[发明专利]一种轴向力自平衡的离心泵叶轮设计方法

说明书

本发明公布了一种轴向力自平衡的离心泵叶轮设计方法，针对离心泵运行过程中叶轮所受轴向力不平衡的现象，通过对叶轮出口方式的改进和对叶轮前盖板、叶轮后盖板的差异化设计来保证叶轮前盖板和后盖板的受力相等，从而实现离心泵叶轮轴向力自平衡的目的。与现有离心泵叶轮设计方法相比该设计方法相比该方法不用设置平衡孔，减少了离心泵内容积损失有利于泵效率的提高，并且能够避免离心泵在运行过程中由于轴向力不平衡所造成的动静转子之间的碰撞问题，减少了轴向力对于轴承的损害。

技术领域

本发明涉及一种离心泵叶轮的设计方法，特别是涉及一种能够实现轴向力自平衡的离心泵叶轮设计方法。

背景技术

离心泵作为一种重要的通用机械，广泛应用于能源、化工、水利、农业等领域。但由离心泵叶轮的结构特点导致泵在运行过程中叶轮所承受的轴向力不平衡。该轴向力的存在不仅会给轴承带来较大负荷加速轴承磨损，而且会造成叶轮的窜动和振动，响泵的效率和稳定运行。目前，对于单级离心泵平衡轴向力的方式主要以下几种：

[1]在后盖板打平衡孔；

[2]采用平衡管；

[3]采用带背叶片的叶轮；

[4]采用双吸叶轮；

但是，这些平衡轴向力的方式的缺点都比较明显，采用平衡孔或平衡管的平衡方法增加了泄露损失，泵的容积效率不高。带有背叶片的叶轮会增加圆盘摩擦损失不利于效率的提高。采用双吸叶轮时，由于密封环的磨损不同，会存在残余轴向力，这不仅会增加离心泵零部件的数量，使离心泵运行过程中发生故障的概率增加，且不利于离心泵效率的提高。

发明内容：

本发明的目的是为了解决离心泵运行过程中叶轮轴向力不平衡问题，该设计方法在不增加其他部件的基础上实现了离心泵叶轮轴向力的自平衡，本发明专利不仅有利于减小泵的容积损失提高泵的效率，还有利于提高泵运行的稳定性，减少轴向力对轴承和泵轴的损害，能够有效避免动静部件之间的摩擦碰撞，提高产品使用年限。

本发明方案主要通过以下技术方案解决的：根据离心泵内叶轮的受力特点，对叶轮的前盖板、后盖板、叶片出口线型等参数进行设计，并以叶轮受力平衡为出发点找出不同参数间的定量关系式，从而实现叶轮轴向力自平衡的目的。具体的设计过程如下：

叶轮当量直径D_c:

式中：

β₂—叶片出口安放角，度；

Q—泵的离心泵的流量，立方米/秒；

n—离心泵的转速，转/分；

n_s—比转数。

叶轮出口宽度b:

式中：

β₂—叶片出口安放角，度；

Q—泵的离心泵的流量，立方米/秒；

n—离心泵的转速，转/分；

z—叶片数；

n_s—比转数。

叶轮前盖板半径r₁：

式中：

Dc—叶轮当量直径，米；

H_p—叶轮出口势扬程，米；

r_j—叶轮进口半径，米；