[发明专利]低比转速离心泵叶轮切割设计方法

说明书

本发明涉及一种低比转速离心泵叶轮切割设计方法，解决的轴功率过载的问题，其方案为：S1、选取初始几何参数：选取叶轮外径、叶轮前盖板、叶轮后盖板的切削参数，并确定切削参数的取值范围；S2、进行方案设计；S3、确定各参数方案的叶轮外特性；S4、进行三维造型；S5、对S4的函数赋值寻优得到的最优解参数进行试验验证，以确定切削参数满足外特性性能。其效果：在满足离心泵基本外特性性能的前提下，通过切削叶轮外径、前盖板和后盖板，减小叶轮圆盘摩擦损失，从而降低轴功率，实现低比转速离心泵无过载的目的。

技术领域

本发明涉及一种低比转速离心泵叶轮切割设计方法。

背景技术

低比转速离心泵由于具有扬程高、流量小的特点而广泛应用于各个领域。离心泵的轴功率特性决定离心泵在大流量运行时易发生过载甚至烧毁原动机。

低比转速离心泵轴功率曲线随流量增加不断上升，并且比转速越低，轴功率曲线随流量增加上升越快。而在引入ISO国际标准后，由于泵的尺寸受到限制，以及为了提高泵效率，人们普遍采用的方法是通过改变叶轮而加大流量，这就使得离心泵(特别是低比转速离心泵)轴功率更具有不饱和性引起原动机过载。

传统的改善轴功率过载的措施如选择较小的叶轮出口安放角和较小的出口宽度，但过小的出口安放角和出口宽度不便于叶轮制造加工，也不利于水力性能的提高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题而提供一种多低比转速离心泵叶轮切割设计方法，采用试验设计方法(Design of Experiment、DOE)安排一系列不同的切削方案；对各个方案进行CFX计算，建立叶轮参数与外特性性能的函数关系，采用回归分析建立函数模型，从而得到最优的设计参数，在满足离心泵基本外特性性能的前提下，通过切削叶轮外径、前盖板和后盖板，减小叶轮圆盘摩擦损失，从而降低轴功率，实现低比转速离心泵无过载的目的。

本发明的上述技术目的主要是通过以下技术方案解决的：低比转速离心泵叶轮切割设计方法，其特征在于，其步骤包括：

S1、选取初始几何参数：选取叶轮外径、叶轮前盖板、叶轮后盖板的切削参数，并确定切削参数的取值范围；

S2、进行方案设计：采用试验设计方法设计复数组切削方案；

S3、确定各参数方案的叶轮外特性：对各组方案的叶轮进行计算，得到各个方案的外特性；

S4、进行三维造型：采用回归分析，建立各参数与外特性之间的函数关系，对函数赋值进行外特性的计算预测，得到最优解参数的叶轮模型；

S5、对S4的函数赋值寻优得到的最优解参数进行试验验证，以确定切削参数满足外特性性能。

采用试验设计方法(Design of Experiment、DOE)安排一系列不同的切削方案，通常情况下以12组左右为较优方案；在S2步骤中，对各个方案进行CFX计算(采用ANSYS CFX软件)，采用回归分析建立函数模型，对S4的函数赋值寻优得到的最优解参数进行试验验证，以确定切削参数(参数为叶轮外径、前盖板外径和后盖板外径)满足外特性性能，确定最优方案的叶轮，使得在不影响离心泵外特性性能的基础上，大大降低轴功率，实现低比转速离心泵无过载的目的。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：

S4步骤中需对所述三维造型进行网格划分，然后进行函数赋值计算。

确定所述叶轮的出口外径为D2，根据切削参数对所述叶轮进行切削，使所述叶轮的叶片直径为d1，d1＝[0，D2-3]；使所述叶轮的前盖板直径为d2，d2＝[0，D2-3]；使所述叶轮的后盖板直径为d3，d3＝[0，D2-3]。

所述叶轮的叶片、前盖板和后盖板的切削量均不大3mm。