CN117113560A - 一种离心泵诱导轮和叶轮匹配特性的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心泵诱导轮和叶轮匹配特性的计算方法；基于诱导轮和叶轮在工作时结构上相互衔接，水力性能以及流动上要相互协调配合的要求，并考虑诱导轮与叶轮交叠过流面积最大的准则，通过诱导轮轮缘出口角以及轮毂出口角，结合诱导轮外径和叶轮进口边中间流线半径来获取诱导轮和叶轮的最佳轴向间距。该方法可以快速确定诱导轮与叶轮安装轴向尺寸，具有适应性好、计算方便的优点；通过该方法确定的诱导轮和叶轮的轴向距离，能使得诱导轮与叶轮流动较为匹配，过流面积较大，能降低其工作时水力损失。

Description

一种离心泵诱导轮和叶轮匹配特性的计算方法

技术领域

本发明属于流体机械设计领域，特别涉及一种离心泵诱导轮和叶轮匹配特性的计算方法。

背景技术

离心泵是目前最常见也是最普遍使用的流体机械。它将机械能传送给液体，使得液体能量增加，主要用来输送单相液体，固液、气液两相流等。在离心泵叶轮工作时，泵体内部会形成一定范围的低压区，低压会产生空化现象，气泡随叶轮旋转到达高压区之后溃灭，这样便会对叶轮以及泵体内壁产生汽蚀现象，造成不可逆的破坏。为了解决空化空蚀问题，最有效的方法就是增加诱导轮。诱导轮的结构形式相当于一个低扬程轴流式的叶轮。诱导轮的增加能够减小离心泵必需汽蚀余量NPSHr，以满足泵装置汽蚀余量NPSHa。

诱导轮置于离心泵叶轮进口前，从诱导轮流出的主液流直接进入叶轮，叶轮进口直径固定，诱导轮尺寸常会受到泵体结构的限制，这便存在诱导轮和主叶轮的匹配问题，该问题又直观的反应在诱导轮和叶轮的间距选择上。研究发现，叶轮与诱导轮的轴向距离过小会导致离心轮内流动不平稳，并使泵性能下降。因此诱导轮与叶轮要做到结构上相互连接，水力性能以及流动上要相互协调配合，否则不但会导致离心泵不能充分利用诱导轮的高抗汽蚀性能，还会影响离心泵的运行稳定性。

而目前大多数诱导轮与叶轮间距的匹配大多以经验设计选择，没有较好的方法作为设计参考。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于诱导轮轮缘出口角、轮毂出口角计算诱导轮和叶轮间距的方法。为了实现上述发明目的，本发明主公开了一种离心泵诱导轮和叶轮匹配特性的计算方法，诱导轮与叶轮的最佳轴向间距S的计算方法为：

S＝S1+S2；

其中：S1为诱导轮出流与管壁碰撞点至诱导轮出口的轴向距离，S2为诱导轮出流与管壁碰撞点至叶轮进口的轴向距离，S1和S2的计算方法如下：

S1＝(D_y/4-d_h/4)/tan(90-β_m)，

式中D_y为诱导轮直径，d_h为轮毂直径，R_c为叶轮进口边处中间流线半径，β_m为诱导轮出口中部液流相对速度方向。

进一步的，所述诱导轮出口中部液流相对速度方向β_m的计算方法如下：

β_m＝(β_y2+β_h2)/2。

其中：β_y2为轮缘出口角，β_h2为轮毂出口角。

进一步的，所述计算方法以导轮与叶轮交叠过流面积最大为准则。

进一步的，所述诱导轮出口中部液流相对速度方向β_m为诱导轮出流方向。

进一步的，液流以所述诱导轮出口中部液流相对速度方向β_m自所述诱导轮流出，自所述诱导轮流出的液流碰撞离心泵的进口管内壁后反射90°并流入叶轮。

进一步的，所述诱导轮直径D_y，轮毂直径d_h和叶轮进口边处中间流线半径R_c均根据实际情况取值。

借由以上的技术方案，本发明的有益效果如下：

1、提供一种基于诱导轮出口角的诱导轮和叶轮间距匹配方法，可以快速确定诱导轮与叶轮安装轴向尺寸尺寸，具有适应性好、计算方便的优点；

2、基于该方法确定的轴向距离，能使得诱导轮与叶轮流动较为匹配，降低其配合时水力损失。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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他的附图。

图1为本实施例的诱导轮和叶轮轴向剖面示意图。

图中，S1、S2之和为诱导轮与叶轮的最佳轴向间距S，诱导轮出口中部液流相对速度方向为β_m，箭头方向为诱导轮出口中部液流相对速度方向，D_y为诱导轮直径，d_h为轮毂直径，叶轮进口边处中间流线半径为R_c。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例：结合图1所示，本实施例中公开了一种离心泵诱导轮和叶轮匹配特性的计算方法，所述计算方法基于诱导轮和叶轮在结构上相互衔接、水力性能以及流动上相互协调配合的要求，以导轮与叶轮交叠过流面积最大为准则，通过诱导轮轮缘出口角、诱导轮轮毂出口角、诱导轮外径和叶轮进口边中间流线半径来计算诱导轮和叶轮的最佳轴向间距，所述计算方法包括以下步骤：

通过诱导轮的轮缘出口角β_y2和轮毂出口角β_h2计算诱导轮出口中部液流相对速度方向β_m；

根据β_m计算诱导轮出流与管壁碰撞点至诱导轮出口的轴向距离S1，诱导轮出流与管壁碰撞点至叶轮进口的轴向距离S2，其中：

S1＝(D_y/4-d_h/4)/tan(90-β_m)，

式中D_y为诱导轮直径，d_h为轮毂直径，R_c为叶轮进口边处中间流线半径；

确定诱导轮与叶轮的最佳轴向间距S，S＝S1+S2。

若需诱导轮和叶轮流动匹配协调，则液流在从诱导轮流出至液流进口的过程中，不能错位或差距较大，否则液流与叶轮入口边碰撞产生较大的水力损失，影响二者性能。

本实施例以液流从诱导轮出口至叶轮进口重叠过流面积最大为基准，诱导轮与叶轮同轴转动，通过诱导轮轮毂出口角β_h2、轮缘出口角β_y2计算诱导轮出口中部液流相对速度方向β_m，该方向为诱导轮出流方向。液流按β_m方向碰撞离心泵的进口管内壁反射90°后流入叶轮，导轮出口边至叶轮进口边中间流线起点的轴向距离为诱导轮与叶轮的最佳轴向间距S。此时液流在诱导轮出口至叶轮进口流动时的重叠过流面积最大，此时液流在该段流动顺畅，水力损失较小。

最佳轴向间距S可通过三角函数关系进行计算，将最佳轴向间距S分为S1、S2两段，S1、S2可通过诱导轮外径、相对速度方向β_m、进口边中间流线起始点半径R_c计算。其中：S1为诱导轮出流与管壁碰撞点至诱导轮出口的轴向距离，S2为诱导轮出流与管壁碰撞点至叶轮进口的轴向距离。

本事实例中，β_y2＝13°，β_h2＝30°。

诱导轮出口中部液流相对速度方向β_m的计算方法如下：

β_m＝(β_y2+β_h2)/2，

可得诱导轮出口中部液流相对速度方向为：β_m＝(β_y2+β_h2)/2＝21.5°。

诱导轮出流与管壁碰撞点至诱导轮出口的轴向距离S1的计算方法如下：

S1＝(D_y/4-d_h/4)/tan(90-β_m)，

本事实例中，D_y＝204mm，d_h＝75mm；得：

S1＝11.8mm。

诱导轮出流与管壁碰撞点至叶轮进口的轴向距离S2的计算方法如下：

本事实例中，R_c＝82mm，得：

S2＝45.7mm。

确定诱导轮与叶轮的轴向间距S：

S＝S1+S2，

得S＝57.5mm。

需要说明的是，该轴向距离S可根据结构要求适当调整。

本说明书实施例所述内容仅仅是对本发明构思的具体实施案例的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所述的具体形式，也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (6)

1.一种离心泵诱导轮和叶轮匹配特性的计算方法，其特征在于：诱导轮与叶轮的最佳轴向间距S的计算方法为：

S＝S1+S2；

其中：S1为诱导轮出流与管壁碰撞点至诱导轮出口的轴向距离，S2为诱导轮出流与管壁碰撞点至叶轮进口的轴向距离，S1和S2的计算方法如下：

S1＝(D_y/4-d_h/4)/tan(90-β_m)，

式中D_y为诱导轮直径，d_h为轮毂直径，R_c为叶轮进口边处中间流线半径，β_m为诱导轮出口中部液流相对速度方向。

2.根据权利要求1所述的离心泵诱导轮和叶轮匹配特性的计算方法，其特征在于：所述诱导轮出口中部液流相对速度方向β_m的计算方法如下：

β_m＝(β_y2+β_h2)/2。

其中：β_y2为轮缘出口角，β_h2为轮毂出口角。

3.根据权利要求1所述的离心泵诱导轮和叶轮匹配特性的计算方法，其特征在于：所述计算方法以导轮与叶轮交叠过流面积最大为准则。

4.根据权利要求1所述的离心泵诱导轮和叶轮匹配特性的计算方法，其特征在于：所述诱导轮出口中部液流相对速度方向β_m为诱导轮出流方向。

5.根据权利要求4所述的离心泵诱导轮和叶轮匹配特性的计算方法，其特征在于：液流以所述诱导轮出口中部液流相对速度方向β_m自所述诱导轮流出，自所述诱导轮流出的液流碰撞离心泵的进口管内壁后反射90°并流入叶轮。

6.根据权利要求1所述的离心泵诱导轮和叶轮匹配特性的计算方法，其特征在于：所述诱导轮直径D_y，轮毂直径d_h和叶轮进口边处中间流线半径R_c均根据实际情况取值。