀间隔的取多个内切圆，计算内切圆的面积，并根据多个内切圆的面积变化确定级间流道的完整尺寸。在本实施例中，多个内切圆的面积变化区间为自水平参考线a至竖直参考线b的区域内。

具体的，内切圆的面积具体计算过程为：获取内切圆与轴流面和下级叶轮3的前盖板流线之间的两个切点，在本实施例中，分别以A标记轴流面与内切圆的切点，以B标记下级叶轮3的前盖板流线与内切圆的切点。

两个切点之间的连线(AB)与内切圆的圆心(O)之间存在垂线(OP)，垂线(OP)与连线(AB)之间具有交点(P)；

将垂线(OP)三等分，以获取交点(P)和内切圆的圆心(O)之间的等分点(P1、P2)；

获取靠近交点的等分点(P1)的半径；

计算内切圆面积，具体为：

其中，AB为两个切点的连线，OB为圆心和内切圆与下级叶轮3的前盖板流线之间切点的连线，R_e为靠近交点的等分点的半径。

综上所述：根据叶轮的第一吸入口尺寸、第二吸入口尺寸及第三吸入口尺寸，可快速确定级间流道入口处的宽度尺寸，进而确定流道结构，并通过流道过水断面圆周面积的计算，根据面积变化情况确定级间流道的完整尺寸，方便快捷，液流速度在该级间流道内速度约可增加10％。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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 (10)

1.一种导叶式多级离心泵级间流道设计方法，其特征在于，所述方法包括：

获取下级叶轮的第一吸入口尺寸、第二吸入口尺寸及第三吸入口尺寸，计算流道宽度；其中，所述下级叶轮为相邻两个叶轮中位于前侧的叶轮，所述前侧的参考方向为介质流动方向；

根据所述流道宽度，做圆弧分别与上级叶轮的导叶前盖板和轴流面相切，在级间流道区间内均匀间隔的取多个内切圆，计算所述内切圆的面积，根据多个所述内切圆的面积变化确定级间流道的完整尺寸；其中，所述上级叶轮为位于所述下级叶轮后侧的叶轮，所述后侧的参考方向为介质流动方向。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述第一吸入口尺寸的具体过程为：

确定轴流面；

获取轴远离所述轴流面的一端至所述轴流面上的吸入口的第一间距，所述第一间距为所述第一吸入口尺寸；其中，所述轴为所述上级叶轮和所述下级叶轮的套设轴。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述下级叶轮的后盖板流线绕所述轴的中心线旋转一周，以形成所述轴流面。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一吸入口尺寸小于所述轴的轴径。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述第二吸入口尺寸的具体过程为：

获取所述下级叶轮的前盖板流线的水平切线；

根据所述水平切线，获取所述轴远离所述水平切线的一端至所述水平切线的第二间距，所述第二间距为所述第二吸入口尺寸。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，获取所述第三吸入口尺寸的具体过程为：

所述下级叶轮的前盖板流线的半径为所述第三吸入口尺寸。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述级间流道内做水平参考线和竖直参考线，所述水平参考线和所述竖直参考线的延长线均穿过所述下级叶轮的前盖板流线的圆心；

所述流道宽度为所述水平参考线处的流道宽度，多个所述内切圆的面积变化区间为自所述水平参考线至所述竖直参考线的区域内。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算所述内切圆的面积具体为：

获取所述内切圆与所述轴流面和所述下级叶轮的前盖板流线之间的两个切点；

两个所述切点之间的连线与所述内切圆的圆心之间存在垂线，所述垂线与所述连线之间具有交点；

将所述垂线三等分，以获取所述交点和所述内切圆的圆心之间的等分点；

获取靠近所述交点的等分点的半径、及所述圆心和所述内切圆与下级叶轮的前盖板流线之间切点的连线；

计算所述内切圆面积。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述内切圆的面积为：

其中，AB为两个切点的连线，OB为圆心和内切圆与下级叶轮的前盖板流线之间切点的连线，R_e为靠近交点的等分点的半径。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流道宽度具体为：

其中，d_z为第一吸入口尺寸，d_j为第二吸入口尺寸，R_s为第三吸入口尺寸。

Images