一種三工況平穩(wěn)運(yùn)行離心泵結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三工況平穩(wěn)運(yùn)行離心泵結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法，將三個(gè)葉輪串聯(lián)在一根泵軸上，每個(gè)葉輪對(duì)應(yīng)一個(gè)出口，通過關(guān)閉三個(gè)出口下游閥門來調(diào)整所需揚(yáng)程，當(dāng)出口1打開，出口2、出口3關(guān)閉時(shí)，葉輪2、葉輪3處于關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程，此時(shí)泵輸出揚(yáng)程為揚(yáng)程H1；當(dāng)出口2打開，出口1、出口3關(guān)閉時(shí)，此時(shí)相當(dāng)于葉輪1、葉輪2串聯(lián)工作，揚(yáng)程為H1+H2；當(dāng)出口3打開，出口1、出口2關(guān)閉時(shí)，此時(shí)相當(dāng)于三個(gè)葉輪串聯(lián)工作，揚(yáng)程為H1+H2+H3。三個(gè)出口對(duì)應(yīng)的蝸殼隔舌安放角在周向呈120°布置，以平衡整泵葉輪所受的徑向力。本發(fā)明能滿足泵在三種工況下運(yùn)行且不出現(xiàn)效率大幅下降，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，同時(shí)大大減少了水泵的體積、占地面積、安裝和制造成本。
【專利說明】
一種三工況平穩(wěn)運(yùn)行離心泵結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種流體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，適用于離心栗，特指經(jīng)常需要在三個(gè)工 況下運(yùn)行的離心栗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為重要的能量轉(zhuǎn)換裝置，離心栗廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，是流體輸送設(shè) 備的心臟。由于實(shí)際工作需要，存在需要離心栗在三個(gè)工況下運(yùn)行的情況。為了滿足這種需 要，目前主要從離心栗多工況水力設(shè)計(jì)方法和離心栗工況調(diào)節(jié)方法兩方面進(jìn)行研究。但長(zhǎng) 期以來，離心栗三工況運(yùn)行的問題都沒得到很好的解決。專利號(hào)為ZL201010520494.8公布 了一種基于損失的離心栗多工況水力優(yōu)化方法，該方法從水力設(shè)計(jì)本身出發(fā)，基于各種損 失公式建立離心栗多工況水力優(yōu)化模型，但該方法不但基于軟件并且依賴試驗(yàn)，工作量較 大，并且對(duì)相同流量、不同揚(yáng)程下三個(gè)工況的離心栗設(shè)計(jì)并不適用。運(yùn)用離心栗工況調(diào)節(jié)方 法可以彌補(bǔ)該方法的范圍，常用的離心栗工況調(diào)節(jié)方法有節(jié)流調(diào)節(jié)、變速調(diào)節(jié)、旁路調(diào)節(jié)和 串、并聯(lián)調(diào)節(jié)等。專利號(hào)為ZL200510027590.8公開了一種并列串聯(lián)栗，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)栗的串聯(lián) 運(yùn)行，但該設(shè)計(jì)的兩個(gè)蝸室在同一平面上，徑向尺寸很大，兩個(gè)蝸室產(chǎn)生的徑向力相互促 進(jìn)，兩個(gè)栗軸需要兩臺(tái)電機(jī)，這種做法占地面積大，使用費(fèi)用較高。同時(shí)，由于離心栗蝸室的 不對(duì)稱，離心栗多工況水力設(shè)計(jì)方法以及離心栗工況調(diào)節(jié)方法均解決不了葉輪所受徑向力 不平衡問題，容易引起軸系的疲勞損壞。
[0003] 經(jīng)檢索，關(guān)于三工況平穩(wěn)運(yùn)行離心栗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法沒有相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種三工況平穩(wěn)運(yùn)行離心栗結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法，以使葉輪 所受徑向力平衡，降低軸系的疲勞損壞，提高使用壽命。
[0005] 為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明將三個(gè)葉輪串聯(lián)在一根栗軸上，相鄰兩葉輪之間 通過導(dǎo)葉相連，當(dāng)出口下游管道閥門關(guān)閉時(shí)，流體經(jīng)過導(dǎo)葉流入下級(jí)葉輪，當(dāng)出口 1打開，出 口2、出口3關(guān)閉時(shí)，相當(dāng)于單級(jí)栗運(yùn)行；當(dāng)出口2打開，出口 1、出口3關(guān)閉時(shí)，相當(dāng)于兩級(jí)栗串 聯(lián)運(yùn)行；當(dāng)出口3打開，出口 1、出口2關(guān)閉時(shí)，相當(dāng)于三級(jí)葉輪串聯(lián)運(yùn)行。三個(gè)出口對(duì)應(yīng)的蝸 殼隔舌安放角在周向呈120°分布，以平衡整栗葉輪所受的徑向力。具體技術(shù)方案如下：
[0006] 一種三工況平穩(wěn)運(yùn)行離心栗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于:將三個(gè)葉輪串聯(lián)在一根 栗軸上，每個(gè)葉輪對(duì)應(yīng)一個(gè)出口，通過關(guān)閉三個(gè)出口下游閥門來調(diào)整所需揚(yáng)程；當(dāng)出口 1打 開，出口 2、出口3關(guān)閉時(shí)，葉輪2、葉輪3處于關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程，此時(shí)栗輸出揚(yáng)程為揚(yáng)程m;當(dāng)出口 2 打開，出口 1、出口 3關(guān)閉時(shí)，此時(shí)相當(dāng)于葉輪1、葉輪2串聯(lián)工作，揚(yáng)程為出+出；當(dāng)出口 3打開， 出口 1、出口 2關(guān)閉時(shí)，此時(shí)相當(dāng)于三個(gè)葉輪串聯(lián)工作，揚(yáng)程為出+出+出。
[0007] 所述出口 1、出口2、出口3在周向呈120°分布以平衡徑向力。
[0008] 所述葉輪1、葉輪2、葉輪3、兩級(jí)葉輪間的導(dǎo)葉1、導(dǎo)葉2,以及葉輪3下游的蝸殼，根 據(jù)模型換算進(jìn)行設(shè)計(jì)；出口 1、出口 2對(duì)應(yīng)的蝸殼沒有相應(yīng)的模型，應(yīng)用面積比法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0009] 所述模型換算的具體過程如下：
[0010] 根據(jù)欲設(shè)計(jì)單級(jí)葉輪的流量Q、揚(yáng)程Η和轉(zhuǎn)速η計(jì)算出單級(jí)栗比轉(zhuǎn)速ns，選擇性能良 好的水力模型，模型栗比轉(zhuǎn)速應(yīng)與設(shè)計(jì)栗比轉(zhuǎn)速相等或相近，按設(shè)計(jì)栗和模型栗的參數(shù):流 量Qm、揚(yáng)程Hm、轉(zhuǎn)速ΠΜ;下標(biāo)1代表模型栗的參數(shù)；
[0011]計(jì)算相應(yīng)的尺寸系數(shù)λ，設(shè)計(jì)栗的各水力尺寸；所述各水力尺寸包括葉輪進(jìn)口直 徑、葉輪出口直徑、葉輪出口寬度、輪轂直徑、葉片出口安放角、導(dǎo)葉進(jìn)口直徑、導(dǎo)葉外徑、導(dǎo) 葉喉部高度；
[0012]按照D = ADM換算，分別由流量和揚(yáng)程計(jì)算出的尺寸系數(shù)λ(^ΡλΗ如下
[0016]所述面積比具體為：
[0017]計(jì)算出口 1和出口 2對(duì)應(yīng)葉輪的比轉(zhuǎn)速ns，根據(jù)國(guó)內(nèi)栗面積比Υ和比轉(zhuǎn)速ns統(tǒng)計(jì)曲線 確定面積比Y的大小，Y為壓水室喉部面積F3和葉輪出口葉片間總面積^的比值;Y計(jì)算公式 如下
[0019]查得Y數(shù)值后，F(xiàn)3 = YF2,葉輪出口葉片間總面積?2通過葉輪外徑D2,、葉片出口寬度 b2、葉片出口安放角&計(jì)算出來，F(xiàn)2 = O.95D2：nb2sin02;
[0020] 蝸殼喉部面積F3等于蝸殼第8斷面面積，根據(jù)蝸殼第8斷面面積根據(jù)等速度原理可 以計(jì)算蝸殼其他斷面的面積，從而得到蝸殼的水力圖。
[0021] 一種三工況平穩(wěn)運(yùn)行離心栗結(jié)構(gòu)，包括進(jìn)口、葉輪1、導(dǎo)葉1、出口 1、葉輪2、導(dǎo)葉2、 出口2、葉輪3、出口3、栗軸，其特征在于：
[0022]葉輪1、葉輪2、葉輪3串聯(lián)在一根栗軸上，導(dǎo)葉1將葉輪1和葉輪2連接起來，導(dǎo)葉2將 葉輪2和葉輪3連接起來，每個(gè)葉輪對(duì)應(yīng)一個(gè)出口，三個(gè)出口法蘭下游配備閥門進(jìn)行控制;三 個(gè)栗出口對(duì)應(yīng)的三個(gè)蝸殼的隔舌安放角呈120°分布，以平衡整栗葉輪所受的徑向力。
[0023] 本發(fā)明的工作過程為:流體經(jīng)栗進(jìn)口進(jìn)入葉輪1，當(dāng)出口 1打開，出口 2、出口 3關(guān)閉 時(shí)，流體經(jīng)出口 1進(jìn)入下游管路；當(dāng)出口 2打開，出口 1、出口 3關(guān)閉時(shí)，進(jìn)入葉輪1的流體不能 從出口 1流出，通過導(dǎo)葉1進(jìn)入葉輪2，然后從出口 2進(jìn)入下游管路；當(dāng)出口 3打開，出口 1、2關(guān) 閉時(shí)，進(jìn)入葉輪2的流體不能從出口2流出，通過導(dǎo)葉2進(jìn)入葉輪3,然后從出口3進(jìn)入下游管 路。
[0024]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明將三個(gè)葉輪串聯(lián)在一根栗軸上，能有效減小整栗 的占地面積，三個(gè)出口下游的閥門分別控制三個(gè)出口，通過閥門的開閉，保證流量不變的條 件下調(diào)整所需揚(yáng)程，不需要串聯(lián)多臺(tái)栗工作，減小了串聯(lián)栗組工作的占地面積，節(jié)約成本， 操作方便，拓寬了單臺(tái)離心栗的應(yīng)用范圍，三個(gè)出口對(duì)應(yīng)的蝸殼隔舌安放角在周向上呈 120°分布，能抵消由于蝸室不對(duì)稱產(chǎn)生的徑向力，提高了整栗穩(wěn)定性和安全性。
【附圖說明】
[0025] 圖1:本發(fā)明整栗正視圖；
[0026] 圖2:本發(fā)明整栗側(cè)視圖。
[0027] 圖中：1.進(jìn)口、2.葉輪1、3.出口 1、4.導(dǎo)葉1、5.葉輪2、6.出口2、7.導(dǎo)葉2、8.葉輪3、 9.出口 3、10.栗軸、11.隔舌。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029] 如圖1和圖2所示，葉輪1、葉輪2和葉輪3串聯(lián)在一根栗軸上，導(dǎo)葉1將葉輪1和葉輪2 連接起來，導(dǎo)葉2將葉輪2和葉輪3連接起來，每個(gè)葉輪對(duì)應(yīng)一個(gè)出口，流體經(jīng)栗進(jìn)口進(jìn)入葉 輪1，當(dāng)出口 1打開，出口 2、出口 3關(guān)閉時(shí)，流體經(jīng)出口 1進(jìn)入下游管路；當(dāng)出口 2打開，出口 1、 出口 3關(guān)閉時(shí)，進(jìn)入葉輪1的流體不能從出口 1流出，通過導(dǎo)葉1進(jìn)入葉輪2,然后從出口 2進(jìn)入 下游管路；當(dāng)出口 3打開，出□ 1、出口 2關(guān)閉時(shí)，進(jìn)入葉輪2的流體不能從出□ 2流出，通過導(dǎo) 葉2進(jìn)入葉輪3,然后從出口 3進(jìn)入下游管路。三個(gè)出口對(duì)應(yīng)的蝸殼隔舌安放角在周向上呈 120°分布，能平衡整栗葉輪所受徑向力。
[0030] 以一臺(tái)實(shí)型栗的設(shè)計(jì)為例，實(shí)型栗設(shè)計(jì)參數(shù)為:揚(yáng)程Hi = 20m，H2 = 40m，H3 = 60m，流 量Q = 25m3/h，轉(zhuǎn)速n = 2900r/min。經(jīng)過分析，第一級(jí)葉輪和導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)參數(shù)為：揚(yáng)程H = 20m;流量 Q = 25m3/h，轉(zhuǎn)速 n = 2900r/min;
[0031]參考《現(xiàn)代栗理論與設(shè)計(jì)》中編號(hào)為JM4的水力模型，該水力模型參數(shù)如下:流量Qm = 46m3/h，揚(yáng)程 Hm=30m，轉(zhuǎn)速 nM=2900r/min，nSM=93，DjM=80mm，dhM=45mm，D2m= 164mm，b2M =12mm，葉輪出口安放角β2Μ = 25°，導(dǎo)葉進(jìn)口直徑D3M = 167mm，導(dǎo)葉外徑D4M = 243mm，導(dǎo)葉喉 部高度a3M=27mm。
[0035] 實(shí)型栗尺寸為:葉輪進(jìn)口直徑Dj = ADjM=0.8163 X 80~65mm;
[0036] 輪穀直徑 dh=XdhM=0 · 8163 X 45~37111111;
[0037] 葉輪出 口直徑D2 = AD2M=0.8163X164~134mm;
[0038] 葉片出 口寬度b2 = Ab2M=0.8163 X12~10mm;
[0039] 葉片出口安放角β2 = λβ2Μ=〇·8163X25^=20。；
[0040] 導(dǎo)葉進(jìn)口直徑 D3 = AD3M=0.8163X167~136mm;
[0041] 導(dǎo)葉外徑 D4=AD4M=0.8163X243~198mm;
[0042] 導(dǎo)葉喉部高度 a3 = Xa3M=0 · 8163 X 27~22臟；
[0043] 蝸殼的設(shè)計(jì)方法如下：由葉輪設(shè)計(jì)可知，比轉(zhuǎn)速ns = 93，查栗手冊(cè)，由國(guó)內(nèi)栗比轉(zhuǎn) 速ns與面積比Y統(tǒng)計(jì)曲線可知，Y的取值范圍為0.15~0.38，考慮到栗的效率，選取Y=0.25，
[0045]由葉輪相關(guān)參數(shù)可以得到F3 = 341.78mm2，F(xiàn)3與蝸殼第8斷面面積F8相等，其他各斷 面面積按下式計(jì)算：
[0047] 式中切為斷面包角(°)
[0048] 蝸殼各斷面面積見表1:
[0049] 表1模型栗第一級(jí)蝸殼斷面面積
[0050]
[0051 ]根據(jù)各斷面面積可以確定蝸殼尺寸。
[0052]用相同的計(jì)算方法可以得到另外兩級(jí)葉輪、導(dǎo)葉和蝸殼的水力參數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Ξ工況平穩(wěn)運(yùn)行離屯、累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于：將Ξ個(gè)葉輪串聯(lián)在一根累 軸上，每個(gè)葉輪對(duì)應(yīng)一個(gè)出口，通過關(guān)閉Ξ個(gè)出口下游閥口來調(diào)整所需揚(yáng)程；當(dāng)出口 1打開， 出口2、出口3關(guān)閉時(shí)，葉輪2、葉輪3處于關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程，此時(shí)累輸出揚(yáng)程為揚(yáng)程出；當(dāng)出口 2打 開，出口 1、出口 3關(guān)閉時(shí)，此時(shí)相當(dāng)于葉輪1、葉輪2串聯(lián)工作，揚(yáng)程為出+此；當(dāng)出口 3打開，出 口 1、出口 2關(guān)閉時(shí)，此時(shí)相當(dāng)于Ξ個(gè)葉輪串聯(lián)工作，揚(yáng)程為Ηι+出+出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ξ工況平穩(wěn)運(yùn)行離屯、累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述 出口 1、出口2、出口3在周向呈120°分布W平衡徑向力。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ξ工況平穩(wěn)運(yùn)行離屯、累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述 葉輪1、葉輪2、葉輪3、兩級(jí)葉輪間的導(dǎo)葉1、導(dǎo)葉2, W及葉輪3下游的蝸殼，根據(jù)模型換算進(jìn) 行設(shè)計(jì)；出口 1、出口 2對(duì)應(yīng)的蝸殼沒有相應(yīng)的模型，應(yīng)用面積比法進(jìn)行設(shè)計(jì)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種Ξ工況平穩(wěn)運(yùn)行離屯、累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述 模型換算的具體過程如下： 根據(jù)欲設(shè)計(jì)單級(jí)葉輪的流量Q、揚(yáng)程Η和轉(zhuǎn)速η計(jì)算出單級(jí)累比轉(zhuǎn)速ns，選擇性能良好的 水力模型，模型累比轉(zhuǎn)速應(yīng)與設(shè)計(jì)累比轉(zhuǎn)速相等或相近，按設(shè)計(jì)累和模型累的參數(shù):流量 Qm、揚(yáng)程Hm、轉(zhuǎn)速ΠΜ;下標(biāo)Μ代表模型累的參數(shù)； 計(jì)算相應(yīng)的尺寸系數(shù)λ，設(shè)計(jì)累的各水力尺寸;所述各水力尺寸包括葉輪進(jìn)口直徑、葉 輪出口直徑、葉輪出口寬度、輪穀直徑、葉片出口安放角、導(dǎo)葉進(jìn)口直徑、導(dǎo)葉外徑、導(dǎo)葉喉 部高度； 按照〇 = λ〇Μ換算，分別由流量和揚(yáng)程計(jì)算出的尺寸系數(shù)λ〇和λΗ如下5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種Ξ工況平穩(wěn)運(yùn)行離屯、累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述 面積比具體為： 計(jì)算出口 1和出口 2對(duì)應(yīng)葉輪的比轉(zhuǎn)速山，根據(jù)國(guó)內(nèi)累面積比Υ和比轉(zhuǎn)速ns統(tǒng)計(jì)曲線確定 面積比Y的大小，Y為壓水室喉部面積的和葉輪出口葉片間總面積F2的比值;Y計(jì)算公式如下查得Y數(shù)值后，的=YF2，葉輪出口葉片間總面積F2通過葉輪外徑化，、葉片出口寬度b2、葉 片出口安放角&計(jì)算出來，F(xiàn)2 = 0.95化柿2S i址2 ; 蝸殼喉部面積F3等于蝸殼第8斷面面積，根據(jù)蝸殼第8斷面面積根據(jù)等速度原理可W計(jì) 算蝸殼其他斷面的面積，從而得到蝸殼的水力圖。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ξ工況平穩(wěn)運(yùn)行離屯、累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的離屯、累結(jié) 構(gòu)，包括進(jìn)口、葉輪1、導(dǎo)葉1、出口 1、葉輪2、導(dǎo)葉2、出口 2、葉輪3、出口 3、累軸，其特征在于： 葉輪1、葉輪2、葉輪3串聯(lián)在一根累軸上，導(dǎo)葉1將葉輪1和葉輪2連接起來，導(dǎo)葉2將葉輪 2和葉輪3連接起來，每個(gè)葉輪對(duì)應(yīng)一個(gè)出口，Ξ個(gè)出口法蘭下游配備閥口進(jìn)行控制； Ξ個(gè)粟出口對(duì)應(yīng)的Ξ個(gè)蝸殼的隔舌安放角呈120°分布，W平衡整粟葉輪所受的徑向 力。
【文檔編號(hào)】F04D29/42GK106089795SQ201610445449
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】司喬瑞, 林剛, 袁建平, 袁壽其, 衡亞光
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)