本發(fā)明涉及離心泵領(lǐng)域，特別涉及一種低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設(shè)計方法及低比轉(zhuǎn)速離心泵。

背景技術(shù)：

1、通常將比轉(zhuǎn)速ns＜30的離心泵稱為低比轉(zhuǎn)速離心泵，低比轉(zhuǎn)速離心泵具有流量小、揚(yáng)程高的特點(diǎn)，因此受到廣泛的應(yīng)用。但同時，低比轉(zhuǎn)速離心泵因?yàn)槠淞鞯廓M長、葉輪外徑較大導(dǎo)致低比轉(zhuǎn)速離心泵工作效率低下，并且在流道中易產(chǎn)生旋渦等不良流態(tài)。因此，解決此類問題成為了低比轉(zhuǎn)速離心泵未來發(fā)展的一個要點(diǎn)。

2、近年來，學(xué)者及技術(shù)人員提出流道的擴(kuò)散程度會影響離心泵工作效率，并通過設(shè)計葉輪尺寸如，改變出口葉片寬度使得流道出口面積改變，進(jìn)而計算出流道進(jìn)出口面積之比。發(fā)現(xiàn)進(jìn)出口面積之比達(dá)到1.2～1.5能夠減少低比轉(zhuǎn)速離心泵的消耗能量，使低比轉(zhuǎn)速離心泵工作效率提高。

3、但該種通過設(shè)計葉輪尺寸改變流道擴(kuò)散程度的方法并不能夠有效的減輕低比轉(zhuǎn)速流道中存在旋渦等不良流態(tài)的現(xiàn)狀。并且，通過設(shè)計葉輪的方式不能夠直接有效的控制流道，與此同時，通過設(shè)計葉輪的方法改善離心泵工作效率所消耗的時間、精力等也頗為巨大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設(shè)計方法及低比轉(zhuǎn)速離心泵，能夠保證在減少消耗能量的同時盡量避免流道中產(chǎn)生不良流態(tài)。保證低比轉(zhuǎn)速離心泵的工作效率及長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

3、一種低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設(shè)計方法，包括如下步驟：

4、根據(jù)低比轉(zhuǎn)速離心泵的額定流量qn、額定揚(yáng)程hn和額定轉(zhuǎn)速n，確定流道進(jìn)出口參數(shù)，所述流道進(jìn)出口參數(shù)包括葉輪進(jìn)出口直徑、流道內(nèi)外側(cè)圓角、流道包角、流道進(jìn)出口角和流道進(jìn)出口截面參數(shù)；

5、通過流道進(jìn)口截面和流道出口截面確定曲線兩端，在流道進(jìn)出口間設(shè)置至少4個過渡截面，采用圓弧曲線連接流道進(jìn)口截面、過渡截面和流道出口截面，確定流道走向和形狀。

6、進(jìn)一步，采用圓弧曲線連接流道進(jìn)口截面、過渡截面和流道出口截面，確定流道走向具體確定如下：

7、采用圓弧曲線連接流道進(jìn)口截面和流道出口截面，初步確定流道走向

8、以垂直于流道進(jìn)、出口截面方向，流道進(jìn)、出口截面中心點(diǎn)所在平面為基準(zhǔn)平面，輪轂為圓心，在流道進(jìn)出口間，間距為繪制至少4個同心圓，分別做同心圓與圓弧曲線交點(diǎn)，所做交點(diǎn)分別為過渡截面中心；式中：d2為葉輪出口直徑；r3為流道進(jìn)口邊距軸心距離；

9、將流道進(jìn)口截面中心與流道出口截面中心重疊，做流道進(jìn)口截面對角線交于流道出口截面，同時做流道出口截面長短軸交于流道進(jìn)口截面；將八條交線分別做出四個等分點(diǎn)，用擬合曲線連接對應(yīng)等分點(diǎn)確定各個過渡截面形狀；采用圓弧曲線連接流道進(jìn)口截面、過渡截面和流道出口截面，確定流道走向和形狀。

10、進(jìn)一步，根據(jù)低比轉(zhuǎn)速離心泵的額定流量qn、額定揚(yáng)程hn和額定轉(zhuǎn)速n，確定葉輪進(jìn)出口直徑，具體為：

11、葉輪進(jìn)口直徑dj由如下公式確定：

12、

13、其中：d0為葉輪進(jìn)口當(dāng)量直徑，m；

14、k0為系數(shù)，k0＝4.0～4.5；

15、qn為額定流量，m3/s；

16、n為泵轉(zhuǎn)速，r/min；

17、dh為輪轂直徑，m；

18、dj為葉輪進(jìn)口直徑，m；

19、葉輪出口直徑d2按以下公式確定：

20、

21、其中：μd為葉輪出口直徑d2修正系數(shù)，當(dāng)ns≤30時，取μd＝1.175～1.247，當(dāng)ns較大時取較小值，當(dāng)ns較小時取較大值；

22、ns為比轉(zhuǎn)速，

23、d2為葉輪出口直徑，m。

24、進(jìn)一步，根據(jù)低比轉(zhuǎn)速離心泵的葉輪進(jìn)口直徑dj、葉輪出口直徑d2和輪轂直徑dn，確定流道內(nèi)外側(cè)圓角，具體為：

25、流道內(nèi)側(cè)圓角r1范圍值可按以下公式確定后取整，具體為：

26、

27、其中：σ1為修正系數(shù)，取σ1＝0.85～1.1；

28、d2為葉輪出口直徑，m；

29、dj為葉輪進(jìn)口直徑，m；

30、dh為輪轂直徑，m；

31、流道外側(cè)圓角r2范圍值可按以下公式確定后取整，具體為：

32、r2＝σ2(dj-dn)≤r3

33、其中：σ2為修正系數(shù)，取σ2＝0.9～1.5；

34、dj為葉輪進(jìn)口直徑，m；

35、dh為輪轂直徑，m；

36、r3為流道進(jìn)口邊距軸心距離，m；按以下公式確定：

37、r3＝kc(r1+dj)

38、其中：kc為r3修正系數(shù)，取kc＝1.05～1.25；

39、r1為流道內(nèi)側(cè)圓角，m。

40、進(jìn)一步，根據(jù)低比轉(zhuǎn)速離心泵的葉輪出口直徑d2、流道進(jìn)口邊距軸心距離r3確定流道包角和流道進(jìn)出口角，具體為：

41、流道包角α按以下公式計算：

42、

43、其中：

44、d2為葉輪出口直徑，m；

45、r3為流道進(jìn)口邊距軸心距離，m；

46、流道出口角β2范圍為50°～60°；

47、流道進(jìn)口角β1由流道包角α和流道出口角β2控制，范圍為75°～85°。

48、進(jìn)一步，所述流道進(jìn)出口截面參數(shù)包括流道個數(shù)、流道進(jìn)口面積和流道出口面積，具體確定如下：

49、流道個數(shù)z0通過以下公式確定：

50、

51、其中：k為系數(shù)，取k＝6.0～8.5；

52、d2為葉輪出口直徑，m；

53、dj為葉輪進(jìn)口直徑，m；

54、α為流道包角；

55、設(shè)流道進(jìn)口面積為a1，流道出口面積為a2，

56、其中，兩葉片間流道進(jìn)口面積a1由以下公式確認(rèn)：

57、

58、其中：r3為流道進(jìn)口邊距軸心距離，m；

59、b1為葉片進(jìn)口寬度，m；

60、ψ1為流道面積利用率；

61、z0為流道個數(shù)；

62、根據(jù)流道進(jìn)出口面積之比確定流道出口面積為a2；

63、流道出口截面為橢圓形截面，橢圓形截面長半軸為a1，橢圓形截面短半軸為a2，

64、a2＝a1a2π

65、流道出口橢圓形截面短半軸a2應(yīng)當(dāng)滿足與葉輪前后蓋板間距c2近似相等，葉輪前后蓋板間距c2由以下公式確定：

66、

67、其中：kb為修正系數(shù)，取值范圍為kb＝1.09～1.152，當(dāng)ns較大時，kb取小值；當(dāng)ns較小時，kb取大值；

68、qn為正常工作流量，m3/s；

69、n為泵轉(zhuǎn)速，r/min。

70、進(jìn)一步，在所述流道進(jìn)口引入一段水平直線，直線長d1，由以下公式確定：

71、d1＝(0.7～0.9)dj

72、其中：dj為葉輪進(jìn)口直徑，m。

73、一種低比轉(zhuǎn)速離心泵，利用所述的低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設(shè)計方法設(shè)計流道。

74、本發(fā)明的有益效果在于：

75、1.本發(fā)明所述的低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設(shè)計方法及低比轉(zhuǎn)速離心泵，通過對流道進(jìn)出口的設(shè)計，直接控制兩葉片間流道進(jìn)出口面積之比，進(jìn)而盡量減少流道間的耗損，增加離心泵工作效率。

76、2.本發(fā)明所述的低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設(shè)計方法及低比轉(zhuǎn)速離心泵，通過直接對流道的設(shè)計，能夠有效的規(guī)避設(shè)計葉片時的冗雜設(shè)計，減少了設(shè)計過程中的試錯成本，并在設(shè)計流道中能夠更簡單的規(guī)避低比轉(zhuǎn)速離心泵流道中的不良流態(tài)，延長離心泵的使用年限，并保證水泵能夠在更長的時間中安全、高效地運(yùn)行。

77、3.本發(fā)明所述的低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設(shè)計方法及低比轉(zhuǎn)速離心泵，可以使此類離心泵獲得更佳的工作效率以及更安全有效的進(jìn)行工作。