本發(fā)明涉及一種離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法，具體涉及一種低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

廣義的低比轉(zhuǎn)速離心泵，既包括比轉(zhuǎn)速30～80的普通低比轉(zhuǎn)速離心泵，也包括比轉(zhuǎn)速10～30的超低比轉(zhuǎn)速離心泵。葉輪是離心泵設(shè)計(jì)的核心，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪提出了多種設(shè)計(jì)方法，如加大流量法，無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)理論，短葉片偏置設(shè)計(jì)等。這些設(shè)計(jì)方法或多或少透露出一個(gè)信息，傳統(tǒng)離心泵設(shè)計(jì)方法不適合低比轉(zhuǎn)速離心泵設(shè)計(jì)。葉輪設(shè)計(jì)是離心泵設(shè)計(jì)的核心部分，一些非常規(guī)的低比轉(zhuǎn)速葉輪設(shè)計(jì)方法存在各種缺陷，比如加大流量法設(shè)計(jì)理論中，流量加大系數(shù)范圍很大，具體系數(shù)取值過(guò)分依賴經(jīng)驗(yàn)；無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)理論在一定程度上是以犧牲葉輪性能為代價(jià)實(shí)現(xiàn)的；常規(guī)的低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法主要適用于比轉(zhuǎn)速30～80的普通低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪，對(duì)比轉(zhuǎn)速10～30的超低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪往往不適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法，將加大流量設(shè)計(jì)方法改進(jìn)為依據(jù)葉輪進(jìn)口直徑修正系數(shù)、葉輪外徑修正系數(shù)和出口寬度修正系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)大量統(tǒng)計(jì)值，給出不同比轉(zhuǎn)速下，葉輪進(jìn)口直徑修正系數(shù)、出口角和包角等參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)修正值。該設(shè)計(jì)方法直接根據(jù)設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)，而無(wú)須按照加大流量法中范圍很大的流量放大系數(shù)來(lái)改變?cè)O(shè)計(jì)值進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)既適用于比轉(zhuǎn)速30～80的普通低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪，也適用于比轉(zhuǎn)速10～30的超低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪。實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案：利用以下幾個(gè)關(guān)系式來(lái)確定葉輪的主要幾何參數(shù)，主要包括輪轂直徑D_h,葉輪進(jìn)口直徑D₁，葉輪外徑D₂，出口寬度b₂，葉片出口安放角β₂，包角φ。

實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的設(shè)計(jì)方法是：一種低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法，提供了低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪的幾何參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)，包括輪轂直徑D_h,葉輪進(jìn)口直徑D₁，葉輪外徑D₂，出口寬度b₂，葉片出口安放角β₂，包角φ，葉輪主要幾何參數(shù)與泵性能參數(shù)之間適合以下關(guān)系：

K₁＝-0.85ln(n_s)+8 (1)

K₂＝-10ln(n_s)+54 (4)

K_b2＝0.75(n_s/100)^0.65 (6)

b₂＝K_b2(Q/n)^0.3 (7)

β₂＝arctan(0.95Q^-0.49H^1.32n^-1.05) ⁽⁸⁾

式中：K₁——葉輪進(jìn)口直徑修正系數(shù)；

n_s——比轉(zhuǎn)速，取值范圍為10～80；

D_j——葉輪進(jìn)口當(dāng)量直徑，米；

Q——設(shè)計(jì)流量，米³/秒；

n——葉輪轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分；

D₁——葉輪進(jìn)口直徑，米；

D_h——輪轂直徑，由葉輪實(shí)際結(jié)構(gòu)決定，米；

K₂——葉輪外徑修正系數(shù)；

D₂——葉輪外徑，米

K_b2——出口寬度修正系數(shù)；

b₂——出口寬度，米；

β₂——葉片出口安放角，度；

H——設(shè)計(jì)揚(yáng)程，米；

φ——包角，度。

在本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，對(duì)葉輪進(jìn)口直徑修正系數(shù)K₁給出修正值：

10≤n_s≤20，5.6≤K₁≤6.0；

20＜n_s≤30，5.3≤K₁＜5.6；

30＜n_s≤50，4.8≤K₁＜5.3；

50＜n_s≤80，4.3≤K₁＜4.8；

當(dāng)依據(jù)公式(1)計(jì)算得到的葉輪進(jìn)口直徑修正系數(shù)K₁在給定范圍內(nèi)時(shí)，四舍五入保留小數(shù)點(diǎn)后一位即可；當(dāng)K₁計(jì)算值不在給定范圍內(nèi)時(shí)，大于上限值直接取上限值，小于下限值直接取下限值。

在本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，對(duì)葉片出口安放角β₂給出修正值：

10≤n_s≤20，35°≤β₂≤40°；

20＜n_s≤30，30°≤β₂＜35°；

30＜n_s≤50，25°≤β₂＜30°；

50＜n_s≤80，20°≤β₂＜25°；

當(dāng)依據(jù)公式(8)計(jì)算得到的葉片出口安放角β₂在給定范圍內(nèi)時(shí)，四舍五入保留整數(shù)即可；當(dāng)葉片出口安放角β₂計(jì)算值不在給定范圍內(nèi)時(shí)，大于上限值直接取上限值，小于下限值直接取下限值。

在本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，對(duì)包角φ給出修正值：

10≤n_s≤20，180°≤φ≤200°；

20＜n_s≤30，160°≤φ＜180°；

30＜n_s≤50，135°≤φ＜160°；

50＜n_s≤80，110°≤φ＜135°；

當(dāng)依據(jù)公式(9)計(jì)算得到的包角φ在給定范圍內(nèi)時(shí)，四舍五入保留整數(shù)即可；當(dāng)包角φ計(jì)算值不在給定范圍內(nèi)時(shí)，大于上限值直接取上限值，小于下限值直接取下限值。

在本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，考慮到工藝限制，出口寬度b₂最小值取4mm。

在本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，葉輪葉片數(shù)為4～6片，比轉(zhuǎn)速n_s小者取大值。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：本發(fā)明提供的低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法有如下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明通過(guò)葉輪進(jìn)口直徑修正系數(shù)、葉輪出口直徑修正系數(shù)和出口寬度修正系數(shù)公式，快速得到符合給定比轉(zhuǎn)速的葉輪幾何參數(shù)設(shè)計(jì)值；給出了部分參數(shù)依據(jù)大量試驗(yàn)值得到的經(jīng)驗(yàn)修正值；出口寬度考慮了工藝限制，給定最小值；擴(kuò)大了低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪的設(shè)計(jì)范圍，提高了葉輪設(shè)計(jì)的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪軸面圖。

圖2是同一個(gè)實(shí)施例的葉輪葉片位置圖。

圖中：1.輪轂直徑Dh,2.葉輪進(jìn)口直徑D1，3.葉輪外徑D2，4.出口寬度b2，5.葉片出口安放角β2，6.包角φ。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪軸面圖。圖2是同一個(gè)實(shí)施例的葉輪葉片位置圖。

本發(fā)明利用以下幾個(gè)參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)和確定低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪的形狀，主要包括：輪轂直徑D_h(1),葉輪進(jìn)口直徑D₁(2)，葉輪外徑D₂(3)，出口寬度b₂(4)，葉片出口安放角β₂(5)，包角(6)，葉輪主要幾何參數(shù)與泵性能參數(shù)之間適合以下關(guān)系：

K₁＝-0.85ln(n_s)+8 (1)

K₂＝-10ln(n_s)+54 (4)

K_b2＝0.75(n_s/100)^0.65 (6)

b₂＝K_b2(Q/n)^0.3 (7)

β₂＝arctan(0.95Q^-0.49H^1.32n^-1.05) (8)

式中：K₁——葉輪進(jìn)口直徑修正系數(shù)；

n_s——比轉(zhuǎn)速，取值范圍為10～80；

D_j——葉輪進(jìn)口當(dāng)量直徑，米；

Q——設(shè)計(jì)流量，米³/秒；

n——葉輪轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分；

D₁——葉輪進(jìn)口直徑，米；

D_h——輪轂直徑，由葉輪實(shí)際結(jié)構(gòu)決定，米；

K₂——葉輪外徑修正系數(shù)；

D₂——葉輪外徑，米

K_b2——出口寬度修正系數(shù)；

b₂——出口寬度，米；

β₂——葉片出口安放角，度；

H——設(shè)計(jì)揚(yáng)程，米；

φ——包角，度。

在大量試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，依據(jù)比轉(zhuǎn)速，對(duì)部分參數(shù)給出經(jīng)驗(yàn)修正值。

葉輪進(jìn)口直徑修正系數(shù)K₁經(jīng)驗(yàn)修正值：

10≤n_s≤20，5.6≤K₁≤6.0；

20＜n_s≤30，5.3≤K₁＜5.6；

30＜n_s≤50，4.8≤K₁＜5.3；

50＜n_s≤80，4.3≤K₁＜4.8；

當(dāng)依據(jù)公式(1)計(jì)算得到的葉輪進(jìn)口直徑修正系數(shù)K₁在給定范圍內(nèi)時(shí)，四舍五入保留小數(shù)點(diǎn)后一位即可；當(dāng)K₁計(jì)算值不在給定范圍內(nèi)時(shí)，大于上限值直接取上限值，小于下限值直接取下限值。

葉片出口安放角β₂(5)經(jīng)驗(yàn)修正值：

10≤n_s≤20，35°≤β₂≤40°；

20＜n_s≤30，30°≤β₂＜35°；

30＜n_s≤50，25°≤β₂＜30°；

50＜n_s≤80，20°≤β₂＜25°；

當(dāng)依據(jù)公式(8)計(jì)算得到的葉片出口安放角β₂(5)在給定范圍內(nèi)時(shí)，四舍五入保留整數(shù)即可；當(dāng)葉片出口安放角β₂(5)計(jì)算值不在給定范圍內(nèi)時(shí)，大于上限值直接取上限值，小于下限值直接取下限值。

包角(6)經(jīng)驗(yàn)修正值：

10≤n_s≤20，180°≤φ≤200°；

20＜n_s≤30，160°≤φ＜180°；

30＜n_s≤50，135°≤φ＜160°；

50＜n_s≤80，110°≤φ＜135°；

考慮到工藝限制，出口寬度b₂(4)最小值取4mm。

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，推薦的葉輪葉片數(shù)為4～6片，比轉(zhuǎn)速n_s小者取大值；當(dāng)對(duì)離心泵汽蝕性能要求較高時(shí)，葉片數(shù)統(tǒng)一取4片。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。