[发明专利]一种低比转数无过载离心泵叶轮水力设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离心泵叶轮水力设计方法，特别涉及一种低比转数无过载离心泵叶轮水力设计方法。

背景技术

能源对于人类生活水平的提高和国民经济的发展具有重要的意义。它已成为一个国家发展的重要物质基础。随着我国经济的快速发展和全球能源的日益减少，如何节约能源已成为人们越来越关注的问题。目前国内对于泵类产品的需求量很大，每年发电量的20％～25％都会消耗在泵类产品上。离心泵是流体机械中重要的泵类产品，具有压力和流量稳定、重量轻、结构紧凑、操作方便可靠和维护费用低的优点。低比转数离心泵由于其独特的优点，现已被广泛用各个行业与领域。

低比转数离心泵是指比转数n_s＝30～80的离心泵，具有低流量、高扬程特点，所以被广泛应用于各个行业，比如矿山、石化、农田水利建设、城市污水处理、国防、航天等领域。随着经济建设的迅速发展和广大用户的要求，对于离心泵也提出了更高的技术要求，例如无驼峰，高效率，无过载等。离心泵的轴功率随着流量的增加而增大，而且离心泵的比转数越小轴功率增加的速度就越快。当泵在高流量的工况下工作时，很容易出现原动机过载的现象，严重时导致原动机被烧坏。

离心泵的设计方法一般采用加大流量的设计方法，增大叶片出口的宽度b₂，增大叶片的出口角β₂。但这样做的后果是随着泵的轴功率增加，离心泵更容易出现过载现象。目前许多的使用现场对离心泵的性能曲线提出了更为严格的要求，那种仅仅满足一个设计工况点的设计方法早已达不到目前的需求。这就需要一种新的设计方法来满足离心泵的设计要求。

现有专利号90214606.8，名称“一种无过载低比速离心泵叶轮”的专利提出：在设计低比转数离心泵叶轮时，要使低比转数离心泵叶轮前后盖板的几何尺寸满足其所给的方程式，这样设计出的低比转数离心泵叶轮就可以满足高效率、无过载的要求，但是这个专利技术仍然存在以下两个问题：其一，该专利技术没有给出叶片进口处几何参数的设计方法，造成低比转数离心泵最高效率工况点出现在大流量区，致使低比转数离心泵的设计工况点效率降低；其二，该专利技术没有对叶片包角提出设计方法，选取的叶片包角过大，致使叶轮铸造工艺难度增加。

现有专利号200410014937.0，名称为“一种低比转数离心泵叶轮设计方法”的专利提出：在设计离心泵叶轮时，把叶轮的几何参数与泵的设计工况点的性能参数通过几个方程式联系到一起，达到泵的设计工况和最高效率点工况与功率最大点工况重合的设计效果，但发明人在该专利中并没有给出低比转数离心泵叶轮的基本参数的系统的、精确的设计方法，其设计方法很大程度上还是依赖原来的相似设计法和速度系数法。

现有专利号201320364676.X，名称为“一种低比转数叶轮”的专利提出：在设计低比速离心泵叶轮时通过对叶轮叶片的结构形式进行改进设计，叶片设计采用圆柱和扭曲相结合的形式，这种设计方法降低了低比转数离心泵叶轮铸造难度，在一定程度上阻塞了流道，减小了进口过流断面面积，提高了低比转数离心泵的水力效率，同时也满足了低比转数离心泵的无过载特性。但是，发明人在该专利中并没有给出低比转数离心泵叶轮的基本参数的系统的、精确的设计方法，其设计方法很大程度上还是依赖原来的相似设计法和速度系数法。

针对上述存在的不足，本发明人发明了“一种低比转数无过载离心泵叶轮水力设计方法”，不仅给出了低比转数离心泵叶轮参数系统的、精确的设计方法，还解决了低比转数离心泵易过载问题，增强了低比转数离心泵的可靠性，提高了低比转数离心泵的水力效率，延长了泵的使用寿命，最重要的是有助于计算机编程应用和计算机辅助设计。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种低比转数无过载离心泵叶轮水力设计方法。通过改善叶轮的几个重要参数的设计方法，提高了低比转数离心泵的效率和可靠性。使设计的离心泵的叶轮不仅能够保证离心泵高扬程小流量工况下的可靠使用，而且也能保证在低扬程大流量工况下的安全无过载使用。实现上述目的所采用的技术方案是：

1.叶轮出口直径D₂，其计算公式如下：