CN105971929A - 一种双吸泵叶轮进口端折边叶片v型切割结构设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双吸泵叶轮进口端折边叶片V型切割结构设计方法。由于出口处切割叶片，导致双吸泵抗空化性能下降，因此可以通过合理的控制切割形状及程度，采用折边进口边叶片使叶片在叶轮进口处错开，出口处叶片切割为V型结构，设计错开的叶片有不同的进口安放角和包角且在叶轮进口处有不同的叶片宽度，根据折边叶片的实际要求合理设计出叶轮的进口当量直径、叶轮进口直径、叶轮出口直径、叶轮出口宽度、叶片出口安放角、叶片包角、切割后的实际外径、叶轮出口处叶片厚度，改变双吸泵在运行过程中叶轮进口处的面积及流道中的流动状态，从而使泵的抗空化性能提高。

Description

一种双吸泵叶轮进口端折边叶片V型切割结构设计方法

技术领域

本发明涉及到一种双吸泵叶轮叶片结构设计方法，特别涉及一种双吸泵叶轮进口端折边叶片V型切割结构设计方法。

背景技术

泵是一种应用极其广泛的通用机械，种类繁多，与人类的生活有着密不可分的关系，凡是有液体流动的地方，几乎都有泵的运行工作。随着科学技术水平不断的提高，泵运用的领域正在不断扩大。双吸泵是一种很常见的泵，由于它具有流量大、扬程高、结构简单、检修方便等特点，被广泛应用在各种水利工程领域，是各种泵中应用最为广泛的一种，广泛应用于城市给水、石油化工、船舶工业农业灌溉等社会生活和国民经济的各个部门中。因此对双吸泵的性能提出了越来越高的要求，如偏工况稳定运行的要求、低噪音振动的要求和高可靠性等。但在工程实际中经常存在水泵扬程远高于输出***所需扬程的情况。这常常通过切割叶轮的方式来满足不同用户的要求，使其能在特定的扬程和流量点下工作，同时达到泵站节能的目的。由于切割叶片导致双吸泵运行过程中内部流动发生改变及抗空化性能下降，容易使双吸泵发生空化，空化的发生往往会影响泵内流体的正常流动,产生振动、噪声、过流部件腐蚀破坏和泵的性能下降等一系列问题,空化严重时甚至影响整个***无法正常运行。

发明内容

针对双吸泵运行过程中所产生的问题，本发明提供了一种双吸泵叶轮进口端折边叶片V型切割结构设计方法。由于出口处切割叶片，导致双吸泵抗空化性能下降，因此可以通过合理的控制切割形状及程度，采用折边进口边叶片使叶片在叶轮进口处错开，出口处叶片切割为V型结构，设计错开的叶片有不同的进口安放角和包角且在叶轮进口处有不同的叶片宽度，根据折边叶片的实际要求合理设计出叶轮的进口当量直径、叶轮进口直径、叶轮出口直径、叶轮出口宽度、叶片出口安放角、叶片包角、切割后的实际外径、叶轮出口处叶片厚度，改变双吸泵在运行过程中叶轮进口处的面积及流道中的流动状态，从而使泵的抗空化性能提高。

1、叶轮进口当量直径D₀由下式确定：

$D_0=\left\{\begin{array}{c}(4.5n^{-0.333}{Q}^{0.333}+\frac{H}{150}{n}^{-0.333}{Q}^{0.333})(H\≤100)\\ (5.1n^{-0.333}{Q}^{0.333}+\frac{H}{150}{n}^{-0.333}{Q}^{0.333})(H>100)\end{array}\right.$

式中：

D₀—叶轮进口当量直径，m；

Q—流量，m³/s；

H—扬程，m；

n—转速，rev/min；

2、叶轮叶片进口宽度b₁由以下公式确定：

(a)叶轮折边上叶片进口宽度b₁₁由以下公式确定：

$b_{11}=\left\{\begin{array}{c}0.06D_0+0.001n^{-1}{\left(2gH\right)}^{0.5}(H\≤100)\\ 0.07D_0+0.0021n^{-1}{\left(2gH\right)}^{0.5}(H>100)\end{array}\right.$

(b)叶轮折边下叶片进口宽度b₁₂由以下公式确定：

$b_{12}=\left\{\begin{array}{c}0.04D_0+0.0004n^{-1}{\left(2gH\right)}^{0.5}(H\≤100)\\ 0.03D_0+0.0012n^{-1}{\left(2gH\right)}^{0.5}(H>100)\end{array}\right.$

式中：

b₁₁—上叶片进口宽度，m；

b₁₂—下叶片进口宽度，m；

n—转速，rev/min；

D₀—叶轮进口当量直径，m

Q—流量，m³/s；

H—扬程，m；

g—重力加速度，m²/s；

3、叶轮出口直径D₂由下式确定：

$D_2=\left\{\begin{array}{c}(1.37Z^{0.01}-0.2)(8.7n^{-0.833}{Q}^{0.083}{H}^{0.375}{\left(2g\right)}^{0.5}+0.01)(H\≤100)\\ 8.6(1.37Z^{0.01}-0.2)n^{-0.833}{Q}^{0.083}{H}^{0.375}{\left(2g\right)}^{0.5}(H>100)\end{array}\right.$

式中：

D₂—叶轮出口直径，m；

Z—叶片数，枚；

n—转速，rev/min；

Q—流量，m³/s；

H—扬程，m；

g—重力加速度，m²/s；

4、叶片进口安放角β₁大小由下式确定：

(a)叶轮折边上叶片进口安放角β₁₁由以下公式确定：

${\mathrm{\β}}_{11}=\left\{\begin{array}{c}arctan\left(\right(0.07Z+0.7\left)\frac{80Q}{{\mathrm{nD}}_0^2{b}_{11}}\right)(H\≤100)\\ \arctan \left(\right(1.21Z^{0.02}+0.02\left)\frac{70Q}{{\mathrm{nD}}_0^2{b}_{11}}\right)(Q>3600)\end{array}\right.$

(b)叶轮折边下叶片进口安放角β₁₂由以下公式确定：

${\mathrm{\β}}_{12}=\left\{\begin{array}{c}arctan\left(\right(0.07Z+0.7\left)\frac{80Q}{{\mathrm{nD}}_0^2{b}_{12}}\right)(H\≤100)\\ \arctan \left(\right(1.21Z^{0.02}+0.02\left)\frac{70Q}{{\mathrm{nD}}_0^2{b}_{12}}\right)(H>100)\end{array}\right.$

式中：

β₁₁—上叶片进口安放角，°；

β₁₂—下叶片进口安放角，°；

D₀—叶轮进口当量直径，m；

b₁₁—上叶轮进口宽度，m；

b₁₂—下叶轮进口宽度，m；

Q—流量，m³/s；

Z—叶片数，枚；

5、叶片出口宽度b₂大小由下式确定：

$b_2=(1.1~1.2)\frac{D_0(b_{11}+b_{12})}{D_2}$

式中：

b₂—叶轮出口宽度，m；

D₀—叶轮进口当量直径，m；

D₂—叶轮出口直径，m；

b₁₁—上叶轮进口宽度，m；

b₁₂—下叶轮进口宽度，m；

6、叶片包角大小由下式确定：

(a)叶轮折边上叶片包角由以下公式确定：

(b)叶轮折边下叶片包角由以下公式确定：

式中：

—上叶片包角，°；

—下叶片包角，°；

D₀—叶轮进口当量直径，m；

D₂—叶轮出口直径，m；

7、叶轮叶片的进口处厚度S₁由以下公式确定

(a)叶轮折边上叶片进口处厚度S₁₁由以下公式确定：

S₁₁＝0.8(1+Z^-0.02)(b₁₁+b₁₂)

(b)叶轮折边下叶片进口处厚度S₁₂由以下公式确定：

S₁₂＝0.3(1+Z^-0.07)(b₁₁+b₁₂)

式中：

S₁₁—叶轮折边上叶片进口处厚度，m；

S₁₂—叶轮折边下叶片进口处厚度，m；

Z—叶片数，枚；

b₁₁—上叶轮进口宽度，m；

b₁₂—下叶轮进口宽度，m；

8、叶轮叶片出口处切割后的实际外径D'₂由以下公式确定：

D'₂＝D₂-b₂tanθ

式中：

D'₂—叶轮叶片出口处切割后的实际外径，m；

D₂—叶轮出口直径，m；

b₂—叶轮出口宽度，m；

θ—叶轮叶片出口处切割角度，0°～15°；

本发明的有益效果是：

通过折边叶轮出口处的叶片合理设计双吸泵的最佳结构参数，可有效减轻双吸泵叶轮进口处的冲击损失，提高离心泵的抗空化性能和运行的可行性，有效的提高叶轮的水力效率和减轻离心泵的噪音和振动问题；提高了双吸泵的性能及运行过程中的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例的平面投影图。

图2是本发明实施例的轴面图。

图3是本发明实施叶轮叶片示意图。

图1：β₁₁—上叶片进口安装角，β₁₂—下叶片进口安装角，—上叶片包角，—下叶片包角。

图2:D₀—叶轮进口当量直径，D₂—叶轮出口直径，b₁₁—上叶片进口宽度，b₁₂—下叶片进口宽度,S₁₁—叶轮折边上叶片进口处厚度，S₁₂—叶轮折边下叶片进口处厚度。

图3：1—叶轮上叶片，2—叶轮下叶片。

具体实施方式

设计要求：设计工况流量为0.096764立方米/秒，设计工况扬程为60米，转速为2900转/秒，g取10米/平方米，叶片数取4枚。

根据以上数据可求出叶轮结构参数的数值：D₀＝170mm；D₂＝390mm；D’₂＝300mm；β₁₁＝20°；β₁₂＝22°；b₁₁＝11mm；b₁₂＝8mm；S₁₁＝6mm；S₁₂＝5mm。

在设计过程中，其它系数的选择需要根据具体实际情况进行系数选取，如叶轮的蜗壳参数需要根据泵的实际运行来选择等。

以上，为本发明参照实施例所做出的具体说明，但是本发明并不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其它实施例或变形例。

Claims (8)

1.一种双吸泵叶轮进口端折边叶片V型切割结构设计方法，其特征在于：在设计双吸泵叶轮叶片时，叶轮叶片进口端采用分层折边结构；其中叶轮进口当量直径D₀由下式确定：

$D_0=\left\{\begin{array}{c}(4.5n^{-0.333}{Q}^{0.333}+\frac{H}{150}{n}^{-0.333}{Q}^{0.333})(H\≤100)\\ (5.1n^{-0.333}{Q}^{0.333}+\frac{H}{150}{n}^{-0.333}{Q}^{0.333})(H>100)\end{array}\right.$

式中：

D₀—叶轮进口当量直径，m；

Q—流量，m³/s；

H—扬程，m；

n—转速，rev/min。

2.如权利要求1所述一种双吸泵叶轮进口端折边叶片V型切割结构设计方法，其特征在于：叶轮叶片进口宽度b₁由以下公式确定：

(a)叶轮折边上叶片进口宽度b₁₁由以下公式确定：

$b_{11}=\left\{\begin{array}{c}0.06D_0+0.001n^{-1}{\left(2gH\right)}^{0.5}(H\≤100)\\ 0.07D_0+0.0021n^{-1}{\left(2gH\right)}^{0.5}(H>100)\end{array}\right.$

(b)叶轮折边下叶片进口宽度b₁₂由以下公式确定：

$b_{12}=\left\{\begin{array}{c}0.04D_0+0.0004n^{-1}{\left(2gH\right)}^{0.5}(H\≤100)\\ 0.03D_0+0.0012n^{-1}{\left(2gH\right)}^{0.5}(H>100)\end{array}\right.$

式中：

b₁₁—上叶轮进口宽度，m；

b₁₂—下叶轮进口宽度，m；

D₀—叶轮进口当量直径，m；

n—转速，rev/min；

H—扬程，m；

g—重力加速度，m²/s。

3.如权利要求1所述一种双吸泵叶轮进口端折边叶片V型切割结构设计方法，其特征在于：叶轮出口直径D₂由下式公式确定：

式中：

D₂—叶轮出口直径，m；

Z—叶片数，枚；

n—转速，rev/min；

Q—流量，m³/s；

H—扬程，m；

g—重力加速度，m²/s。

4.如权利要求1所述一种双吸泵叶轮进口端折边叶片V型切割结构设计方法，其特征在于：叶轮叶片进口安放角β₁由以下公式确定：

(a)叶轮折边上叶片进口安放角β₁₁由以下公式确定：

${\mathrm{\β}}_{11}=\left\{\begin{array}{c}arctan\left(\right(0.07Z+0.7\left)\frac{80Q}{{\mathrm{nD}}_0^2{b}_{11}}\right)(H\≤100)\\ \arctan \left(\right(1.21Z^{0.02}+0.02\left)\frac{70Q}{{\mathrm{nD}}_0^2{b}_{11}}\right)(Q>3600)\end{array}\right.$

(b)叶轮折边下叶片进口安放角β₁₂由以下公式确定：

${\mathrm{\β}}_{12}=\left\{\begin{array}{c}arctan\left(\right(0.07Z+0.7\left)\frac{80Q}{{\mathrm{nD}}_0^2{b}_{12}}\right)(H\≤100)\\ \arctan \left(\right(1.21Z^{0.02}+0.02\left)\frac{70Q}{{\mathrm{nD}}_0^2{b}_{12}}\right)(H>100)\end{array}\right.$

式中：

β₁₁—上叶片进口安放角，°；

β₁₂—下叶片进口安放角，°；

D₀—叶轮进口当量直径，m；

b₁₁—上叶轮进口宽度，m；

b₁₂—下叶轮进口宽度，m；

Q—流量，m³/s；

Z—叶片数，枚。

5.如权利要求1所述一种双吸泵叶轮进口端折边叶片V型切割方法结构设计方法，其特征在于：叶轮叶片出口宽度b₂由以下公式确定：

$b_2=(1.1~1.2)\frac{D_0(b_{11}+1.1b_{12})}{D_2}$

式中：

b₂—叶轮出口宽度，m；

D₀—叶轮进口当量直径，m；

D₂—叶轮出口直径，m；

b₁₁—上叶轮进口宽度，m；

b₁₂—下叶轮进口宽度，m。

6.如权利要求1所述一种双吸泵叶轮进口端折边叶片V型切割结构设计方法，其特征在于：叶轮叶片包角由以下公式确定：

(a)叶轮折边上叶片包角由以下公式确定：

(b)叶轮折边下叶片包角由以下公式确定：

式中：

—上叶片包角，°；

—下叶片包角，°；

D₀—叶轮进口当量直径，m；

D₂—叶轮出口直径，m。

7.如权利要求1所述一种双吸泵叶轮进口端折边叶片V型切割结构设计方法，其特征在于：叶轮叶片的进口处厚度S₁由以下公式确定：

(a)叶轮折边上叶片进口处厚度S₁₁由以下公式确定：

S₁₁＝0.8(1+Z^-0.02)(b₁₁+b₁₂)

(b)叶轮折边下叶片进口处厚度S₁₂由以下公式确定：

S₁₂＝0.3(1+Z^-0.07)(b₁₁+b₁₂)

式中：

S₁₁—叶轮折边上叶片进口处厚度，m；

S₁₂—叶轮折边下叶片进口处厚度，m；

Z—叶片数，枚；

b₁₁—上叶轮进口宽度，m；

b₁₂—下叶轮进口宽度，m。

8.如权利要求1所述一种双吸泵叶轮进口端折边叶片V型切割结构设计方法，其特征在于：叶轮叶片出口处切割后的实际外径D'₂由以下公式确定：

D'₂＝D₂-b₂tanθ

式中：

D'₂—叶轮叶片出口处切割后的实际外径，m；

D₂—叶轮出口直径，m；

b₂—叶轮出口宽度，m；

θ—叶轮叶片出口处切割角度，0°～15°。