本发明属于多级泵的技术领域,特别涉及一种单管立式长轴多级泵用空间导叶的设计方法。
背景技术：
单管立式长轴多级泵属于离心泵的一种，是在液下泵的基础上改进而来，使其性能大大高于液下泵，同时使运行时的平稳性更强。该泵可以用来输送清水、雨水、氧化铁皮水、污水、具有腐蚀性的工业废水、海水等液体。其广泛用于自来水公司、污水处理厂、电厂、钢铁厂、矿山、石油化工等工矿企业，以及市政给排水、防洪排涝等工程，大大适应了国内市场的需求。
单管立式长轴多级泵的吸入口垂直向下，出口水平，单基础安装，水泵和电机直联，因此，基础占地面积小。此外，泵进口装有滤网，开孔大小适当，既有效地防止大颗粒杂质进入泵内损坏水泵，同时又最大限度地减少了进口损失，提高了水泵效率。。并且，其充分考虑了空间导叶的抗磨蚀性能，叶轮前后盖板均设有可更换的密封环，保护空间导叶体，使空间导叶等零件的寿命大大提高。由于空间导叶对液体流态的平稳性也有较大影响，因此对其优化设计十分必要。
专利号为201510392603.5号的专利中公开了一种用于立式安装长轴泵的新空间导叶体装置，它包括导叶外壳及其内部中心设置的导叶内壳；导叶外壳与导叶内壳之间设置有空间导叶叶片；导叶内壳中心设置有导叶轴套；导叶外壳为旋转体壳体，其靠近安装法兰一端的壳壁光滑向内凹陷呈一圈凹陷圆弧面；其与导叶轴套连接处呈光滑过渡；安装法兰的外径不大于导叶外壳的最大外径；叶片导入端的宽度小于叶片导出端。它降低了整体外径，保持了原有功率效果，不影响立式长轴泵的运行性能，其结构简单可靠，生产成本低，提高了长轴泵安装范围，提高了施工效率。专利号为201310255271.7号的中国发明专利中公开了一种错列式离心泵空间导叶体，该空间导叶体由上导叶、下导叶、固定叶、轮毂体和壳体构成。空间导叶体的上导叶和下导叶是由采用传统的方法设计而成的空间导叶叶片沿其中间流线所截上下部分得到，是三维扭曲叶片，同时使上导叶和下导叶错列均匀分布，在圆周方向，上导叶位于其相邻两个下导叶的中部附近。上导叶固定在壳体上，下导叶固定在轮毂体上。本发明通过上、下导叶错列均匀布置来改善空间导叶流道中流体的流动状态，使空间导叶体出口压力、速度分布更为均匀，二次流、轴向旋涡区域明显减少，从而使泵出口与压力脉动降低，减振降噪效果明显。然而，其上所述专利仅仅说明了优化方案，并没有提供完善准确的设计公式。专利号为201420352066.2号的中国发明专利中公开了一种具有消涡减阻孔的空间导叶，其是一种用于深井离心泵或者其他形式多级离心泵的具有消涡减阻孔的空间导叶，在空间导叶的每个叶片的根部，靠近下盖板侧，布置1～3个相同尺寸的半圆孔，消涡减阻孔贯穿导叶的压力面和吸力面，呈倾斜状。本发明结构简单，便于加工，高速液流从压力面经消涡减阻孔流至吸力面，能够冲散在吸力面附近滞留的低速液体，能够有效的改善导叶吸力面贴近下盖板区域的流动形态，降低产生二次流和旋涡的可能性，减少水力损失，显著提高导叶的过流效率。
技术实现要素：
针对以上所述存在的不足之处，本发明人发明了一种单管立式长轴多级泵用空间导叶的设计方法，不仅给出了主要设计参数系统准确的设计方案，而且可以将其与计算机结合运用，使参数化设计成为可能。
通过优化空间导叶轴向长度、空间导叶冲角、空间导叶叶片包角、空间导叶叶片进口排挤系数、空间导叶进口安放角等相关参数来达到提高泵运行的可靠性和高效性，从而延长泵的使用寿命和检修周期。
为了解决上述问题，本发明给出了一种单管立式长轴多级泵用空间导叶的设计方法。给出了单管立式长轴多级泵的流量Q、单管立式长轴多级泵的扬程H、单管立式长轴多级泵的叶轮直径D0，单管立式长轴多级泵的比转速ns，单管立式长轴多级泵叶轮叶片数Z1，计算出空间导叶的主要几何参数：包括空间导叶轴向长度L、空间导叶冲角Δα、空间导叶叶片包角ψ、空间导叶叶片进口排挤系数ψ3、空间导叶进口安放角α3、空间导叶出口外径D1、空间导叶出口内径D2、空间导叶进口内径D3、空间导叶进口外径D4、空间导叶出口安放角α4、空间导叶后盖板出口圆角半径R1、空间导叶前盖板出口圆角半径R2、空间导叶前盖板进口圆角半径R3、空间导叶后盖板进口圆角半径R4、空间导叶叶片数Z2，以改善流动达到提高泵的稳定性和安全性。
实现上述目的所采用的技术方案是：
1、空间导叶轴向长度L、空间导叶冲角Δα、空间导叶叶片包角ψ的计算公式为：
ψ＝2833Q+54.1H-631.7Q2-24.71QH-0.2334H2 (3) 式中：
L—空间导叶轴向长度，米；
Δα—空间导叶冲角,度；
ψ—空间导叶叶片包角，度；
D0—单管立式长轴多级泵的叶轮直径，米；
Q—单管立式长轴多级泵的流量，米3/秒；
H—单管立式长轴多级泵的扬程，米。
2、空间导叶叶片进口排挤系数ψ3的计算公式为：
式中：
ψ3—空间导叶叶片进口排挤系数；
ns—单管立式长轴多级泵的比转速。
3、空间导叶进口安放角α3的计算公式为：
式中：
α3—空间导叶进口安放角，度；
Δα—空间导叶冲角,度。
4、空间导叶出口外径D1、空间导叶出口内径D2的计算公式为：
式中：
D1—空间导叶出口外径,米；
D2—空间导叶出口内径，米；
D0—单管立式长轴多级泵的叶轮直径，米。
5、空间导叶进口内径D3、空间导叶进口外径D4的计算公式为：
式中：
D3—空间导叶进口内径，米；
D4—空间导叶进口外径，米；
D0—单管立式长轴多级泵的叶轮直径，米。
6、空间导叶出口安放角α4的计算公式为：
α4＝1.385e4sin(1.266Q+0.343)+1.377e4sin(1.27Q+3.48) (10)
式中：
α4—空间导叶出口安放角，度；
Q—单管立式长轴多级泵的流量，米3/秒。
7、空间导叶后盖板出口圆角半径R1、空间导叶前盖板出口圆角半径R2的计算公式为：
式中：
R1—空间导叶后盖板出口圆角半径，米；
R2—空间导叶前盖板出口圆角半径，米；
D0—单管立式长轴多级泵的叶轮直径，米。
8、空间导叶前盖板进口圆角半径R3、空间导叶后盖板进口圆角半径R4的计算公式为：
式中：
R3—空间导叶前盖板进口圆角半径，米；
R4—空间导叶后盖板进口圆角半径，米；
D0—单管立式长轴多级泵的叶轮直径，米。
9、空间导叶叶片数Z2的计算公式为：
式中：
Z2—空间导叶叶片数；
Z1—单管立式长轴多级泵叶轮叶片数。
本发明专利叶片为791翼形。
由以上步骤可以得到相对完善准确的单管立式长轴多级泵用空间导叶的主要几何参数的设计方法。
本发明的有益效果为：
该设计方法不同于传统经验法，本发明对空间导叶轴向长度、空间导叶冲角、空间导叶叶片包角、空间导叶叶片进口排挤系数、空间导叶进口安放角、空间导叶出口外径、空间导叶出口内径、空间导叶进口内径、空间导叶进口外径、空间导叶出口安放角、空间导叶后盖板出口圆角半径、空间导叶前盖板出口圆角半径、空间导叶前盖板进口圆角半径、空间导叶后盖板进口圆角半径、空间导叶叶片数等参数进行一定比例的调整，减少空间导叶的水力冲撞损失，大大改善了液体流态的稳定性，从而在一定程度上提高了单管立式长轴多级泵运行的稳定性、高效性和经济性。
附图说明
图1是一种单管立式长轴多级泵用空间导叶的结构图。
具体实施方法
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明通过以下几个公式来确定一种单管立式长轴多级泵用空间导叶的主要几何参数，包括：空间导叶轴向长度L、空间导叶冲角Δα、空间导叶叶片包角ψ、空间导叶叶片进口排挤系数Ψ3、空间导叶进口安放角α3、空间导叶出口外径D1、空间导叶出口内径D2、空间导叶进口内径D3、空间导叶进口外径D4、空间导叶出口安放角α4、空间导叶后盖板出口圆角半径R1、空间导叶前盖板出口圆角半径R2、空间导叶前盖板进口圆角半径R3、空间导叶后盖板进口圆角半径R4、空间导叶叶片数Z2等。
此实施例是在给定设计工况流量Q、设计工况扬程H、设计工况比转速ns、单管立式长轴多级泵的叶轮直径D0、单管立式长轴多级泵叶轮叶片数Z1来计算一种单管立式长轴多级泵用空间导叶的主要几何参数：
ψ＝2833Q+54.1H-631.7Q2-24.71QH-0.2334H2 (3)
ψ3＝5.77e-8ns1.973+0.7873 (4)
α4＝1.385e4sin(1.266Q+0.343)+1.377e4sin(1.27Q+3.48) (10)
以本发明为例：
当Q＝0.042m3/s,H＝24m,ns＝2950r/min,Z1＝6，D0＝150mm时，
可得，L＝95.4m,Δα＝5°,ψ＝90°，Ψ3＝0.85，α3＝22.7°，D1＝150mm,
D2＝45mm,D3162mm,D4＝221mm,α4＝90°，R1＝45mm,R2＝49mm,
R3＝43mm,R4＝51mm,Z2＝7。
因此，本发明给出的单管立式长轴多级泵用空间导叶设计方法比传统经验法得出的水力损失更为可靠，其他各部分水力损失算法同理。
本发明采用精确的公式设计法进行一种单管立式长轴多级泵用空间导叶的主要几何参数的设计，由于本发明的设计方法不同于传统的经验法，故能有效提高泵的稳定性，同时延长了泵的使用寿命和维修周期。不仅如此，其还具有良好的经济效应，更有利于与计算机结合运用，使参数化设计成为可能。
综上所述，为本发明专利参照实施例做出的具体说明，但是本发明并不局限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其他实施例以及变形例。