一种离心泵叶轮叶片安放角的设计方法与流程和

 

2020-05-15 04:56

  本发明涉及流体机械设计领域,具体涉及一种离心泵叶轮叶片安放角的设计方法。

  叶片安放角是影响效率、气蚀余量等性能参数的关键结构参数,对泵内部的流动具有较大的影响。目前对叶片安放角的设计往往是根据叶轮出口确定液流角,再根据经验选取冲角,从而计算叶轮叶片进口安放角。这种设计方法是以经验为主的单工况设计方法,经验因素偏多,且没有科学的理论与数学模型作为支撑,使得叶片安放角的取值具有一定的偶然性,无法保证设计的叶轮具有较佳的水力性能。

  本发明所要解决的技术问题是提供一种离心泵叶轮叶片安放角的设计方法,以解决现有技术中以经验为主的对叶片安放角进行取值的缺陷。

  为实现上述目的,本发明提供以下的技术方案:一种离心泵叶轮叶片安放角的设计方法,以叶片1工作面型线 背面型线的出口b之间的连线确定叶片进口处绝对速度的方向,建立进口安放角与出口安放角之间的函数关系,寻找泵效率最高时所对应的进口安放角及出口安放角,以点b为基准,沿叶片2另取四个点c、d、e、f,分别连接a点和c、d、e、f进而改变绝对速度的方向,研究进出口安放角对泵性能参数的影响,以提高效率,改善汽蚀性能为目标,寻找绝对速度落在叶轮2上的最优位置。

  (2)确定绝对速度方向,保证方向与叶轮1工作面型线背面型线的出口b的连线)建立叶片进出口安放角的求解模型;

  (5)改变连线方向,构建另外四个模型,按照上述方法分别求解进口安放角大小;

  优选地,利用速度系数法设计离心泵的基本参数,包括叶轮进口直径D1,叶轮外径D2,叶片数z,选择出口安放角β2的范围,进口线,出口线及叶片包角φ。

  其中,λ2为轴面流线与轴面截线之间的夹角,τ为出口圆周厚度所对应的圆心角,z为叶片数。

  (2)根据离心泵叶片进口排挤系数和叶片进口过水断面面积 F1,建立叶片进口轴面速度vm1;

  优选地,求解叶片进出口安放角时利用损失极值法优化,以效率和汽蚀作为优化目标,目标函数为:

  优选地,所述叶轮能量损失为水力损失,主要包括叶轮出口损失,叶轮流道摩擦损失及叶轮流道扩散损失。

  优选地,所述点c、d、e和f相对于点b的角位移分别为20°、 40°、60°和80,根据实际情况可对角位移适当性增减。

  本发明的有益效果为:本发明的离心泵叶轮叶片安放角的设计方法,提出了一种确定叶片安放角的方法,建立了叶片安放角的数学模型,建立了泵性能参数与叶片安放角之间的数学模型,为叶片安放角的选择提供了理论性的指导。

  图3为经验选择进出口角对应的叶轮水力模型示意图(其中,进口22°,出口30°);

  图1和图2给出本发明的具体实施方式:一种离心泵叶轮叶片安放角的设计方法,以叶片1工作面型线背面型线的出口b之间的连线确定叶片进口处绝对速度的方向,以点b为基准,沿叶片2另取四个点c、d、e、f,分别连接a点和c、d、e、 f进而改变绝对速度的方向,研究相对速度对叶片进口处冲击损失的影响,寻找绝对速度落在叶轮2上的最优位置。

  (2)确定绝对速度方向,保证方向与叶轮1工作面型线背面型线的出口b的连线)建立叶片进口安放角的求解模型;

  (5)改变连线方向,构建另外四个模型,按照上述方法分别求解进口安放角大小;

  本实施例中,利用速度系数法设计离心泵的基本参数,包括叶轮进口直径D1,叶轮外径D2,叶片数z,选择合适的出口安放角β2,进口线,出口线及叶片包角φ。

  其中,λ2为轴面流线与轴面截线之间的夹角,τ为出口圆周厚度所对应的圆心角,z为叶片数。

  (2)根据离心泵叶片进口排挤系数和叶片进口过水断面面积 F1,建立叶片进口轴面速度vm1;

  其中,D1a为入口界面a处的直径,Rc为叶片进口处过水断面的半径,b为过水断面形成线长度,n为转速。

  本实施例中,求解安放角的具体过程为:求解叶片进出口安放角时利用损失极值法优化,以效率和汽蚀作为优化目标,目标函数为:

  本实施例中,所述叶轮能量损失为水力损失,主要包括叶轮出口损失,叶轮流道摩擦损失及叶轮流道扩散损失。

  本实施例中,所述点c、d、e和f相对于点b的角位移分别为20°、40°、60°和80,根据实际情况可对角位移适当性增减。和记娱乐

  下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。

  (1)利用速度系数法设计离心泵的水力模型,设计离心泵的基本参数为:D1=58mm,D2=164mm,z=6,由于低比转速泵选择较大的出口安放角,本实施案例选择出口安放角的范围为28°~40°,δ2=9mm,包角φ=90°。(2)以出口角30°为例,确定绝对速度方向:已知λ2=84°,求解得到叶轮出口处的圆周厚度为:su2=18.0901mm,τ=12.64°,θ=60°,L12=63.768mm,γ=119.42°,α1=150.5824。

  (3)建立离心泵叶片进口圆周分速度u1=8.807m/s,叶片进口过水断面面积F1=0.004m

  以损失极值法为优化目标,得到最优出口安放角与进口安放角,部分进出口角的对应见表1。表1

  (4)对以上建立的模型进行流场分析,选择效率最高的进出口安放角组合,改变绝对速度方向,另外建立四组模型,可以得到其各自所对应的进口安放角,以进口安放角为13.4°,出口安放角为 30°为例。其进口安放角的变化如表2所示。

  然后利用CFX对以上模型再次进行分析,找出最佳效率时的进出口安放角,上述四组模型叶轮见图5。

  以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。

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