一种中高比转速离心泵叶轮双端折边叶片结构的设计方法
【专利摘要】本发明提供了一种中高比转速离心泵叶轮双端折边叶片结构的设计方法。通过折边叶片使叶片在叶轮进出口处错开，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宽度，根据折边叶片的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、叶轮折边上下叶片之间出口处对应的弧长、叶轮叶片厚度，使叶轮流道分为两个，当中高比转速离心泵在非设计工况下运行，两个流道很好的保证了泵正常的运行。
【专利说明】
一种中高比转速离心泵叶轮双端折边叶片结构的设计方法
技术领域
[0001] 本发明涉及到一种中高比转速离心栗叶轮叶片结构设计方法，特别涉及一种中高 比转速离心栗叶轮双端折边叶片结构的设计方法。
【背景技术】
[0002] 栗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，几乎都有栗的运行工作。随着科学技术水平不断的提高，栗运 用的领域正在不断扩大。离心栗结构多种多样，是各种栗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、航天航空、农业灌溉等社会生活和国民经济的各个部门 中。因此对离心栗的性能提出了越来越高的要求，如抗空化性能、偏工况稳定运行的要求、 低噪音振动的要求和高可靠性等。传统的离心栗叶轮水力设计方法是理论和经验的结合， 已经不能最大程度满足不断出现的新设计要求。因此，为了继续满足这些不断出现的新设 计要求，需要改善结构设计，如低比转速短叶片偏置设计就是在叶轮流道靠近出口处放置 短叶片可改善叶轮及栗体内的水力性能。近年来随着中高比转速离心栗的运行环境不断变 化，可能导致中高比转速离心栗在非设计工况下运行。传统的叶轮水力设计方法可使离心 栗在多工况下运行，但是，不能保证离心栗偏离的工况点就是设计的多工况点。因此，可导 致中高比转速不能正常的运行会产生噪音和振动，恶化工作环境，不利于生产效率。
【发明内容】
[0003] 针对中高比转速离心栗运行过程中所产生的问题，本发明提供了一种中高比转速 离心栗叶轮双端折边叶片结构的设计方法。通过折边叶片使叶片在叶轮进出口处错开，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宽度，根据折边叶片的 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、叶轮折边上下叶片之间出口处对应的弧长、叶轮叶片厚度，使叶轮 流道分为两个，当中高比转速离心栗在非设计工况下运行，两个流道很好的保证了栗正常 的运行。可有效减轻叶片负荷，提高离心栗的抗空化性能和运行的可行性;实现上述目的所 采用的技术方案是:1、叶轮进口当量直径Do由下式确定：
[0004]
[0005] 式中：
[0006] Do-叶轮进口当量直径，m;
[0007] Q-流量，m3/s;
[0008] Η一扬程，m;
[0009] η一转速，rev/min;
[0010] 2、叶轮叶片进口宽度匕由以下公式确定：
[0011 ] (a)叶轮折边上叶片进口宽度bn由以下公式确定：
[0012]
[0013] (b)叶轮折边下叶片进口宽度b12由以下公式确定：
[0014]
[0015] 式中：
[0016] bn-上叶轮进口宽度，m;
[0017] b12-下叶轮进口宽度，m;
[0018] η一转速，rev/min;
[0019] Q-流量，m3/s;
[0020] Η-扬程，m;
[0021] 3、叶轮出口直径D2由下式确定：
[0022]
[0023] 式中：
[0024] D2-叶轮出口直径，m;
[0025] z-叶片数，枚；
[0026] η一转速，rev/min;
[0027] Q 一流量，m3/s;
[0028] Η-扬程，m;
[0029] 4、叶片进口安放角fo大小由下式确定：
[0030] (a)叶轮折边上叶片进口安放角βιι由以下公式确定：
[0031]
[0032] (b)叶轮折边下叶片进口安放角β12由以下公式确定：
[0033]
[0034] 式中：
[0035] βιι-上叶片进口安放角，°;
[0036] β12-下叶片进口安放角，％
[0037] Do-叶轮进口当量直径，m;
[0038] bn-上叶轮进口宽度，m;
[0039] b12-下叶轮进口宽度，m;
[0040] Q-流量，m3/s;
[0041] Z-叶片数，枚；
[0042] 5、叶轮叶片出口安放角说由以下公式确定：
[0043] (a)叶轮折边上叶片出口安放角021由以下公式确定：
[0044]
[0045] (b)叶轮折边下叶片出口安放角β22由以下公式确定：
[0046]
[0047] 式中：
[0048] β21-上叶片出口安放角，％
[0049] β22-下叶片出口安放角，％
[0050] Η一扬程，m;
[0051] Z-叶片数，枚；
[0052] 6、叶片出口宽度匕大小由下式确定：
[0053] (a)叶轮折边上叶片出口宽度b21由以下公式确定：
[0054] ?21 =0I)057(M)I)05D; +0I)3D: +0Λ)87)/;° Υ^ 7/
[0055] (b)叶轮折边下叶片出口 口宽度b22由以下公式确定：
[0056] = 0·0133(-+ 0.〇3 m]十 0.99)，?ι,5β0 5/Γ0 5
[0057] 式中：
[0058] b21-上叶片出口宽度，m;
[0059] b22-下叶片出口宽度，m;
[0060] D2-叶轮出口直径，m;
[0061] η一转速，rev/min;
[0062] Q-流量，m3/s;
[0063] Η一扬程，m;
[0064] 7、叶片包角0大小由下式确定：
[0065] (a)叶轮折边上叶片包角Φ_ι由以下公式确定：
[0066]
[0067] (b)叶轮折边下叶片包角奶由以下公式确定：
[0068]
[0069] 式中：
[0070] 灼一上叶片包角，％
[0071] 0-下叶片包角，％
[0072] Do-叶轮进口直径，m;
[0073] D2-叶轮出口直径，m;
[0074] Z-叶片数，枚；
[0075] 8、叶轮折边上下叶片之间出口处对应的弧长大小由以下公式确定：
[0076] (a)叶轮折边上下叶片之间进口处对应的弧长h大小由以下公式确定：
[0077]
[0078] (b)叶轮折边上下叶片之间出口处对应的弧长12大小由以下公式确定：
[0079]
[0080] 式中：
[0081 ] h-叶轮折边上下叶片之间进口处对应的弧长，m;
[0082] 12-叶轮折边上下叶片之间出口处对应的弧长，m;
[0083] Do-叶轮进口当量直径，m;
[0084] D2-叶轮出口直径，m;
[0085] Π -上叶片包角，％
[0086] f 2-下叶片包角，％
[0087] 9、叶轮叶片的进出口处厚度S由以下公式确定：
[0088] (a)叶轮折边叶片进口处厚度Si由以下公式确定：
[0089]
[0090] (b)叶轮折边叶片出口处厚度S2由以下公式确定：
[0091]
[0092] 式中：
[0093] Si!一叶轮折边上叶片进口处厚度，m;
[0094] Si2一叶轮折边下叶片进口处厚度，m;
[0095] S21-叶轮折边上叶片出口处厚度，m;
[0096] S22一叶轮折边下叶片出口处厚度，m;
[0097] D2-叶轮出口直径，m;
[0098] Do-叶轮进口当量直径，m。
[0099] 本发明的有益效果是：
[0100]通过折边叶轮出口处的叶片合理设计中高比转速离心栗的最佳结构参数，提高了 离心栗的性能及运行过程中的稳定性。
【附图说明】
[0101]图1是本发明实施例的平面投影图。
[0102] 图2是本发明实施例的轴面图。
[0103] 图3是本发明实施叶轮叶片示意图。
[0104] 图1:βη-上叶片进口安装角，β12-下叶片进口安装角，β2-叶片出口安装角，外一 上叶片包角，奶一下叶片包角。
[0105] 图2: Do-叶轮进口当量直径，D2-叶轮出口直径，bn-上叶片进口宽度，b12-下叶 片进口宽度，b2-叶片出口宽度，Sn-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，S21-叶轮折边上叶片出口处厚度，S22-叶轮折边下叶片出口处厚度。
[0106] 图3:1-叶轮上叶片，2-叶轮下叶片，1 :一上下叶片之间进口处对应的弧长，12- 上下叶片之间出口处对应的弧长。
【具体实施方式】
[0107] 设计要求：设计工况流量为0.09676位方米/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5枚。
[0108] 根据以上数据可求出叶轮结构参数的数值:D〇= 170mm;D2 = 390mm;Pii = 17° ;β?2 = 18。；β21 = 21。；β22 = 21。；灼口.10'0。.;：奶=1()5。；1311=111]1111;1312 = 8111111;匕21=1〇111111;匕22 = 7111111;311 = 6mm ； S12 = 5mm ； S21 = 7mm ； S22 = 6mm ；
[0109] 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 蜗壳参数需要根据栗的实际运行来选择等。
[0110] 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。
【主权项】
1. 一种中高比转速离心栗叶轮双端折边叶片结构的设计方法，其特征在于:在设计离 心栗叶轮叶片时，叶轮叶片双端采用分层折边结构;其中叶轮进口当量直径Do由下式确定： 式中：Do-叶轮进口当量直径，m; Q一流量，m3/s; Η-扬程，m; η-车专速，rev/min 〇2. 如权利要求1所述一种中高比转速离心栗叶轮双端折边叶片结构的设计方法，其特 征在于:叶轮叶片进口宽度匕由以下公式确定： (a) 叶轮折边上叶片出口宽度bn由以下公式确定：(b) 叶轮折边上叶片出口宽度bi2由以下公式确定：式中： bn-上叶轮进口宽度，m; bi2一下叶轮进口宽度，m; η-车专速，rev/min; Q一流量，m3/s; Η-扬程，m〇3. 如权利要求1所述一种中高比转速离心栗叶轮双端折边叶片结构的设计方法，其特 征在于:叶轮出口直径出由下式公式确定：式中： D2-叶轮出口直径，m; Z一叶片数，枚； η-车专速，rev/min; Q一流量，m3/s; Η-扬程，m〇4. 如权利要求1所述一种中高比转速离心栗叶轮双端折边叶片结构的设计方法，其特 征在于:叶轮叶片进口安放角扮由以下公式确定： (a) 叶轮折边上叶片进口安放角βιι由以下公式确定： Iη"0σ1( (b) 叶轮折边下叶片进口安放角β?2由以下公式确定： 式中：βη-上叶片进口安放角，％ β12-下叶片进口安放角，％ Do-叶轮进口当量直径，m; bn-上叶轮进口宽度，m; bi2一下叶轮进口宽度，m; Q一流量，m3/s; Z-叶片数，枚。5. 如权利要求1所述一种中高比转速离心栗叶轮双端折边叶片结构的设计方法，其特 征在于:叶轮叶片出口安放角β2由以下公式确定： (a) 叶轮折边上叶片出口安放角β2?由以下公式确定：(b) 叶轮折边下叶片出口安放角β22由以下公式确定： 式中：^21一上叶片出口安放角，° ; S>22一下叶片出口安放角，° ; Z一叶片数，枚； Η-扬程，m〇6. 如权利要求1所述一种中高比转速离心栗叶轮双端折边叶片结构的设计方法，其特 征在于:叶轮叶片出口宽度匕由以下公式确定： (a) 叶轮折边上叶片出口宽度b2i由以下公式确定：(b) 叶轮折边下叶片出口宽度b22由以下公式确定：式中： b21-上叶片出口宽度，m; b22-下叶片出口宽度，m; D2-叶轮出口直径，m; η-车专速，rev/min; Q一流量，m3/s; Η-扬程，m〇7. 如权利要求1所述一种中高比转速离心栗叶轮双端折边叶片结构的设计方法，其特 征在于:叶轮叶片包角Φ由以下公式确定： (a) 叶轮折边上叶片包角Φ_1由以下公式确定：(b) 叶轮折边下叶片包角物由以下公式确定： 式中：灼一上叶片包角，°; _ 一下叶片包角，°; Do-叶轮进口当量直径，m; D2-叶轮出口直径，m; 一叶片出口安放角，° ; b2-叶轮出口宽度，m。8. 如权利要求1所述一种中高比转速离心栗叶轮双端折边叶片结构的设计方法，其特 征在于:叶轮折边上下叶片之间进出口处对应的弧长大小由以下公式确定： (a) 叶轮折边上下叶片之间进口处对应的弧长h大小由以下公式确定：(b) 叶轮折边上下叶片之间出口处对应的弧长12大小由以下公式确定：式中： ll· 一叶轮折边上下叶片之间进口处对应的弧长，m; 12-叶轮折边上下叶片之间出口处对应的弧长，m; Do-叶轮进口当量当量直径，m; D2-叶轮出口直径，m; 灼一上叶片包角，°; Ψ.1一下叶片包角，°。9.如权利要求1所述一种中高比转速离心栗叶轮双端折边叶片结构的设计方法，其特 征在于:叶轮叶片的进出口处厚度S由以下公式确定： (a) 叶轮折边上叶片进口处厚庶Si由以下公式确奋，(b) 叶轮折边下叶片出口处厚度S2由以下公式确定： 式中：Sn-叶轮折边上叶片进口口处厚度，m; S12-叶轮折边下叶片进口处厚度，m; 521- 叶轮折边上叶片出口处厚度，m; 522- 叶轮折边下叶片出口处厚度，m; D2-叶轮出口直径，m; Do-叶轮进口当量直径，m。
【文档编号】F04D29/24GK105864098SQ201610349981
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】王秀礼, 钟华舟, 朱荣生, 付强, 蔡峥, 王学吉, 钟伟源
【申请人】江苏大学