一种叶轮偏心放置离心泵多工况水力设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种叶轮偏心放置平衡径向力的核主泵压水室设计方法，特别涉及一种叶轮偏心放置离心泵多工况水力设计方法。它具有前后盖板，是一种闭式混流式叶轮，叶轮相对于基圆中心偏心放置。本发明利用以下几个关系式来确定叶轮压水室的主要几何参数和径向力轴向力的计算公式，主要包括：压水室基圆直径、压水室进口宽度、压水室截面圆弧段半径、压水室截面直线段高度、扩散管对应角、偏心角、叶轮偏心距e、径向力、轴向力T等。本发明在通过采用本发明设计的叶轮偏心放置的方法而制造的离心泵，可以很好地抵消一部分径向力，使离心泵在非工况点能高效工作。
【专利说明】—种叶轮偏心放置离心泵多工况水力设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种叶轮偏心放置离心泵设计方法，特别涉及一种叶轮偏心放置离心泵多工况水力设计方法。
【背景技术】
[0002]泵是一种应用非常广泛的通用机械，种类甚多、国内要求非常巨大，而且据有关部门统计泵类产品耗能约占全社会总能耗的21%。离心泵是其中应用最多的产品，约占总数70%。目前大多数离心泵仅能在设计工况点高效运转，在非设计工况点效率低下，而实际情况中离心泵大多运行在非设计工况下。在全社会倡导节约能源的今天必须改变这种状况，因而基于多工况水力设计和优化方法的离心泵水力设计方法尤为重要。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明提供了一种叶轮偏心放置离心泵多工况水力设计方法。通过采用本发明设计的叶轮偏心放置离心泵多工况水力设计方法，可以很好地抵消一部分径向力，使离心泵在非工况点能高效工作。
[0004]实现上述目的所采用的技术方案是:
叶轮偏心放置离心泵主要结构参数与不同工况点性能参数之间适合以下几个等式的关系:
(I)^ = FMP[0179n%f^(0.m75n}MP +1.045)(^)^
,MP1 MP
AFi = F-F, ±
AF = max ( Δ F1, Δ F2,…，Δ Fi***, Δ Fn)
Fi = P gkKHD2B2
D2 =(tan β2 Γ°252 (I + ^l)0.45
h = 0.__032ie=j^|f C1^r496
BEP
式中:FBEP—最优效率工况点径向力，N ； nsBEP—最优效率工况点比转速；
Qbep—最优效率工况点流量，m3/S ；
Hbep—最优效率工况点扬程，m ；
D2bep—按速度系数法设计的最优效率工况点叶轮外径，mm ；
Fi i一传统设计方法的第i个工况点径向力，N ；
ΛFi—第i个工况点要求的径向力和传统设计的差值，N ； η一离心泵转速，r/min ；D2一叶轮外径，mm ；b2—叶轮出口宽度，mm ;
P 一工作介质密度，kg/m3 ；
g—重力加速度，m/s2 ；
k一偏心修正系数，取k = 0.8?0.9 ;
K 一离心泵径向力多工况修正系数，取[=—0.24.+°.22^β kQ^k=°.2β?β=ft
H一尚心栗扬程，m ；
D2—离心泵叶轮外径，mm ；
B2—包括盖板的叶轮出口宽度，mm ；
(2)压水室基圆直径D3D3 = (1.60 ?1.85) D2
式中:D3—压水室基圆直径，mm ；
D2一叶轮外径，mm ；
(3)压水室进口宽度匕b3 = (1.35 ?1.85) b2
式中:b3—压水室进口宽度，mm;b2—叶轮出口宽度，mm ;
(4)压水室截面形状 P
一 g?
F = (hXb3+0.5Jir2) Χ1(Γ6h/r = 0.28 ?0.34
式中:F—压水室截面面积，m2 ；
Q一尚心泵流量，m3/S ；
V3—压水室断面平均流速，m/s ；
k3—速度系数，取k3 = 0.31?0.33，比转速较大者取小值；g—重力加速度，m/s2 ；
H一尚心栗扬程，m ；h—压水室直线段高度，mm ；r一压水室截面圆弧段半径，mm ；
(5)扩散管对应角ΘΘ = 30。?80。
式中:Θ—扩散管对应角，° ;
(6)偏心角Ψ
φ= (0.4 ?0.6)^
式中:Ψ一偏心角，° ; Θ—扩散管对应角，° ;
(7)偏心距e的确定:
e = (0.1 ?0.4) (D3-D2)
式中:
e一叶轮偏心距，mm ；
D3一压水室基圆直径，mm ；
D2一叶轮外径，mm ；
(8)轴向力T
轴向力可由实验测量得到，其满足以下公式:
T1 = K' k' P gH Ji (Rm2-Rh2)
T2 = Fi+F2
T = I\+T2
式中:
T 一轴向力，N;
T1 一工质流动产生的轴向力，N ；
K' 一离心泵轴向力多工况修正参数，取r1 = (0.92 ~ 0.96) Si ；
V —系数，当比转速在220?440之间，取V =0.8?0.9;
P 一工作介质密度，kg/m3 ； g—重力加速度，m/s2 ；
H一尚心栗扬程，m ；
Rm一叶轮密封环半径，mm ；
Rh—叶轮轮毂半径，mm ；
T2—叶轮立式布置产生的轴向力，N ；
F1—叶轮重力，N;
F2—叶轮流道内工质重力，N ；
根据以上步骤，我们可以得到一种叶轮偏心放置离心泵多工况水力设计方法。
[0005]本发明的有益效果是:通过采用本发明设计的叶轮偏心放置的方法而制造的离心泵，可以很好地抵消一部分径向力，使离心泵在非工况点能高效工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是本发明一个实施例的叶轮压水室简图。
[0007]图2是本发明一个实施例的压水室水力图。
[0008]图3是本发明一个实施例的叶轮轴面投影图。
[0009]图4是本发明一个实施例的压水室截面图。
[0010]图中:1.压水室基圆直径D3, 2.叶轮外径D2, 3.包括盖板的叶轮出口宽度B2,4.叶轮密封环半径Rm，5.叶轮轮毂半径Rh，6.叶轮偏心距e，7.扩散管对应角θ，8.偏心角沪，
9.压水室进口宽度b3，10.压水室截面圆弧段半径r，11.压水室截面直线段高度h。
【具体实施方式】
[0011]图1、图2和图3共同确定了这个实施例的叶轮压水室形状，叶轮相对于基圆中心偏心放置。本实施例在实践中可以很好地抵消一部分径向力，使离心泵在非工况点能高效工作，满足用户对安全性的需求。本发明利用以下几个关系式来确定叶轮压水室的主要几何参数和径向力轴向力的计算公式，主要包括:压水室基圆直径D3、压水室进口宽度b3、压水室截面圆弧段半径r、压水室截面直线段高度h、扩散管对应角Θ、偏心角炉..叶轮偏心距e、径向力F、轴向力T等。此处以某型泵为例说明:主要参数流量Q:17886m3/h、扬程H:111.3m、转速 1750r/min。
[0012]关系式如下:
^ = ^αρ[0Λ79η%^, ^ (0.0075 +1.045 )φ^) ^ α.49λ^2)(.^)2 ] AFi = F-F, ±
AF = max ( Δ F1, Δ F2,…，Δ Fi,…，Δ Fn)
Fi = P gkKHD2B2
A = -97A 产 52Ci?严=750mm = =132_
D3 = 1.7D2 = 1275mm
b3 = 1.4b2 = 184mm
QI
P - — =0,261 m‘
V3
Q = 16.4m/s
Θ = 60。
#=0.50 = 30°
e = 0.1 (D3-D2) = 52.5mm
通过采用本发明设计的叶轮偏心放置的方法而制造的离心泵，可以很好地抵消一部分径向力，约为30%左右，使离心泵在非工况点能高效工作，满足用户对安全性的需求。
[0013]以上，为本发明专利参照实施例做出的具体说明，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他实施例或变形例。
【权利要求】
1.一种叶轮偏心放置离心泵多工况水力设计方法，其特征在于，结构参数与不同工况点性能参数之间适合以下几个等式的关系:
式中:Fbep 一最优效率工况点径向力，N ； nsBEP 一最优效率工况点比转速； Q勝一最优效率工况点流量，m3 / S ； H服一最优效率工况点扬程，m ； D爾一按速度系数法设计的最优效率工况点叶轮外径，mm; //一传统设计方法的第i个工况点径向力，N;
—第i个工况点要求的径向力和传统设计的差值，N ； η 一离心栗转速，r/min ； D2 一叶轮外径，mm ；
一叶轮出口宽度，mm; P —工作介质密度，％/m3 ； g—重力加速度，w/7 ； Zr —偏心修正系数，取务二 0.8.?0.9 ； 疋一离心泵径向力多工况修正系数，取[=-ο.24|.+ο.22>α<β;[ = ο.風β = βH 一尚心栗扬程，m;A 一离心泵叶轮外径，nim ；B2 一包括盖板的叶轮出口宽度，mm ；(2)压水室基圆直径^D' = (1.60 ~ 1.85)132式中:D3—压水室基圆直径,mm ；A 一叶轮外径，mm ；(3)压水室进口宽度=(1.35-1.85)?式中一压水室进口宽度，mm;t2 一叶轮出口宽度，mm;(4)压水室截面形状
式中:P —压水室截面面积，Jfl2 ;g —离心泵流量，m3 / S,V3 一压水室断面平均流速，m/s;.fr3—速度系数，取h = 0.31?0.33 ,比转速较大者取小值；S 一重力加速度，m/f ；H 一尚心栗扬程，m;k 一压水室直线段高度，mm;Γ 一压水室截面圆弧段半径,mm ；(5)扩散管对应角沒Θ 二 30:?80。式中β—扩散管对应角(6)偏心角Ψ炉=(0.4 ?0.6)0式中-.Ψ一偏心角，。；0—扩散管对应角，0 ；(7)偏心距e的确定:
e 二(0.1 ?0.4)(?- D2 )式中:S 一叶轮偏心距，mm ； 一压水室基圆直径，mm ；D2 一叶轮外径,mm ；(8)轴向力τ轴向力可由实验测量得到，其满足以下公式:
式中:T一轴向力，N ；T1 一工质流动产生的轴向力，N ；JT 一离心泵轴向力多工况修正参数，取= (0.92-0.96)^ ；
P—系数，当比转速在220?440之间，取F =0.8?0.9 ；P —工作介质密度，? Zffl3 ；S 一重力加速度，m/,y2 ；ff —离心泵扬程，m;Rm 一叶轮密封环半径，mm ；Rk 一叶轮轮毂半径，mm ；T2—叶轮立式布置产生的轴向力，N ；6—叶轮重力，N;
一叶轮流道内工质重力，No
【文档编号】F04D29/22GK104196752SQ201310744627
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】王秀礼, 陈宗良, 付强 申请人:江苏大学