[发明专利]一种低比转数无过载离心泵叶轮水力设计方法

摘要

本发明涉及一种低比转数无过载离心泵叶轮水力设计方法。它通过建立方程式的方法将低比转数离心泵叶轮的几何参数与设计工况点的性能参数联系到一起，通过调整不同几何参数的值来获得最佳水力性能和优良的轴功率特性，使设计出的低比转数离心泵既可以达到无驼峰、高效率目的，又可以实现无过载的要求。同时它给出了叶轮主要几何参数的设计公式，包括叶轮进口直径D_j，叶片进口直径D₁，叶轮出口直径D₂，叶片出口宽度b₂，叶片数z，叶片进口安放角β₁，叶片出口安放角β₂，叶片包角φ，叶片真实厚度δ。用本发明设计的低比转数离心泵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。

主权项

一种低比转数无过载离心泵叶轮水力设计方法，它根据离心泵在设计工况所对应的流量Q、扬程H、轴功率P和转速n的设计要求，来进行叶轮几何参数的设计，包括叶轮的主要几何参数有叶片进口直径D₁、叶轮出口直径D₂、叶片出口宽度b₂的设计公式，其特征在于：对于现有的离心泵计算公式和有关系数进行了修正，并确立了新的约束方程组$\frac{D_2}{b_2}=\frac{0.02357{n_s}^2-5.685n_s+1656}{n_s-1.755}---\left(1\right)$$Q\≤{\mathrm{\η}}_v{D_2}^2{b}_2{\mathrm{\ψ}}_{2}n{\left(\frac{n_s}{100}\right)}^{1/6}\·(4.34\×{n_s}^{-1.713}+0.081)\·(\tan {\mathrm{\β}}_2-\frac{\mathrm{\π}}{z}\sin {\mathrm{\β}}_2\tan {\mathrm{\β}}_2)\·\sqrt{\frac{1}{{2\mathrm{\η}}_h\sin {\mathrm{\β}}_2}}---\left(2\right)$$H\≤\frac{\mathrm{\σ}\·{\mathrm{\π}}^2\·n^3\·({D_2}^2-{D_1}^2)}{3600\·g}-(\frac{u_1}{A_1{\mathrm{\ψ}}_1}\cot {\mathrm{\β}}_1-\frac{u_2}{A_2{\mathrm{\ψ}}_2}\cot {\mathrm{\β}}_2)\·Q---\left(3\right)$$\frac{P_{\max }}{P}=\frac{(0.3231\×n_s+332.9)\·e^{-{\left(\frac{n_s-999.5}{697}\right)}^2}\mathrm{\σgH}}{60{{\mathrm{\σu}}_2}^2{\mathrm{\η}}_h-60\mathrm{gH}{\mathrm{\η}}_m-2\mathrm{\π}{K}_{\mathrm{\β}2}{\mathrm{\η}}_h{Q}^{2/3}{n}^{4/3}}---\left(4\right)$式中：Q‑设计工况的流量，米³/秒；H‑设计工况的扬程，米；P‑设计工况的轴功率，千瓦；P_max‑最大轴功率，千瓦；D₁‑叶片进口直径，米；D₂‑叶轮出口直径，米；n‑转速，转/分；n_s‑比转数；g‑重力加速度，米/秒²；σ‑道格拉斯滑移系数；b₂‑叶片出口宽度，米；u₁‑叶片进口圆周速度，米/秒；u₂‑叶片出口圆周速度，米/秒；A₁‑叶轮进口处轴面流动过流面积，米²；A₂‑叶轮出口处轴面流动过流面积，米²；β₁‑叶片进口安放角，度；β₂‑叶片出口安放角，度；K_β2‑经验系数，K_β2＝0.055～0.090，n_s小者取小值；η_m‑机械效率；η_v‑容积效率；η_h‑水力效率；ψ₁‑叶片进口排挤系数；ψ₂‑叶片出口排挤系数；z‑叶片数，个。