潜水泵导叶设计方法、潜水泵及设计装置与流程

本发明涉及水泵
技术领域：
，尤其涉及一种潜水泵导叶设计方法、潜水泵及设计装置。
背景技术：
：目前，由于潜水泵的安装、使用、维修都简单方便，并且泵体小，移动方便，不需建造泵房，结构简单，节省原材料，运行时只需将泵放入水中即可启动工作等优点，近些年在国内得到了迅速发展，尤其是在我国的防洪抗洪相关工程中起到了至关重要的作用。申请号为200910264362.0号的发明专利中公开了一种高比转速轴流泵导叶体，该导叶体能够克服现有的高比转速轴流泵导叶体水力损失较大导致水泵效率较低的问题，该发明将导叶体锥形管的扩散角扩大，在保证不造成边壁脱流的基础上降低了流速，所以可以有效降低导叶体的水力损失，提高泵的效率；同时由于导叶体扩散角度的加大和出口直径增加，使后面的出水流道的过流空间也得到了增加，降低了出水流道的水力损失，使泵装置效率得到了进一步的提升。这种设计方法只给出了导叶的实施办法，导叶的参数还是依赖工程技术人员的经验，没有给出系统的、精确的设计方法。现有技术中，潜水泵的导叶结构设计不合理，使得安装有该导叶的潜水泵很难达到预想效果，导致产生较大的水力冲撞损失，不利于出水液体流态的稳定性和高效性。鉴于此，有必要提供一种潜水泵导叶设计方法、潜水泵及设计装置，以至少克服或缓解现有技术中的上述缺陷。技术实现要素：本发明的主要目的在于提供一种潜水泵导叶设计方法、潜水泵及设计装置，旨在解决现有的导叶因不合理设计导致产生较大的水力冲撞损失，不利于出水液体流态的稳定性和高效性的技术问题。为了实现上述目的，本发明提供一种潜水泵导叶设计方法、潜水泵及设计装置，其中，所述潜水泵导叶设计方法为：获取潜水泵的预设工况流量q、预设工况扬程h、预设工况转速n、以及预设叶轮直径d，并根据以下预设公式计算导叶的进口安放角β1和出口安放角β2，所述导叶的进口安放角β1和出口安放角β2的预设公式分别为：其中：β1为导叶的进口安放角；β2为导叶的出口安放角；q为预设工况流量；h为预设工况扬程；n为预设工况转速；d为预设叶轮直径。优选地，所述设计方法还包括：根据以下预设公式计算所述导叶的轮毂直径dh，计算所述导叶的轮毂直径dh的预设公式为：其中：dh为轮毂直径；q为预设工况流量；n为预设工况转速；d为预设叶轮直径。优选地，所述设计方法还包括：根据以下预设公式计算所述导叶的翼型弦长l，计算所述翼型弦长l的预设公式为：l＝-0.2836cos(14.36dh)-0.05882sin(14.36dh)-0.07123cos(28.72dh)+0.1363sin(28.72dh)+0.1195其中：l为翼型弦长；dh为轮毂直径。优选地，所述设计方法还包括：根据以下预设公式计算所述导叶的翼型弦长l对应的叶弦安放角βl，计算所述叶弦安放角βl的预设公式为：其中：βl为叶弦安放角；d为预设叶轮直径。优选地，所述设计方法还包括：根据以下预设公式计算所述导叶的扩散角θ，计算所述导叶的扩散角θ的预设公式为：其中：θ为扩散角；d为预设叶轮直径。优选地，所述设计方法还包括：根据以下预设公式计算与所述预设工况转速n对应的工况比转速ns，计算所述工况比转速ns的预设公式为：其中:ns为工况比转速；q为预设工况流量；n为预设工况转速；h为预设工况扬程。优选地，所述设计方法还包括：根据以下预设公式计算相邻两个所述导叶之间的栅距t，计算相邻两个所述导叶之间的栅距t的预设公式为：其中：t为栅距；l为翼型弦长；θ为扩散角；ns为工况比转速。优选地，所述设计方法还包括：根据以下预设公式计算导叶数量z，计算所述导叶数量z的预设公式为：z＝44.84sin(0.601nd3-3.069)+39.99sin(0.66nd3+16.59)其中：z为导叶数量；n为预设工况转速；d为预设叶轮直径。此外，本发明还提供一种潜水泵，其中，所述潜水泵包括以上所述的潜水泵导叶设计方法制作的导叶。此外，本发明又提供一种设计装置，其中，所述设计装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的潜水泵导叶设计方法方法的步骤。在本发明的技术方案中，由于提供的潜水泵导叶设计方法采用精确的公式设计法对导叶的进口安放角β1和出口安放角β2进行优化设计，提高导叶设计的合理性，减少导叶的水力冲撞损失，大大改善了出水液体流态的稳定性，更能确保水力部件尺寸的相互匹配，计算更精确，使理论设计与实际模型更符合，而且更有利于计算机的应用与编程。从而在一定程度上提高潜水泵运行的稳定性、高效性和经济性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设计装置的结构示意图；图2为本发明实施例的导叶的结构示意图；图3为本发明实施例的导叶沿轮毂的展开示意图。本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。本发明的附图标号说明：标号名称标号名称1轮毂2导叶具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设计装置的结构示意图。本发明实施例设计装置具体可以是服务器，也可以是智能手机、平板电脑、便携计算机等具有数据处理功能的计算机设备。如图1所示，该设计装置可以包括：处理器1001，例如cpu，通信总线1002，用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)，可选的用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如wi-fi接口)。存储器1005可以是高速ram存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。可选地，设计装置还可以包括音频电路、wifi模块、触控屏等等，在此不再赘述。设计装置可通过输入单元获取用户通过输入单元输入的需要进行计算的预设参数，例如：潜水泵的预设工况流量q、预设工况扬程h、预设工况转速n、以及预设叶轮直径d。本领域技术人员可以理解，图1中示出的计算机设备结构并不构成对计算机设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。参见图2和图3，多个导叶2以轮毂1的轴线为旋转中心均匀分布在轮毂1的外表面上。根据本发明的一个方面，提供了一种潜水泵导叶设计方法，潜水泵导叶设计方法为：获取潜水泵的预设工况流量q、预设工况扬程h、预设工况转速n、以及预设叶轮直径d，并根据以下预设公式计算导叶2的进口安放角β1和出口安放角β2，所述导叶2的进口安放角β1和出口安放角β2的预设公式分别为：其中：β1为导叶的进口安放角；β2为导叶的出口安放角；q为预设工况流量；h为预设工况扬程；n为预设工况转速；d为预设叶轮直径。其中需要特别说明的是，叶轮直径d可以是1/2处导叶高度的叶轮直径。在本发明的技术方案中，由于提供的潜水泵导叶设计方法采用精确的公式设计法对导叶2的进口安放角β1和出口安放角β2进行优化设计，提高导叶2设计的合理性，减少导叶2的水力冲撞损失，大大改善了出水液体流态的稳定性，更能确保水力部件尺寸的相互匹配，计算更精确，使理论设计与实际模型更符合，而且更有利于计算机的应用与编程。从而在一定程度上提高潜水泵运行的稳定性、高效性和经济性。进一步地，潜水泵导叶设计方法还包括：根据以下预设公式计算所述导叶的轮毂直径dh，计算所述导叶的轮毂直径dh的预设公式为：其中：dh为轮毂直径；q为预设工况流量；n为预设工况转速；d为预设叶轮直径。轮毂直径dh与预设工况流量q、预设工况转速n和预设叶轮直径d通过精确的公式建立联系，以实现轮毂直径dh的优化设计，提高导叶2设计的合理性。进一步地，潜水泵导叶设计方法还包括：根据以下预设公式计算所述导叶的翼型弦长l，计算所述翼型弦长l的预设公式为：l＝-0.2836cos(14.36dh)-0.05882sin(14.36dh)-0.07123cos(28.72dh)+0.1363sin(28.72dh)+0.1195其中：l为翼型弦长；dh为轮毂直径。翼型弦长l通过精确的公式设计与轮毂直径dh建立联系，以实现翼型弦长l的优化设计，有利于计算机的应用与编程。同时，在本发明中，导叶2的前翼面的两端分别和后翼面的两端连接，前翼面的翼型弦长与后翼面的翼型弦长的相等。进一步地，潜水泵导叶设计方法还包括：根据以下预设公式计算所述导叶的翼型弦长l对应的叶弦安放角βl，计算所述叶弦安放角βl的预设公式为：其中：βl为叶弦安放角；d为预设叶轮直径。叶弦安放角βl通过精确的公式设计与预设叶轮直径d建立联系，使理论设计与实际模型更符合，而且更有利于计算机的应用与编程。通过的叶弦安放角βl的设计公式即可确定导叶2翼型的摆放角度。进一步地，潜水泵导叶设计方法还包括：根据以下预设公式计算所述导叶的扩散角θ，计算所述导叶的扩散角θ的预设公式为：其中：θ为扩散角；d为预设叶轮直径。参见图2，导叶2的外沿与竖直水平线之间的夹角为θ/2，沿轮毂1的圆周相对两个导叶2外沿的夹角即为扩散角θ，通过扩散角θ的设计公式，在给定叶轮直径d的情况下，可以精确地得到扩散角θ的值，使理论设计与实际模型更符合，而且更有利于计算机的应用与编程。进一步地，潜水泵导叶设计方法还包括：根据以下预设公式计算与所述预设工况转速n对应的工况比转速ns，计算所述工况比转速ns的预设公式为：其中:ns为工况比转速；q为预设工况流量；n为预设工况转速；h为预设工况扬程。工况比转速ns综合潜水泵的预设工况流量q、预设工况转速n和预设工况扬程h三者之间的关系，能够比较全面的反映潜水泵的特性。进一步地，潜水泵导叶设计方法还包括：根据以下预设公式计算相邻两个所述导叶之间的栅距t，计算相邻两个所述导叶之间的栅距t的预设公式为：其中：t为栅距；l为翼型弦长；θ为扩散角；ns为工况比转速。栅距t通过精确的公式设计与翼型弦长l、扩散角θ和工况比转速ns建立联系，使理论设计与实际模型更符合，而且更有利于计算机的应用与编程。通过的栅距t的设计公式即可确定相邻两个导叶2之间的距离。进一步地，潜水泵导叶设计方法还包括：根据以下预设公式计算导叶数量z，计算所述导叶数量z的预设公式为：z＝44.84sin(0.601nd3-3.069)+39.99sin(0.66nd3+16.59)其中：z为导叶数量；n为预设工况转速；d为预设叶轮直径。导叶数量z通过精确的公式设计与预设工况转速n和预设叶轮直径d建立联系，使理论设计与实际模型更符合，而且更有利于计算机的应用与编程。通过的导叶数量z的设计公式即可确定导叶2均布在轮毂1上的数量。以本发明为例：设置q＝0.33m3/s，h＝11.5m，n＝1450r/min，d＝0.286m时，采用上述公式计算得到β1＝53.6°，β2＝85°，dh＝0.154m，l＝0.13161m，βl＝71.8°，θ＝7.5°，t＝0.0442m，z＝7。将以上公式计算得到的参数值制作的导叶与现有技术中在d＝0.286m时按照经验制作的导叶，分别设置在相同的潜水泵泵体内，并且在相同的工况条件下q＝0.33m3/s，h＝11.5m，n＝1450r/min进行泵水，相关实验结果具体如下表1所示。实验数据本发明的导叶现有技术的导叶进口安放角β153.6°37.5°出口安放角β285°90°轮毂直径dh0.154m0.154m翼型弦长l0.13161m0.132m叶弦安放角βl71.8°65°扩散角θ7.5°8°栅距t0.0442m0.0442m导叶数量z77泵水效率80％76.8％表1现有技术中导叶的各项几何参数为本领域技术人员在合适取值区间按经验进行随机选择，而本申请中导叶的各项几何参数是按照本发明给出的潜水泵导叶设计方法计算得到的，由表1可得，本发明给出的潜水泵导叶设计方法制作的导叶相比传统经验法制作的导叶泵水效率更高。本发明给出的潜水泵导叶设计方法制作的导叶2的各项几何参数设计都是与预设工况流量q、预设工况扬程h、预设工况转速n以及预设叶轮直径d建立直接或间接的合理联系，从而提高导叶2设计的合理性，减少导叶2的水力冲撞损失，大大改善了出水液体流态的稳定性，更能确保水力部件尺寸的相互匹配，计算更精确，使理论设计与实际模型更符合，而且更有利于自动化制作、统一设计标准。从而在一定程度上提高潜水泵运行的稳定性、高效性和经济性。此外，本发明还提供一种潜水泵，其中，潜水泵包括以上的潜水泵导叶设计方法制作的导叶。由于潜水泵采用了上述实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。此外，本发明实施例还提出一种设计装置，设计装置包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上方法的步骤。本发明设计装置的具体实施例与上述潜水泵导叶设计方法各实施例基本相同，在此不作赘述。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12