[发明专利]高效低汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及离心泵叶轮技术领域，具体涉及一种高效低汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法。

背景技术

目前公知的离心泵叶轮设计方法是：在满足流量、扬程等设计要求下，尽可能减小叶轮外径，以提高泵效率，从而使得叶片出口安放角较大。因此，一般离心泵轴功率随流量增大而不断增加，且比转速越低，轴功率曲线随流量增大而上升越快，当离心泵在较大流量运行时，易使轴功率超过配套的原动机功率，导致原动机过载。然而很多工作场合要求离心泵同时具备效率高、汽蚀性能优以及实现大流量工况下（全扬程全流量）安全可靠地无过载运行。

现有专利“一种无过载低比速离心泵叶轮”（申请号：90214606.8）指出：“中国专利89212885.2‘用于旋转式流体机械渐开线叶轮’能较好地解决泵轴功率随流量增大而不断增加的问题，但其不足是泵的效率难以提高……泵的效率仅达到国标GB9477-88的B线水平。”

现有专利“一种低比速离心泵叶轮设计方法”（申请号：200410014937.0）进一步指出：“现有的专利技术89212885.2号专利‘用于旋转式流体机械渐开线叶轮’和90214606.8号专利‘一种无过载低比速离心泵叶轮’，提出了一些新的设计方法……但这两个专利仍然存在以下三个方面的问题……还有可能在使用工况发生超载……设计工况效率偏低。”

然而，现有专利（申请号分别为：89212885.2、90214606.8以及200410014937.0）中所记载的技术方案均还存在以下三方面的问题：其一、离心泵无过载特性不理想，主要表现为大流量区轴功率未真正出现功率极大值（即轴功率随流量增大而继续缓慢增加，在大流量区，叶轮由于发生汽蚀而致轴功率下降），如图1所示；或轴功率极大值与设计点（额定点）轴功率之比大于1.1，致使配套的原动机功率较大，从而在很大程度上失去了无过载特性的意义；其二、汽蚀性能较差，叶轮易汽蚀，并产生振动、噪声和轴功率下降，主要表现为某些离心泵的无过载特性，实际上是由于汽蚀现象导致大流量区轴功率下降而产生的无过载假象，而不是离心泵真正具备无过载特性；当该种离心泵用于进口液面远高于叶轮或者进口压力较高的闭式管路系统等场合时，则不存在汽蚀现象，从而在大流量运行时仍然出现过载问题，如图2所示；汽蚀性能较差的另一方面是，由于追求无过载特性而影响汽蚀性能；其三、泵效率仍需提高。

总之，目前无过载离心泵还存在的问题有：1、无过载特性不理想；2、汽蚀性能较差；3、效率较低。其实此三方面问题正是现实存在的问题，其中有些问题是一般设计者尚未意识到的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效低汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法，用本方法设计得到的离心泵叶轮同时具备真正理想的无过载特性、高效率和低汽蚀等优良性能。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种高效低汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法，其特征在于本离心泵叶轮的水力模型几何参数如下：

β_2s＝14°～21°；

β_2p＝10°～16°；

Δβ₂＝β_2s－β_2p＝2°～7°；

β_1s＝15°～36°；

β_1p＝16°～35°；

Z＝4～6；

θ＝155°～210°；

Y＝0.8～1.5；

式中：β_2s-叶片出口背面安放角，度；

β_2p—叶片出口工作面安放角，度；

Δβ₂—叶片两面出口安放角的角度差，度；

β_1s—叶片进口背面安放角，度；

β_1p—叶片进口工作面安放角，度；

Z—叶片数，个；

θ—叶片包角，度；

Y—面积比。

优选的，所述Y＝1.1～1.5。

本发明专利的申请人在多年分析研究旋转叶轮内的非惯性系、非定常流等特性的基础上，对输入水力功率Ph得出了一些如下的新认识：

1、输入水力功率Ph是原动机输入的机械功率（轴功率）扣除机械损失功率后那部分的机械功率，即泵轴带动叶轮旋转，从而叶片对介质产生作用力（推动力）所对应原动机的机械能。