专利名称：一种高效节能两相流离心泵叶片型线参数的确定方法
技术领域：
本发明涉及一种高效节能两相流离心泵叶片型线参数的确定方法，是在离心泵设计阶段，提供了能够获得由一组与最低限度的脱流损失相对应的(两相流)离心泵流线型叶片型线参数的方法，适用于在垂直于叶轮主轴的截面上的离心泵叶轮型线及其参数确定；适用于可以简化成柱状叶片的“两相流”离心泵叶轮型线及其参数确定。
背景技术：
目前“公知”的两相流离心泵(包括离心泵)叶轮水力参数的确定方法，普遍采用传统的离心泵水力参数设计法或叫经验法，确定叶片型线(如“变角螺旋线”，“对数螺旋线”等)和相关的水力参数(如入口直径D1，入口安装角β1，入口宽度b1，出口直径D2，出口安装角β2，出口宽度b2，然后验算是否满足所给工况条件。
传统的离心泵水力参数的设计，主要基于理想流体的假设条件而不考虑流体的粘性。因此，它只能计算速度不能计算流体与壁面间的阻力，更不能在参数设计阶段分析流体的流动损失。欲获得离心泵高效优秀的水力模型，只能借助于经验或可比资料。当工况条件差距较大时，要获得理想的水力模型是很困难的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已由技术的不足而提供一种最大限度地减少或消除“脱流损失”，同时又使得因脱流而造成的固体颗粒的局部冲击磨损响应地减少，获得了减磨效果的高效节能两相流离心泵叶片型线参数的确定方法。
本发明的目的可以通过如下措施来达到一种高效节能两相流离心泵叶片型线参数的确定方法，其特征在于其包括如下步骤根据工况条件，输入已知参数流量Q，扬程H，介质的质量浓度Cm，泵的转速n；初选叶轮的相关参数入口直径D1(2r1)，叶轮出口直径D2(2r2)，叶片数Z，叶片的厚度S，入口安装角β1，入口宽度b1，出口宽度b2；赋初值叶片弯曲系数Kv0＝2.00-5.00，步长ΔKv的取值范围是-0.1至-0.3；根据下列方程与方法，确定叶片型线弯曲系数Kv及叶片型线参数r、θ1.取叶片弯曲系数初始值Kv0
Kv0＝2.00-5.00 (1a)Kv＝Kv0(1b)r=r1[Crsinβ]Kv---(1c)]]>θ＝Kv(cotβ+β-Cθ)(1d)Cr＝ξsinβ1(1e)Cθ＝ξ(cotβ1+β1)(1f)2.计算边界层厚度δ2 w0=1rsinβCq---(2b)]]>ηv＝0.853+0.0241nns(2c)ns=3.65nQH0.75---(2d)]]>
kδ=1/163·375---(2g)]]>ψ＝CmKv(2h)δ22=δ2j2=v0.47w06exp[∫w01w0ψkδw0dw0]×{∫0xw05exp[∫w01w0(-ψkδw0)dw0]dx}---(2i)]]>3.计算第一因子Kdw0dx=-1r2[1-1Kv]Cq---(3a)]]>
K=δ22vdw0dx---(3b)]]>4.计算形状因子ΛΛ＝K(1078.6K2+164.8K+75.8)(4)5.计算固相扰动系数KψKψ＝1+CmKv(5)6.边界层分离点的位置估算条件判断若如下条件满足，即|KψΛ-M1lim|≤εm(6)计算结束(成功)，输出计算结果Kv、r、θ；若(6)条件不满足，重新取Kv＝Kv1＝Kv0+ΔKv，返回重新计算，条件满足计算结束(成功)，输出计算结果Kv、r、θ；若条件还不满足，继续重新取Kv＝Kvj＝Kvj-1+ΔKv(j＝1，2...m)，返回重新计算，直至条件判断式(6)满足为止，计算结束(成功)，输出计算结果Kv、r、θ；上式中Cr、Cθ为由叶轮的入口安装角确定的系数，Cq为流量系数，ξ为考虑边界层排挤效应的系数，其值在0.6100-1.275中试取；r为叶片的极半径；θ为极角；β叶片安装角，Kv为弯曲系数；v为介质的运动黏度，可由规范中查出；w0为叶轮内势流场的速度；M1lim为界限值，从10.5-11.5任意选取；εm为计算精度要求值，取εm＝0.0001；δ2为叶片压力面两相流边界层动量损失厚度；ψ为与介质浓度相关的系数；为流量排挤系数。
本发明同已有技术相比可产生如下积极效果本发明针对已有技术的问题给出了一种取消理想流体假设条件来确定离心泵叶片型线参数的方法，从而获得了用粘性流理论确定的两相流离心泵叶片型线参数的方法，本发明是在考虑流体粘性的条件下，以离心泵内固液两相流体为研究对象，通过流体与过流壁面间的阻力关系，将过流部件的边界层分离点移向下游，最大限度地减少或消除“脱流损失”，同时又使得因脱流而造成的固体颗粒的局部冲击磨损相应的减少，获得了减磨效果。
本发明弯曲系数Kv的设计是依据于最小脱流损失条件进行的，描述了由一组与最低限度的脱流损失相对应的叶片型线参数所构成的流线型叶片。
本发明的方法与“公知”的传统的方法相比，能够获得在不同工况条件下的具有与最小脱流损失相对应的叶片型线参数，能够在离心泵叶轮的方案设计阶段评价或估算其水力性能，与传统的获得优秀水力模型必需靠大量的实验对比才能确定相比教，本发明的技术方案能较容易的，短周期的获得无脱流损失的水力模型。
总之，本发明根据给定的工况条件，在离心泵设计阶段，实现了由一组与最低限度的脱流损失相对应的叶片型线参数的方法。
具体实施例方式下面结合附图
对本实用新型的最佳实施方式作详细说明实施例1一台渣浆泵，输送的介质为细沙和水混合液，质量浓度Cm不超过40％，其设计要求见表1。
表1性能参数表
①根据相关标准选择叶轮入口参数，叶轮出口直径的初始值和叶片数、叶片厚度，结果见表2。
表2叶轮相关参数
②弯曲系数Kv的确定叶片型线参数方程为r=r1[Crsinβ]Kv]]>
θ＝Kv(cotβ+β-Cθ)式中，r1＝0.5D1＝75mm，为叶片入口半径；Cr，Cθ为由叶轮的入口条件确定的系数，本算例Cr＝0.642 8ξ，Cθ＝1.889 9ξ，其中，ξ＝1.0000；本算例取Cm＝40％，M1lim＝11.0，εm＝0.0001；两相流体的运动黏度(与流体的质量浓度有关)v，当质量浓度Cm＝40％时，由规范中查得v＝0.0505×10-4m2/s；叶片弯曲系数的初始值取Kv0＝2.00，步长的范围ΔKv＝-0.15。
通过离心泵固液两相流的边界层分离点的位置分析，依据无脱流损失条件|KψΛ-M1lim|≤εm，可得本实施例的设计结果为Kv＝1.40。
其计算过程参见计算表1计算表1
实施例2一台渣浆泵，输送的介质为细沙和水混合液，质量浓度Cm不超过30％，其设计要求见表3。
表3性能参数表
①根据相关标准选择叶轮入口参数，叶轮出口直径的初始值和叶片数，结果见表4。
表4叶轮参数
②弯曲系数Kv的确定.。
叶片型线方程为r=r1[Crsinβ]Kv]]>θ＝Kv(cotβ+β-Cθ)式中，r1＝0.5D1＝75mm，为叶片入口半径；Cr，Cθ为由叶轮的入口条件确定的系数，本算例Cr＝0.642 8ξ，Cθ＝1.889 9ξ，其中，ξ＝1.0000；本算例取Cm＝30％，M1lim＝-11.0，εm＝0.00001；b1＝58mm，b2＝45mm；两相流体的运动黏度(与流体的质量浓度有关)v，当质量浓度Cm＝30％时，由规范中查得v＝0.0448×10-4m2/s；叶片弯曲系数的初始值取Kv0＝2.30，控制步长取ΔKv＝-0.15。
通过离心泵固液两相流的边界层分离点的位置分析，依据无脱流损失条件|KψΛ-M1lim|≤εm，可得本实施例的设计结果为Kv＝1.25。
其计算过程参见计算表2。
计算表权利要求
1.一种高效节能两相流离心泵叶片型线参数的确定方法，其特征在于其包括如下步骤①根据工况条件，输入已知参数流量Q，扬程H，介质的质量浓度Cm，泵的转速n；②初选叶轮的相关参数入口直径D1(2r1)，叶轮出口直径D2(2r2)，叶片数Z，叶片的厚度S，入口安装角β1，入口宽度b1，出口宽度b2；③赋初值叶片弯曲系数Kv0＝2.00-5.00，步长ΔKv的取值范围是-0.1至-0.3；④根据下列方程与方法，确定叶片型线弯曲系数Kv及叶片型线参数r、θ1.取叶片弯曲系数初始值Kv0Kv0＝2.00-5.00 (1a)Kv＝Kv0(1b)r=r1[Crsinβ]Kv---(1c)]]>θ＝Kv(c0tβ+β-Cθ) (1d)Cr＝ξsinβ1(1e)Cθ＝ξ(cotβ1+β1) (1f)
2.计算边界层厚度δ2 w0=1rsinβCq---(2b)]]>ηv＝0.853+0.0241nns(2c)ns=3.65nQH0,75---(2d)]]> b=b2-b1r2-r1(r-r1)+b1---(2f)]]>kδ=1/163·375---(2g)]]>ψ＝CmKv(2h)δ22=δ2j2=v0.47w06exp[∫w01w0ψkδw0dw0]×{∫0xw05exp[∫w01w0(-ψkδw0)dw0]dx}---(2i)]]>
3.计算第一因子Kdw0dx=-1r2[1-1Kv]Cq---(3a)]]>K=δ22vdw0dx---(3b)]]>
4.计算形状因子ΛΛ＝K(1078.6K2+164.8K+75.8)(4)
5.计算固相扰动系数KψKψ＝1+CmKv(5)
6.边界层分离点的位置估算条件判断若如下条件满足，即|KψΛ-M1lim|≤εm(6)计算结束(成功)，输出计算结果Kv、r、θ；若(6)条件不满足，重新取kv＝Kv1＝Kv0+ΔKv，返回重新计算，条件满足计算结束(成功)，输出计算结果Kv、r、θ；若条件还不满足，继续重新取Kv＝Kvj＝Kvj-1+ΔKv(j＝1，2...m)，返回重新计算，直至条件判断式(6)满足为止，计算结束(成功)，输出计算结果Kv、r、θ；上式中Cr、Cθ为由叶轮的入口安装角确定的系数，Cq为流量系数，ξ为考虑边界层排挤效应的系数，其值在0.6100-1.275中试取；r为叶片的极半径；θ为极角；β叶片安装角，Kv为弯曲系数；v为介质的运动黏度，可由规范中查出；w0为叶轮内势流场的速度；M1lim为界限值，从10.5-11.5任意选取；εm为计算精度要求值，取εm＝0.0001；δ2为叶片压力面两相流边界层动量损失厚度；ψ为与介质浓度相关的系数；为流量排挤系数。
全文摘要
本发明公开了一种高效节能两相流离心泵叶片型线参数的确定方法，其特征在于根据已知参数及初选参数，并取叶片弯曲系数初始值K
文档编号F04D29/18GK1811195SQ20051010470
公开日2006年8月2日 申请日期2005年12月31日 优先权日2005年12月31日
发明者朱玉才, 于京诺, 王保卫, 顾九春, 王亮申, 曲衍国 申请人:朱玉才