一种低比转速离心泵叶轮设计方法与流程
本发明涉及一种离心泵叶轮设计方法，具体涉及一种低比转速离心泵叶轮设计方法。
背景技术：
广义的低比转速离心泵，既包括比转速30～80的普通低比转速离心泵，也包括比转速10～30的超低比转速离心泵。叶轮是离心泵设计的核心，国内外学者对低比转速离心泵叶轮提出了多种设计方法，如加大流量法，无过载设计理论，短叶片偏置设计等。这些设计方法或多或少透露出一个信息，传统离心泵设计方法不适合低比转速离心泵设计。叶轮设计是离心泵设计的核心部分，一些非常规的低比转速叶轮设计方法存在各种缺陷，比如加大流量法设计理论中，流量加大系数范围很大，具体系数取值过分依赖经验；无过载设计理论在一定程度上是以牺牲叶轮性能为代价实现的；常规的低比转速离心泵叶轮设计方法主要适用于比转速30～80的普通低比转速离心泵叶轮，对比转速10～30的超低比转速离心泵叶轮往往不适用。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种低比转速离心泵叶轮设计方法，将加大流量设计方法改进为依据叶轮进口直径修正系数、叶轮外径修正系数和出口宽度修正系数进行设计。依据大量统计值，给出不同比转速下，叶轮进口直径修正系数、出口角和包角等参数的经验修正值。该设计方法直接根据设计值设计，而无须按照加大流量法中范围很大的流量放大系数来改变设计值进行设计，同时既适用于比转速30～80的普通低比转速离心泵叶轮，也适用于比转速10～30的超低比转速离心泵叶轮。实现上述目的所采用的技术方案：利用以下几个关系式来确定叶轮的主要几何参数，主要包括轮毂直径Dh,叶轮进口直径D1，叶轮外径D2，出口宽度b2，叶片出口安放角β2，包角φ。
实现上述目的所采用的设计方法是：一种低比转速离心泵叶轮设计方法，提供了低比转速离心泵叶轮的几何参数设计依据，包括轮毂直径Dh,叶轮进口直径D1，叶轮外径D2，出口宽度b2，叶片出口安放角β2，包角φ，叶轮主要几何参数与泵性能参数之间适合以下关系：
K1＝-0.85ln(ns)+8 (1)
K2＝-10ln(ns)+54 (4)
Kb2＝0.75(ns/100)0.65 (6)
b2＝Kb2(Q/n)0.3 (7)
β2＝arctan(0.95Q-0.49H1.32n-1.05) (8)
式中：K1——叶轮进口直径修正系数；
ns——比转速，取值范围为10～80；
Dj——叶轮进口当量直径，米；
Q——设计流量，米3/秒；
n——叶轮转速，转/分；
D1——叶轮进口直径，米；
Dh——轮毂直径，由叶轮实际结构决定，米；
K2——叶轮外径修正系数；
D2——叶轮外径，米
Kb2——出口宽度修正系数；
b2——出口宽度，米；
β2——叶片出口安放角，度；
H——设计扬程，米；
φ——包角，度。
在本发明的具体实施例子中，对叶轮进口直径修正系数K1给出修正值：
10≤ns≤20，5.6≤K1≤6.0；
20＜ns≤30，5.3≤K1＜5.6；
30＜ns≤50，4.8≤K1＜5.3；
50＜ns≤80，4.3≤K1＜4.8；
当依据公式(1)计算得到的叶轮进口直径修正系数K1在给定范围内时，四舍五入保留小数点后一位即可；当K1计算值不在给定范围内时，大于上限值直接取上限值，小于下限值直接取下限值。
在本发明的具体实施例子中，对叶片出口安放角β2给出修正值：
10≤ns≤20，35°≤β2≤40°；
20＜ns≤30，30°≤β2＜35°；
30＜ns≤50，25°≤β2＜30°；
50＜ns≤80，20°≤β2＜25°；
当依据公式(8)计算得到的叶片出口安放角β2在给定范围内时，四舍五入保留整数即可；当叶片出口安放角β2计算值不在给定范围内时，大于上限值直接取上限值，小于下限值直接取下限值。
在本发明的具体实施例子中，对包角φ给出修正值：
10≤ns≤20，180°≤φ≤200°；
20＜ns≤30，160°≤φ＜180°；
30＜ns≤50，135°≤φ＜160°；
50＜ns≤80，110°≤φ＜135°；
当依据公式(9)计算得到的包角φ在给定范围内时，四舍五入保留整数即可；当包角φ计算值不在给定范围内时，大于上限值直接取上限值，小于下限值直接取下限值。
在本发明的具体实施例子中，考虑到工艺限制，出口宽度b2最小值取4mm。
在本发明的具体实施例子中，叶轮叶片数为4～6片，比转速ns小者取大值。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的低比转速离心泵叶轮设计方法有如下优点：本发明通过叶轮进口直径修正系数、叶轮出口直径修正系数和出口宽度修正系数公式，快速得到符合给定比转速的叶轮几何参数设计值；给出了部分参数依据大量试验值得到的经验修正值；出口宽度考虑了工艺限制，给定最小值；扩大了低比转速离心泵叶轮的设计范围，提高了叶轮设计的可靠性。
附图说明
图1是本发明一个实施例的低比转速离心泵叶轮轴面图。
图2是同一个实施例的叶轮叶片位置图。
图中：1.轮毂直径Dh,2.叶轮进口直径D1，3.叶轮外径D2，4.出口宽度b2，5.叶片出口安放角β2，6.包角φ。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
图1是本发明一个实施例的低比转速离心泵叶轮轴面图。图2是同一个实施例的叶轮叶片位置图。
本发明利用以下几个参数来设计和确定低比转速离心泵叶轮的形状，主要包括：轮毂直径Dh(1),叶轮进口直径D1(2)，叶轮外径D2(3)，出口宽度b2(4)，叶片出口安放角β2(5)，包角(6)，叶轮主要几何参数与泵性能参数之间适合以下关系：
K1＝-0.85ln(ns)+8 (1)
K2＝-10ln(ns)+54 (4)
Kb2＝0.75(ns/100)0.65 (6)
b2＝Kb2(Q/n)0.3 (7)
β2＝arctan(0.95Q-0.49H1.32n-1.05) (8)
式中：K1——叶轮进口直径修正系数；
ns——比转速，取值范围为10～80；
Dj——叶轮进口当量直径，米；
Q——设计流量，米3/秒；
n——叶轮转速，转/分；
D1——叶轮进口直径，米；
Dh——轮毂直径，由叶轮实际结构决定，米；
K2——叶轮外径修正系数；
D2——叶轮外径，米
Kb2——出口宽度修正系数；
b2——出口宽度，米；
β2——叶片出口安放角，度；
H——设计扬程，米；
φ——包角，度。
在大量试验统计的基础上，依据比转速，对部分参数给出经验修正值。
叶轮进口直径修正系数K1经验修正值：
10≤ns≤20，5.6≤K1≤6.0；
20＜ns≤30，5.3≤K1＜5.6；
30＜ns≤50，4.8≤K1＜5.3；
50＜ns≤80，4.3≤K1＜4.8；
当依据公式(1)计算得到的叶轮进口直径修正系数K1在给定范围内时，四舍五入保留小数点后一位即可；当K1计算值不在给定范围内时，大于上限值直接取上限值，小于下限值直接取下限值。
叶片出口安放角β2(5)经验修正值：
10≤ns≤20，35°≤β2≤40°；
20＜ns≤30，30°≤β2＜35°；
30＜ns≤50，25°≤β2＜30°；
50＜ns≤80，20°≤β2＜25°；
当依据公式(8)计算得到的叶片出口安放角β2(5)在给定范围内时，四舍五入保留整数即可；当叶片出口安放角β2(5)计算值不在给定范围内时，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)经验修正值：
10≤ns≤20，180°≤φ≤200°；
20＜ns≤30，160°≤φ＜180°；
30＜ns≤50，135°≤φ＜160°；
50＜ns≤80，110°≤φ＜135°；
考虑到工艺限制，出口宽度b2(4)最小值取4mm。
依据经验统计，推荐的叶轮叶片数为4～6片，比转速ns小者取大值；当对离心泵汽蚀性能要求较高时，叶片数统一取4片。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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