[发明专利]一种矿用离心泵导叶的水力设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离心泵主要过流部件的设计方法,特别涉及一种矿用离心泵导叶的水力设计方法。

背景技术

离心式水泵由于其结构简单，维修方便，使用范围广，因此被广泛运用在煤矿排水系统中。矿用离心泵一般用来输送固体颗粒含量不大于1.5％的中性矿水，粒度小于0.5毫米及类似的其他污水中，被输送介质的温度一般不大于80℃，通常适用于钢铁厂、矿山排水和污水输送等场合。

为了防止发生事故的发生，矿场场面和井下必须要布置良好的排水设备，为了及时高效的排除矿井中的积水，必须安装性能较好的多套排水泵，此时对排水泵的工作能力要求很高，必须要求安装的排水泵能够在尽可能短的时间内排出矿井中的积水。

目前的矿山用泵多为离心泵，离心泵的主要过流部件是叶轮和导叶，叶轮的主要作用是使流体有足够的能量达到用户要求的扬程，而导叶则是将液体动能转换成压能的过流部件，同时可以降低液流速度，消除液流从叶轮流出的旋转运动，由此降低液流的水力损失，进而相应的提高泵的效率，因此导叶的作用是十分重要的。但是目前使用的矿用离心泵就导叶的水力设计而言，仍有许多可以改进的地方。由于工作环境的特殊性，输送的液体中通常含有较多的泥沙和矿石颗粒等较大颗粒的物质，尽管有设备在液体流入水泵之前将颗粒物质过滤掉，但是难免会有无法过滤的混合物进入水泵中，造成泵内流道的磨损，同时影响泵的性能，造成效率降低，噪声增大，运行不稳定等，进而缩短泵的使用寿命，造成一定的经济损失。

现有专利号201410797350.5，名称为“一种带槽结构的径向导叶及其设计方法”的专利提出：采用计算流体力学软件ANSYS CFX 14.5对径向导叶进行定常数值模拟，得到导叶内全部流道的速度流线分布图，以此来设计带槽的径向导叶；同时对带槽的径向导叶进行数值模拟，得到相应的速度流线分布图，减小导叶工作面的漩涡区域，改善导叶内部流场分布，进而提高其过流能力。

现有专利号201510382897.3，名称为“一种流道式导叶设计方法”的专利提出：在传统流道式导叶设计的基础上，应用安德森的面积比原理，以确定导叶进口宽度b₃、导叶喉部宽度a₃和导叶数z的方法，考虑了叶轮和导叶的匹配性，但是并没有给出多级离心泵导叶基本参数的系统的、精确的设计方法。

针对上述存在的缺陷，本发明人发明了“一种矿用离心泵导叶的水力设计方法”，不仅给出了矿用离心泵导叶参数的精确的、系统的设计方法，还增强了矿用离心泵运行的稳定性和可靠性，提高了水力效率，延长了使用寿命和维修周期。

发明目的

目前，在煤矿采掘工作面使用的排水泵中，普遍使用的是多级清水离心泵，而输送的液体中通常含有较多的泥沙和固体颗粒，过流部件的磨损严重，维修周期短，水泵过早报废，不但增加了成本，还常常直接影响生产进度。因此过流部件的水力设计显得尤其重要，而泵主要的过流部件是叶轮和导叶，现有的导叶的设计方法，理论设计与实际模型出入大，泵的水力损失较大，很难达到预想效果。本发明的目的在于提高矿用离心泵导叶运行的稳定性和可靠性，提高过流部件的过流能力和水力效率，增长泵的寿命和维修周期，减少检修人员的工作量，在一定程度上提高经济效益。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种矿用离心泵导叶的水力设计方法。通过改善泵导叶的几个重要参数的设计方法，提高了泵水力效率，增强了矿用离心泵运行的稳定性和可靠性，延长了使用寿命和维修周期。实现上述目的所采用的技术方案是：

(1)导叶基圆直径D₃，其计算公式如下：

式中：

D₃——导叶基圆直径，mm；

D₂——叶轮出口直径，mm；

n_s——比转速；

(2)导叶进口轴向宽度b₃，其计算公式如下：

式中：

b₃——导叶进口轴向宽度，mm；

b₂——叶轮出口轴向宽度，mm；

n_s——比转速；

(3)导叶进口安放角α₃，其计算公式如下：