[发明专利]基于级间匹配效应的立式多级泵叶轮水力设计方法

说明书

本发明公开了基于级间匹配效应的立式多级泵叶轮水力设计方法，在考虑多级泵级间匹配效应的基础上，结合外特性试验和CFD技术，采用优化算法并计算加权平均功率的最大值或加权平均效率最小值的方法来最终获得多级泵叶轮进出口直径和叶轮出口宽度的最佳值。本发明提出的一种基于级间匹配效应的立式多级泵叶轮水力设计方法，较以经验为主的设计方法而言，经验因素偏少且理论基础支撑更可靠，为多级泵叶轮的水力设计的提供了一种全新的思路和方法，在一定程度上还可以节约成本。

技术领域

本发明涉及泵水力设计方法，特别涉及一种基于级间匹配效应的立式多级泵叶轮水力设计方法。

背景技术

多级泵在结构上具有两个以上的叶轮，相比传统的单级泵来说具有更高的扬程，且其结构先进合理、使用寿命长和可靠性好，此外与传统的泵相比又具有更高的泵送流量，因此被广泛应用在火电厂锅炉给水、石油化工、矿井排水等多种行业生产活动中，是实现高效生产的重要保证。但是，由于其本身的特殊性能，在进行多级泵的设计、应用与维修方面都有着更加严格的技术要求。

而在当前的多级泵水力设计时，设计人员往往先对单级的水力模型进行设计和研究，然后通过串联多级相同的水力模型来实现多级泵水力设计目标。但是，多级泵内部流动为复杂的三维流动，级与级之间性能存在密切的匹配效应，各级的入流条件与单级研究的假设差别很大，因此，在对多级泵进行水力设计时，考虑多级泵级间的匹配效应是非常必要的。

现有专利号201010151536.5，名称为“一种多级离心泵多叶轮组合水力设计方法”的专利提出一种多叶轮组合水力设计方法，该设计方法是指在多级离心泵水力设计中采用三种以上叶轮水力模型组合的方式，通过对水力模型和叶轮数适当匹配，可以实现改变和调整Q-H曲线，得到满足所要求的性能参数的Q-H曲线，但并没有涉及对多级泵叶轮具体参数的水力设计。

现有专利号201510674177.4，名称为“叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶水力设计方法”的专利提出一种对多级离心泵导叶的水力设计方法，该设计方法的具体内容为确定多级离心泵导叶的主要几何参数，将过渡段的内、外缘流线设计成同心圆，对外缘流线的过渡段进行同原点、等角度射线平分，分别测量出对应的外缘型线过渡段上每一段弧长及外缘流线过渡段上每一段的平均半径，并计算出外缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角，并采用包角两翼变换方法设计叶片内缘流线，引入平均偏移系数来计算内缘流线进口段和出口段的理论长度，最终绘制多级离心泵导叶叶片轴面图，但并没有涉及对在考虑级间匹配效应的基础上对多级泵叶轮进行水力设计。

针对上述存在的缺陷，本发明人发明了“一种基于级间匹配效应的立式多级泵叶轮水力设计方法”，在考虑多级泵级间匹配效应的基础上对泵叶轮相应参数进行水力设计，还通过采用外特性试验、迭代算法和CFD技术得到不同工况下的加权平均效率最高或加权平均功率最低的立式多级泵叶轮进出口直径和出口宽度的最佳值。

发明内容

本发明目的：目前，在多级泵水力设计时，设计人员往往先对单级的水力模型进行设计和研究，然后通过串联多级相同的水力模型来实现多级泵水力设计目标。但是，多级泵内部流动为复杂的三维流动，级与级之间性能存在密切的匹配效应，各级的入流条件与单级研究的假设差别很大，因此，在对多级泵进行水力设计时，考虑多级泵级间的匹配效应是非常必要的。本发明的目的在于在考虑多级泵级间匹配效应的基础上，对多级泵叶轮的几何参数进行水力设计，并通过外特性试验、迭代算法和CFD技术得到不同工况下的加权平均效率最高或加权平均功率最低的立式多级泵叶轮进出口直径和出口宽度的最佳值，进而为立式多级泵叶轮的水力设计方法提供一种思路，使得设计的多级泵叶轮更满足水力性能要求和更加符合实际运用。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于级间匹配效应的立式多级泵叶轮水力设计方法，该水力设计方法在考虑多级泵级间匹配效应的基础上，通过外特性试验、迭代算法和CFD技术得到不同工况下的加权平均效率最高或加权平均功率最低的立式多级泵叶轮进出口直径和出口宽度的最佳值。