专利名称：小口径高扬程离心泵水力模型的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及小口径高扬程离心泵水力模型。是低比转数、排水口径 25ram、小流量(6raVh)、高扬程，压力达2kg/cm2 (20m)及3. 5kg/cm2 (35m)的 相同流量提高扬程的两种水力模型。主要用于设计制造节能型、高效、高扬程小 口径单级和多级离心水泵,与各种小口径水力设备配套,提高其整机性能，节约 能源、满足无底阀水泵、高层楼供水、高层建筑清洗、农林灌溉、喷洒农药、长 距离可移动性灌溉、小型海水淡化等用途。
背景技术：
在国家标准、- 机部产品样本中没有1" 口径单级离心泵,最小只有1 '〃' 口径单级离心泵产品。今后将随着小口径水力设备的发展，对高效、高扬程系列 离心水泵的需求越来越迫切。
发明内容
本实用新型的主要目的设计小口径高扬程离心泵水力模型,用其设计制
造小口径单级高扬程离心水泵,与无底阅水泵使用的口径r水流喷射真空泵机
组配套，使水泵去掉底阀后,达到效率提高、能耗降低、提高水泵吸程、减少汽 蚀现象、延长使用寿命、减少了繁重的底阀维修、并能保证水泵自动启动运行; 同时将小口径单级高扬程离心泵的水力模型，延伸设计采用，设计制造小口径多 级离心水泵与各种功能小口径水力设备配套，提高其整机设备性能；也可设计制 造的小口径单级和多级离心水泵,单独作为小流量、高压力,水泵之用。
小口径高扬程离心泵水力模型设计的小口径高扬程1" 20型离心泵水力模 型(排水口径25鹏、扬程20m、流量6is7h):小口径高扬程1" 35型离心泵水力 模型(排水口径25鹏、扬程35m、流量6m7h)，两种水力模型，主要技术特征是 小口径(排水口径25咖)、高扬程(20m、 35招)、小流量(6m3/h)、叶轮叶片在低 比转数单级离心泵上，创新采用扭曲叶片的单级离心泵；采用保角变换绘型，准 确绘制扭曲叶片的各条流线;采用嫘旋型涡室将叶轮流出的高速液体收集起来， 同时将液体的-部分动能变为压力能，压出吐出口。
利用小口径高扬程离心泵水力模型设计了与电机直联的1" 20型单级离心 泵(排水口径25鹏、扬程20m、流量6mVh、配套功率1.1千瓦)、1" 35型单级
离心泵(排水口径25mm、扬程35m、流量6m7h、配套功率1.5千瓦)，采用结构 紧凑的电机直联式，电机出轴作为泵轴，与电机联成一体，采用此结构形式，能 够最大限度的减小泵的体积。
本实用新型的工作原理小口径高扬程离心泵水力模型的水力性能主要由 叶轮设计来保证，叶轮叶片入口边从叶轮前盖板斜伸向叶轮后盖板，以减低液体 进入叶轮时的流速、增加吸入口压力，提高泵的抗汽蚀性能；叶轮叶片为扭曲叶 片，叶片包角为130°有利于长流道内叶片与液流的能量交换；扭曲叶片形状比 较复杂，利用保角变换绘型准确保证水力模型的性能；利用速度系数设计各流道 尺寸，保证了水力模型的利用和本实用新型的性能优势；使该实用新型在5毫米 水流宽度的狭窄空间，叶轮直径为128毫米时水流出口压力达到2kg/cm2(20米)； 用此水力模型，在流量不变提高扬程，叶轮直径为180毫米时水流出口压力达到 3.5kg/cm2 (35米)。
本实用新型的目的是这样实现的通过利用小口径高扬程离心泵水力模型， 设计制造高效节能型的l" 口径单级和多级离心泵来实现的。
本实用新型小口径高扬程离心泵水力模型设计是这样完成的取最合理流 道设计的水力模型的创新设计，加大叶轮入口直径，加大泵的吸入口流道、使叶 片入口边斜伸向后盖板处，改变入口水流的流动状况，增加入口水流压力，提高 抗汽蚀性能；同时，将习惯设计由流量较小的泵取^D。(其中Di为叶片入口 边直径，D。为叶轮入口直径)的常规设计改为D,-D。；采用速度系数设计方法， 用速度系数精确确定各叶轮叶片几何尺寸；采用保角变换绘型，将三条流线准确 地在方格网上绘制并确定出口安放角小口径高扬程1" 20型离心泵水力模型为 40° 、小口径高扬程T 35型离心泵水力模型型为50°保证了高扬程性能；为 更新原行业定型设计BA型系列和BZ型系列单级离心泵产品，提高泵效率、节约 能源、节约原材料。
本实用新型的两种叶轮设计是这样完成的小口径高扬程1" 20型离心泵 水力模型吸入口径的确定取叶轮入口速度系数Kv。-0.13m/s叶轮入口直径取 40ram、叶片入口宽度取12咖；取叶轮出口圆周速度系数Ku2=0.98m/s叶轮外径取 128mm、叶轮出口宽度取5mm;用此小口径高扬程1" 20型离心泵水力模型，在 流量不变增加扬程时，小口径高扬程T 35型离心泵水力模型吸入口径取叶轮
入口速度系数Kv尸O. lm/s叶轮入口直径取40咖、叶片入口宽度取12mm、取叶轮 出口圆周速度系数Ku2=0. 95m/s叶轮外径取180咖、叶轮出口宽度取5mm。
本实用新型叶轮创新设计为扭曲叶片单级离心泵，叶片采用保角变换流线 方格网绘型，将叶片的轴面流线绘制均匀变化的三条流线曲线；确定叶片入口和 出口安放角及确定叶轮叶片厚度，小口径高扬程l" 20型离心泵水力模型叶片 中间流线入口安放角为40°出口安放角为40° ,叶片厚度为4.5mm;小口径高 扬程1" 35型离心泵水力模型叶片入口安放角中间流线为38°出口安放角为 50°叶片厚度为4. 5mm。用轴面截线绘制叶片模型图
本实用新型的泵体螺旋型涡室的设计是这样完成的T 20型离心泵水力模 型基圆D3取1.05D2 ("为叶轮外经)为134咖；涡室入口宽度系数取5;舌角 取15° ;涡室流速KV3取0.596确定涡室各断面面积；扩散管取6。 。 l"35型 离心泵水力模型基圆D3取1.05D2 ("为叶轮外经)为188mm;涡室入口宽度系 数取5;舌角取15° ;涡室流速Kv3取0.62确定涡室各断面面积；扩散管取6° 。
本实用新型有附图14张
图l、 1" 20型泵流线方格网
图2、 1" 35型泵流线方格网
图3、 1" 20型泵叶片模型图
图4、 1" 35型泵叶片模型图
图5、 I" 20型泵嫘旋型涡室
图6、 T 35型泵嫘旋型涡室
图7、 1" 20型单级离心泵装配图
图8、 1" 35型单级离心泵装配图
图9、 T 35X5型多级离心泵结构图
图10、 1" PBZ型水流喷射泵机组结构图
图11、 1" PBZ型水流喷射泵机组单台无底阀水泵应用安装图
图12、 1" PBZ型水流喷射泵机组多台无底阀水泵应用安装图
图13、 D25型高压力农药喷洒机结构图
图14、 D25型海水淡化和饮水净化机结构图
如图1所示，小口径高扬程1〃 20型离心泵水力模型流线方格网图，叶片 在轴面投影图上确定的入口边及三条流线，在方格网上进行叶片绘型,.叶片入口 安放角在方格网的同一条纵座标0A上:中间流线1为4(T 、前盖板流线2为3r 、 后盖板流线3为42。，出口安放角4即三条流线汇交于横座标0B、 XEI点上为 40° ，叶片厚度为4.5mm。
如图2所示，小口径高扬程1" 35型离心泵水力模型流线方格网图，叶片 在轴面投影图上确定的入口边及三条流线，在方格网上进行叶片绘型，叶片入口 安放角在方格网的同一条纵座标0A上:中间流线1为38。、前盖板流线2为33。、 后盖板流线3为43。，出口安放角4即三条流线汇交于横座标0B、 XIH点上为 50。，叶片厚度为4.5咖。
如图3所示，小口径高扬程1" 20型离心泵水力模型叶片模型图，将流线 方格网上的叶片绘型得到的轴面投影图1，以及叶片的入口和出口边3、 4及叶 片内外轮廓曲线5、 6在平面图2上的投影及1、 2、 3与1' 、 2' 、 3'各条截 线7的平面投影图，形成叶片模型图。
如图4所示，小口径高扬程1" 35型离心泵水力模型叶片模型图，将流线 方格网上的叶片绘型得到的轴面投影图1，以及叶片的入口和出口边3、 4及叶 片内外轮廓曲线5、 6在平面图上的投影及1、 2、 3、 4与1' 、 2' 、 3' 、 4' 各条截线7的平面投影图，形成叶片模型图。
如图5所示，小口径高扬程1" 20型离心泵水力模型螺旋型涡室，基圆1 取1.05D2=<I>134mm (D2为叶轮外径)，涡室入口宽度2取叶轮宽度加系数5 = 16咖，舌角3 (泵舌安放角)取15° ，涡室断面4面积速度系数取Kv3=0. 596， 求得的1——8各断面4面积而确定各断面尺寸(图5右上角)，扩散管5取6° , 吐出口径取025mm,绘制的嫘旋型涡室工作图。
如图6所示，小口径高扬程1" 35型离心泵水力模型嫘旋型涡室，基圆1 取1.05D2=O188mm (D2为叶轮外径)，涡室入口宽度2取叶轮宽度加系数5 = 16mra，舌角3 (泵舌安放角)取15° ，涡室断面4面积速度系数取Kv3=0. 62,求 得的1一~8各断面4面积而确定各断面尺寸(图6右上角)，扩散管5取6° , 吐出口径取025ram，绘制的螺旋型涡室工作图。
如图7所示，小口径1" 20型单级离心泵装配图，水泵叶轮1的设计是水
力模型的重要部件，配合嫘旋型涡室2的设计即能保证水力模型的性能，泵轴3 用根据设计要求流量为6M7h、扬程为20M、效率为60%计算设计轴功率取为 1.1KW、转速为2900r/min,计算扭力矩所得轴径取为0>20mm、最小为<D16mm, 用1.1KW出轴(电机加长轴)电机4,将泵叶轮1装在电机4出轴3的一端，泵 联接架5与电机4连接为一体。
如图8所示，小口径T 35型单级离心泵装配图，水泵叶轮1的设计是水 力模型的重要部件，配合嫘旋型涡室2的设计即能保证水力模型的性能，泵轴3 用根据设计要求流量为6M7h、扬程为35M、效率为60%、计算设计轴功率取 为1. 5KW、转速为2900r/min，计算扭力矩所得轴径取为020mra、最小为0>16mm， 用1.5KW出轴(电机加长轴)电机4,将泵叶轮1装在电机4出轴3的一端。泵 联接架5与电机4连接为一体。
图9所示，小口径1" 35X5型多级离心泵结构图(l"多级离心泵，单级 扬程35米，、该泵取5级)，流量6m7h、扬程175米的多级离心泵结构图；图中， 1〃 35型水力模型叶轮1、 2、 3、 4、 5,是扩大小口径高扬程T 35型多级离心 泵水力模型应用范围而设计的。
图IO所示，T PBZ型水流喷射泵机组结构图，图中，小口径T 35型单 级离心水泵l、压力表2、阀门3、 l"排水管4、 1"DPB型喷射泵5、喷射扩压 管6、循环水箱7。
图11所示，1" PBZ型水流喷射泵机组单台无底阀水泵应用安装图；图中，
r' PBz型水流喷射泵机组i、 r DPB型喷射泵2、 r真空管3、真空阀4、阀门
5、 1"压力水管6、水泵排水管7、无底阈水泵8。
图12所示，T'PBZ型水流喷射泵机组多台无底阀水泵应用安装图；图中， 1" PBZ型水流喷射泵机组1、 1" DPB型喷射泵2、 1"真空管3、 l" DPB型喷射 泵4、压力水管5、水泵排水管6、无底阀水泵7。
图13所示，D35型高压力农药喷洒机结构图；图中，小口径1"35型多级 离心泵l、储药水箱2、压力表3、阀门4、排药水管5、喷洒器6、移动车盘7。
图14所示，D35型海水淡化和饮水净化机结构图；图中，小口径1"35型 多级离心泵l、海水和饮水输入管2、压力排水管3、电磁阀4、外压式反渗透海 水淡化器5、淡化水和净化水吸水管6、小口径1" 35型单级离心水泵7、淡化
水和净化水排水管8、浓海水排水管9。
具体实施方式
下面结合图1对本实用新型的动态操作进行描述-
图l: l"20型泵流线方格网，作三条流线，从入口安放角(纵座标OA上) 看中间流线1在13.2点上为40。，前盖板流线2在12点上为31° ，后盖板 流线3在14. 2点上为42° ，在轴面VI与平面7处三条流线相交予一点5为48° 逐步过度到在轴面XHI处，出口安放角4为4(r平滑过度，叶片包角10为130° (在图3序号10)。
下面结合图2对本实用新型的动态操作进行描述
图2: 1" 35型泵流线方格网，作三条流线，从入口安放角(纵座标OA上) 看中间流线1在18点上为38。，前盖板流线2在17点上为33。，后盖板流 线3在19. 8点上为43° ，在轴面V与VI中间与平面11处三条流线相交予一点5 为58°逐步过度到在轴面Xffl处，出口安放角4为50°平滑过度，叶片包角IO 为130° (在图4序号10)。
下面结合图3对本实用新型的动态操作进行描述
图3: 1" 20型泵叶片模型图，轴面投影图1中已经确定的叶轮入口直径 40mm、出口直径128mm及叶片入口宽度12咖、出口宽度5mm、叶片入口边3，叶 片前后盖板8、 9为两条流线的轴面投影图1,及平面投影图2中叶片后盖板9 处的工作面、被面与后盖板9的交线及前盖板8处的叶片工作面与前盖板8的交 线投影到垂直线的右边，显示叶片工作面6。将前盖板8处叶片工作面、背面 与前盖板8的交线及后盖板9处叶片的背面与后盖板9的交线投影到垂直线的左 边，显示叶片背面5。以及叶轮轴面投影图1中等高面(截线7)与叶片的交 线在平面投影图2中的叶片模型截线1、 2、 3及1' 、 2' 、 3'。
下面结合图4对本实用新型的动态操作进行描述
图4: 1" 35型泵叶片模型图，轴面投影图1中己经确定的叶轮入口直径 40mm、出口直径180咖及叶片入口宽度12咖、出口宽度5咖、叶片入口边3，叶 片前后盖板8、 9为两条流线的轴面投影图1，及平面投影图2中叶片后盖板9 处的工作面、被面与后盖板9的交线及前盖板8处的叶片工作面与前盖板8的交 线投影到垂直线的右边，显示叶片工作面6。将前盖板8处叶片工作面、背面
与前盖板8的交线及后盖板9处叶片的背面与后盖板9的交线投影到垂直线的左 边，显示叶片背面5。以及叶轮轴面投影图1中等高面(截线7)与叶片的交 线在平面投影图2中的叶片模型截线1、 2、 3、 4及T 、 2' 、 3' 、 4'。
下面结合图5对本实用新型的动态操作明进行描述
图5: 1"20型泵螺旋型涡室，将以最小的水利损失从叶轮流出的高速液流 收集起来，同时将液体的动能变为压力能，涡室的设计配合良好的叶轮水力模型 设计，才能保证泵的设计性能，故采用嫁旋型涡室。用螺旋型涡室的基园1、涡 室入口宽度2、泵舌安放角3、及嫘旋型涡室各断面4面积的速度系数的确定来 保证从叶轮中均匀流出的液体在蟝旋型涡室中作等速运动，在扩散管5中将液体 的一部分动能转变为压力能。
下面结合图6对本实用新型的动态操作进行描述
图6: l"35型泵螺旋型涡室，将以最小的损失从叶轮流出的高速液流收集 起来，同时将液体的动能变为压力能，涡室的设计配合良好的叶轮水力模型设计， 才能保证泵的设计性能，故采用螺旋型涡室。用螺旋型涡室的基园1、涡室入口 宽度2、泵舌安放角3、及嫘旋型涡室各断面4面积的速度系数的确定来保证从 叶轮中均匀流出的液体在螺旋型涡室中作等速运动，在扩散管5中将液体的一部 分动能转变为压力能。
下面结合图7对本实用新型的动态操作进行描述
图7所示，1" 20型单级离心泵装配图，该泵设计主要是为1〃无底阀喷射 真空机组配套提供性能可靠、配套动力小、节约能源、体积小的抽气设备，尽快 使我国普及水泵无低阀化而设计了高压力、小流量、结构紧凑，采用电机4直联 式出轴为泵轴3、用连接架5与电机4联成一体，采用填料密封6。
下面结合图8对本实用新型的动态操作进行描述-
图8所示，1" 35型单级离心泵装配图，该泵设计主要是为1"无底阀喷射 真空机组配套提供性能可靠、配套动力小、节约能源、体积小的抽气设备，尽快 使我国普及水泵无低阀化而设计了高压力、小流量、结构紧凑，采用电机4直联 式出轴为泵轴3、用连接架5与电机4联成一体，采用填料密封6。
以下结合附图综合动态操作再作详细描述
按附图综合描述设计1"单级离心泵的目的是设计提高效率、节约能源的
泵的水利模型的创新设计。在水力性能计算时，为改进泵的工作性能及提高抗汽 改性能，加大泵的吸入口流道，使叶片入口边斜伸向后盖板处，改变入口水流的 流动状况如图3、图4;将低比转数单级泵流道设计作以改进，用扭曲叶片来改
变水流在叶轮内的流动状况与液流的能量交换如图1、图2、图3、图4、图5、 图6，作为水力模型利用；采用1.1千瓦电机直联式将泵安装在电机出轴一端如 图7、图8结构紧凑体积小。
下面结合应用实例，对附图10 ， 1" PBZ型水流喷射泵机组的动态操作进 行描述
團10所示，I" PBZ型水流喷射泵机组的1" 35型单级离心泵1的进水口与 循环水箱7相连接，1" 35型单级离心泵的排水管4与T DPB型喷射泵5相连 接，1" DPB型喷射泵5的喷射扩压管6伸向循环水箱7内，当1" 35型单级离 心泵1启动运行后，用循环水箱7内的水量作为循环工作介质，由排水管4上的 压力表2显示排水压力，用T 35型单级离心泵排出)2kg/cW的压力水流使 1" DPB型喷射泵5完成抽除气体获得真空能量的工作。
下面结合应用实例，对附图11 ， 1" PBZ型水流喷射泵机组单台无底阀水 泵的动态操作进行描述
图11所示，1" PBZ型水流喷射泵机组1中的1" DPB型喷射泵2通过1" 真空管3、真空阀4与无底阀水泵8相连接，1" DPB型喷射泵2通过阀门5、 1" 压力水管6与无底阀水泵8排水管7相连通，无底阀水泵8启动前，启动1" PBZ 型水流喷射泵机组1、开启真空阀4，利用1" PBZ型水流喷射泵机组1所获得的 真空能量，使无底阀水泵8完成吸上水泵引水后，关闭真空阀4，就可启动无底 阀水泵8运行。当水泵排水管7内具备"kg/cn^压力水流，无底阀水泵8启动前, 开启阀门5、真空阀4，以排水管7内的)2kg/c^压力水流为动力，使l" DPB型 喷射泵2工作获得真空能量，用其真空能量使无底阀水泵8完成吸上引水后，关 闭真空阀4、阀门5,即可启动无底阀水泵8运行。
本实用新型有以下技术特征
本实用新型的主要技术特征之一是本实用新型为提高效率、节约能源的 水力模型的创新设计。为提高抗汽蚀性能，加大吸入口流道、由叶片入口边不同 的入口安放角改变叶轮入口水流流动状况。
本实用新型的再一主要技术特征之一是低比转数单级离心泵叶轮由直叶 片创新设计为扭曲叶片，叶片包角取13(T ,有利于叶片长流道内液流的能量交 换，出口安放角T 20型取40。 、 1" 35型取50°保证了高扬程性能，达到理 想的性能要求。
本实用新型的另一主要技术特征之一是选择速度系数设计法，从水力模型 叶轮及嫘旋型涡室各几何尺寸确定都釆用速度系数设计,有利于在此水力模型的 基础上延伸设计采用。
本实用新型还有一个主要技术特征之一是，为达到设计体积小、结构紧凑， 采用将由水力模型设计的螺旋型涡室构成的泵体直接安装在电机出轴端机体法 兰上，再将由水力模型设计的扭曲叶片构成的叶轮安装在螺旋型涡室内的电机出 轴上，组成与电机直联的单级离心泵。
权利要求1、小口径高扬程离心泵水力模型，包括由扬程分别为20m和35m小口径高扬程离心泵水力模型，其共同具有的结构特点如，叶轮叶片采用扭曲叶片，都采用了螺旋型涡室，其特征在于，扭曲叶片结构在叶轮内部，叶轮安装在螺旋型涡室内的电机出轴上，由螺旋型涡室构成的泵体安装在电机出轴端机体法兰上，用20m和35m的扭曲叶片、叶轮、螺旋型涡室分别组成，排水口径25mm、扬程20m、流量6m3/h、配套功率1.1千瓦；排水口径25mm、扬程35m、流量6m3/h、配套功率1.5千瓦，不同规格与电机直联的单级离心泵。
2、 根据权利要求l所述的小口径高扬程离心泵水力模型，其特征在于，扬 程20m的单级离心泵的叶片为扭曲叶片，设计参数，叶片入口安放角中间流线 40° 、前盖板流线31。、后盖板流线42。，出口安放角40。，叶片厚度4,5咖， 实现的。
3、 根据权利要求l所述的小口径高扬程离心泵水力模型，其特征在于，扬 程20m的单级离心泵的叶轮是由扭曲叶片构成，叶片包角取130。，加大叶轮吸 入口直径取040mm,实现的。
4、 根据权利要求l所述的小口径高扬程离心泵水力模型，其特征在于，扬 程20m的单级离心泵的據旋型涡室，设计参数基圆取1.05Da-0) 134mm,涡室 入口宽度16咖，泵舌安放角15° ,涡室断面面积速度系数取Kvs=0.5站，扩散管 6° ,吐出口径025咖实现的。
5、 根据权利要求l所述的小口径髙扬程离心泵水力模型，其特征在于，扬 程35m的单级离心泵的叶片为扭曲叶片，设计参数中，叶片入口安放角中间流 线38° 、前盖板流线33。、后盖板流线43。，出口安放角50。，叶片厚度4.5mm, 实现的。
6、 裉据权利要求l所述的小口径高扬程离心泵水力模型，其特征在于，扬 程35m的单级离心泵的叶轮是由扭曲叶片构成，叶片包角取130° ,加大叶轮吸 入口直径取O40mm,实现的。
7、 根据权利要求l所述的小口径高扬程离心泵水力模型，其特征在于，扬 程35m的单级离心泵的錄旋型涡室，设计参数基圃取1.05D产O188咖，涡室 入口宽度16mm，泵舌安放角15。，涡室断面面积速度系数取Kv^O. 62,扩散管 6° ,吐出口径4>25咖，实现的。
专利摘要本实用新型是小口径高扬程离心泵水力模型，低比转数、排水口径25mm、小流量(6<sup>3</sup>/h)、高扬程(20m、35m)，主要用于设计节能型、高效、高扬程小口径单级和多级离心泵，配套于无底阀水泵，也适用于高层供水、高层清洗、喷洒农药等用途。该水力模型具备创新设计为提高抗汽蚀性能，加大叶轮入口直径；叶轮叶片为扭曲叶片，叶片入口边三条流线不同的入口安放角，改变叶轮入口水流流动状况；叶片保角取130°有利于叶片内液流能量交换，达到理想的性能要求。以本水力模型为基础可延伸设计采用。
文档编号F04D1/00GK201187455SQ200720119320
公开日2009年1月28日 申请日期2007年4月5日 优先权日2007年4月5日
发明者张庆玉, 穆玉芳 申请人:穆玉芳