一種高粘度離心泵葉輪的水力設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高粘度離心泵的水力設(shè)計(jì)方法，主要用于工業(yè)中作為輸送高粘度 液體使用，也可用于電力、冶金、煤炭等行業(yè)傳輸含有固體顆粒的漿體，并保證其高效率和 良好的無阻塞性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 高粘度泵主要用于工業(yè)生產(chǎn)中高粘度液體的輸送，國內(nèi)需求巨大，而工業(yè)中高粘 度泵多采用齒輪泵和螺旋泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這種高粘度泵效率低、流量小，脈動(dòng)大，噪聲大等 缺點(diǎn)。而高粘度離心泵的發(fā)明解決了傳統(tǒng)高粘度泵的不足，具有流量大且可調(diào)，效率高，工 作平穩(wěn)等特點(diǎn)。葉輪是高粘度離心泵的主要過流部件，直接影響高粘度離心泵的性能特性， 傳統(tǒng)的離心泵水力設(shè)計(jì)方法有速度系數(shù)法、相似模型換算法、加大流量法等，主要是根據(jù)一 些優(yōu)秀的水力模型進(jìn)行相似換算改進(jìn)，并沒有從理論層面對(duì)泵的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明考 慮到高粘度流體的物理特性，適當(dāng)加大流道的過流面積，采用速度系數(shù)法并綜合流體力學(xué) 的理論知識(shí)和以往優(yōu)秀水力模型設(shè)計(jì)特點(diǎn)對(duì)高粘度離心泵葉輪進(jìn)行水力設(shè)計(jì)，使其有著較 尚的效率和良好的無阻塞性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求參數(shù)（流量Q、揚(yáng)程H等）情況下，設(shè)計(jì)出一 臺(tái)有著較高效率和良好無阻塞性能高粘度離心泵，本發(fā)明提供了一種適用于液體動(dòng)力粘度 范圍為0. 01~lOOmPa ? s的離心泵葉輪的水力設(shè)計(jì)方法。
[0004] 實(shí)現(xiàn)上述目的，采用的設(shè)計(jì)方法如下：
[0005] 1).對(duì)葉輪出口直徑進(jìn)行設(shè)計(jì)：
[0006]
[0007]
[0008] D21= (1. 35 ~1. 55) ? D 2
[0009] 2).對(duì)葉輪進(jìn)口直徑進(jìn)行設(shè)計(jì)：
[0010] D:= 0. 04087n s0 5353 ? D21
[0011] 3).對(duì)葉輪出口邊寬度進(jìn)行設(shè)計(jì)：
[0012]
[0013]
[0014] b21= k〇b2= (1. 5~1. 8)b 2;
[0015] 4).對(duì)葉輪葉片包角進(jìn)行設(shè)計(jì)：
[0016]
[0017] 5).根據(jù)泵的比轉(zhuǎn)速選擇合適的葉片數(shù)：
[0018]
[0019]式中：
[0020] D2-葉輪出口直徑，mm ;
[0021] D21-高粘度離心泵葉輪出口直徑，mm ;
[0022] ns-高粘度離心泵比轉(zhuǎn)速；
[0023] Q-泵流量，m3/h ;
[0024] n-泵轉(zhuǎn)速；
[0025] D廠葉輪進(jìn)口直徑，mm ;
[0026] \x一動(dòng)力粘度，mPa ? s ;
[0027] b2-普通離心泵葉片出口寬度，mm;
[0028] b21-高粘度離心泵葉片出口寬度，mm;
[0029] 滬一葉輪葉片包角，° ;
[0030] z-葉輪葉片數(shù)；
[0031] 6).葉輪出口直徑跟成正比關(guān)系，研宄發(fā)現(xiàn)當(dāng)泵比轉(zhuǎn)速為130時(shí)，其比例系數(shù) Vn Kd最小，因此不同的比轉(zhuǎn)速范圍區(qū)間存在其比例系數(shù)關(guān)系式，通過大量優(yōu)秀的高粘度離心 泵水力模型和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定不同比轉(zhuǎn)速區(qū)間的比例系數(shù)Kd。
[0032] 7).根據(jù)出口直徑確定泵的進(jìn)口直徑，通過研宄大量優(yōu)秀的高粘度離心泵水力模 型發(fā)現(xiàn)，在某一比轉(zhuǎn)速下進(jìn)出口直徑的比值〃 存在最優(yōu)區(qū)間，比值e最優(yōu)值和比轉(zhuǎn)速 存在指數(shù)關(guān)系e = 0.04087 ?rC 5353,通過葉輪出口直徑能更好更系統(tǒng)的確定泵的進(jìn)口直 徑。
[0033] 8).根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力設(shè)計(jì)方法，其特征在于：葉輪出口寬度和#成正 比，根據(jù)大量的優(yōu)秀高粘度離心泵水力模型數(shù)據(jù)庫，建立出口寬度系數(shù)Kb的數(shù)學(xué)模型，并針 對(duì)其效率和汽蝕性能兩點(diǎn)采用多目標(biāo)水力設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，對(duì)所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修改， 擬合Kb最佳公式。
[0034]9).采用閉式葉輪結(jié)構(gòu)，當(dāng)比轉(zhuǎn)速ns< 130時(shí)，葉輪葉片進(jìn)口安放角01取15°~ 26°，葉輪葉片出口安放角02取12°~21°，當(dāng)比轉(zhuǎn)速11 3>130時(shí)，葉輪葉片進(jìn)口安放角 ^取22°~34°，葉輪葉片出口安放角0 2取18°~30°，在設(shè)計(jì)流量時(shí)，葉片沖角A 0 采用正沖角，A 0取3°~5°。
[0035] 10).葉片包角的設(shè)計(jì)從數(shù)學(xué)模型層面進(jìn)行推導(dǎo)，并根據(jù)流體力學(xué)知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 對(duì)包角的計(jì)算公式進(jìn)行修改，當(dāng)針對(duì)有特殊要求的高粘度離心泵可以增加包角以滿足設(shè)計(jì) 要求。
[0036] 11).隨著泵比轉(zhuǎn)速的增加，葉片數(shù)z趨向于取較小值，葉片進(jìn)口邊適當(dāng)向吸入口 前伸。
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的葉輪的軸面投影圖
[0038]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的葉輪結(jié)構(gòu)簡圖
[0039] 圖中：1.葉輪進(jìn)口直徑Dp2.葉輪輪轂直徑dh，3.葉片進(jìn)口安放角1^,4.葉片出 口安放角02,5.葉輪出口直徑D 2,6.葉片出口寬度b2,7.葉片數(shù)z，8.葉片包角傘。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面將提供本發(fā)明方法的具體實(shí)施過程，設(shè)計(jì)適用于液體粘度為40mPa *s離心泵 葉輪步驟如下：
[0041] 葉輪出口直徑根據(jù)所要求的高粘度離心泵揚(yáng)程H、流量Q、轉(zhuǎn)速n，采用公式（1)、 (2)和（3)確定：
[0042]
[0043]
[0044] D21= 1. 5 ? D 2 (3)
[0045] 葉輪進(jìn)口直徑根據(jù)相應(yīng)的比轉(zhuǎn)速和步驟1計(jì)算出的出口直徑，采用公式（4)確定：
[0046] D:=0.04087n S0 5353D21 (4)
[0047] 葉輪出口邊寬度由公式（5)確定：
[0048]
(5)
[0049] 葉輪葉片包角根據(jù)進(jìn)出口直徑Dp D2和比轉(zhuǎn)速，由公式（6)確定：[0050]
(6)
[0051] 葉輪葉片數(shù)和比轉(zhuǎn)速存在一定關(guān)系，由公式（7)確定：
[0052] (7)
[0053] 米用roA吖牝珀恂，彐IX將m nsh 130時(shí)，葉輪葉片進(jìn)口安放角01取15°~ 26°，葉輪葉片出口安放角02取12°~21°，當(dāng)比轉(zhuǎn)速113>130時(shí)，葉輪葉片進(jìn)口安放角 ^取22°~34°，葉輪葉片出口安放角0 2取18°~30°，在設(shè)計(jì)流量時(shí)，葉片沖角A 0 采用正沖角，A 0取3°~5°，隨著泵比轉(zhuǎn)速的增加，葉片數(shù)z趨向于取較小值，葉片進(jìn) 口邊適當(dāng)向吸入口前伸。
[0054]在同一泵殼同一實(shí)驗(yàn)條件下按照《GB3216-1989離心泵、混流泵、軸流泵和旋禍泵 的實(shí)驗(yàn)方法》規(guī)定的實(shí)驗(yàn)方法獲取本發(fā)明方法的高粘度離心泵模型在設(shè)計(jì)工況下的水力效 率，比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的高粘度離心泵水力效率高2% -5%，且具有良好的無阻塞性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高粘度離心泵葉輪的水力設(shè)計(jì)方法，所述的葉輪包括前蓋板（I)、葉片（2)、后 蓋板（3)，具體特征在于，根據(jù)設(shè)計(jì)要求揚(yáng)程H，流量Q，效率τι等參數(shù)，設(shè)計(jì)離心泵的葉輪 出口直徑D2，葉輪進(jìn)口直徑D1，葉輪葉片出口寬度b2，葉片包角供，葉片數(shù)z由以下關(guān)系式確 定：式中： D2+普通離心泵葉輪出口直徑，mm ; D21-高粘度離心泵葉輪出口直徑，mm ; ns-化工泵比轉(zhuǎn)速，/?.、=(3.65/、/^///-; Q-泵流量，m3/h ; η一泵轉(zhuǎn)速； D1一葉輪進(jìn)口直徑，mm ; μ -動(dòng)力粘度，mPa · s ; b2-普通離心泵葉片出口寬度，mm; b21-高粘度離心泵葉片出口寬度，mm ; 供一葉輪葉片包角，° ; β 1一葉片進(jìn)口安放角，° ; β2-葉片出口安放角，° ; Z -葉輪葉片數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高粘度離心泵葉輪的水力設(shè)計(jì)方法，其主要適用液體 的動(dòng)力粘度范圍為0. 1~IOOmPa · S，其特征在于：葉輪出口直徑跟：成正比關(guān)系，研宄 V η 發(fā)現(xiàn)當(dāng)泵比轉(zhuǎn)速為130時(shí)，其比例系數(shù)Kd最小，因此不同的比轉(zhuǎn)速范圍區(qū)間擬合不同比例 系數(shù)關(guān)系式，最終通過理論和大量優(yōu)秀的離心泵水力模型確定不同比轉(zhuǎn)速區(qū)間的比例系數(shù) Kd〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高粘度離心泵葉輪的水力設(shè)計(jì)方法，其特征在于：根 據(jù)出口直徑確定泵的進(jìn)口直徑，通過研宄大量優(yōu)秀的離心泵水力模型發(fā)現(xiàn)，在某一比轉(zhuǎn)速 下進(jìn)出口直徑的比值存在最優(yōu)區(qū)間，比值ε最優(yōu)值和比轉(zhuǎn)速存在指數(shù)關(guān)系ε = 0. 04087 · ns°_5353,通過葉輪出口直徑能更好更系統(tǒng)的確定泵的進(jìn)口直徑。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高粘度離心泵葉輪的水力設(shè)計(jì)方法，其特征在于：葉輪 出口寬度和#成正比，根據(jù)大量的優(yōu)秀離心泵水力模型數(shù)據(jù)庫，建立出口寬度系數(shù)Kb的 數(shù)學(xué)模型，并針對(duì)其效率和汽無阻塞性能兩點(diǎn)采用多目標(biāo)水力設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，對(duì)所建立的 數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修改，擬合Kb最佳公式。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高粘度離心泵葉輪的水力設(shè)計(jì)方法，其特征在于：采用 閉式葉輪結(jié)構(gòu)，當(dāng)比轉(zhuǎn)速ns< 130時(shí)，葉輪葉片進(jìn)口安放角β 1取15°~26°，葉輪葉片 出口安放角02取12°~2Γ，當(dāng)比轉(zhuǎn)速113> 130時(shí)，葉輪葉片進(jìn)口安放角β 1取22°~ 34°，葉輪葉片出口安放角02取18°~30°，在設(shè)計(jì)流量時(shí)，葉片沖角Λ β采用正沖角， Δ β 取 3。~5。。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高粘度離心泵葉輪的水力設(shè)計(jì)方法，其特征在于：葉片 包角的設(shè)計(jì)從數(shù)學(xué)模型層面進(jìn)行推導(dǎo)，并根據(jù)流體力學(xué)知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)包角的計(jì)算公式 進(jìn)行修改，當(dāng)針對(duì)有特殊要求的離心泵可以增加包角以滿足設(shè)計(jì)要求，且葉片進(jìn)口邊適當(dāng) 向吸入口前伸。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高粘度離心泵葉輪的水力設(shè)計(jì)方法，其特征在于：隨著 泵比轉(zhuǎn)速的增加，葉片數(shù)ζ趨向于取較小值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高粘度離心泵葉輪的水力設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明考慮到高粘度流體的物理特性，適當(dāng)加大流道的過流面積，采用速度系數(shù)法并綜合流體力學(xué)的理論知識(shí)和以往優(yōu)秀水力模型設(shè)計(jì)特點(diǎn)對(duì)高粘度離心泵葉輪進(jìn)行水力設(shè)計(jì)，使其有著較高的效率和良好的無阻塞性能。本發(fā)明提供了一種高粘度離心泵葉輪的水力設(shè)計(jì)方法，主要設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括：1.葉輪進(jìn)口直徑D1，2.葉輪輪轂直徑dh，3.葉片進(jìn)口安放角β1，4.葉片出口安放角β2，5.葉輪出口直徑D2，6.葉片出口寬度b2，7.葉片數(shù)z，8.葉片包角φ等。其優(yōu)點(diǎn)是：工作平穩(wěn)，效率高，無阻塞性能好，且適用范圍更廣泛。
【IPC分類】F04D29/22, F04D7/04
【公開號(hào)】CN104895832
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510344484
【發(fā)明人】朱榮生, 盧永剛
【申請(qǐng)人】江蘇國泉泵業(yè)制造有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年6月19日