本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域，特別涉及一種噴涂多級(jí)離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

離心泵是供輸送清水及物理化學(xué)性質(zhì)類似于清水的其他液體的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，而多級(jí)離心泵則由多個(gè)葉輪串聯(lián)組成，具有運(yùn)行安全平穩(wěn)、噪音低、壽命久、安裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛于工業(yè)、民用、建筑給排水、暖通、制冷、排污、消防以及化工、制藥等領(lǐng)域。

對(duì)于普通多級(jí)離心泵葉輪，經(jīng)過一段時(shí)間水流的沖刷后，葉輪流道內(nèi)壁很快就會(huì)變得粗糙不平，摩擦阻力系數(shù)增加，水頭損失增加，導(dǎo)致泵效率下降，揚(yáng)程不足等情況。而噴涂多級(jí)離心泵葉輪是對(duì)離心泵葉輪進(jìn)行噴涂工藝技術(shù)處理，可有效避免這種情況的同時(shí)，還可以彌補(bǔ)葉輪加工工藝造成的鑄造空洞裂縫等缺陷，提高泵的整體效率、抗汽蝕性能，葉輪防磨抗磨效果明顯，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，減少設(shè)備維修更新的頻次。

在噴涂離心泵中，葉輪是最重要的過流部件，其作用是將原動(dòng)機(jī)中的機(jī)械能以靜壓能與動(dòng)能的形式傳給液體，達(dá)到液體抽送的目的。葉輪的設(shè)計(jì)合理與否直徑關(guān)系到噴涂多級(jí)離心泵的各項(xiàng)性能與指標(biāo)。噴涂多級(jí)離心泵葉輪的設(shè)計(jì)與普通離心泵的設(shè)計(jì)有較大差別，經(jīng)過噴涂技術(shù)處理后，葉輪內(nèi)壁液體流態(tài)發(fā)生較大改變，液體紊流及局部小漩渦減小，致使泵效率發(fā)生較大幅度提升，從而葉輪外徑及葉輪出口寬度等的設(shè)計(jì)與普通離心泵有較大區(qū)別，傳統(tǒng)的多級(jí)離心泵設(shè)計(jì)方法多借助于半經(jīng)驗(yàn)半理論設(shè)計(jì)方法，對(duì)于這種情況傳統(tǒng)設(shè)計(jì)公式及系數(shù)適應(yīng)性欠佳，其實(shí)際工作性能往往無法滿足生產(chǎn)制造的要求。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法不再適用，而在現(xiàn)有技術(shù)下，噴涂離心泵葉輪的水力設(shè)計(jì)依然主要依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，從而造成設(shè)計(jì)的不確定性大，設(shè)計(jì)成本和風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，較難滿足當(dāng)今市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)的要求。本發(fā)明人融入了在生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中行之有效的經(jīng)驗(yàn)，重新總結(jié)，提出了一套適用于噴涂多級(jí)離心泵葉輪的設(shè)計(jì)方法，減少設(shè)計(jì)成本并且大幅度縮短設(shè)計(jì)周期，以達(dá)到對(duì)噴涂離心清水泵葉輪更加精準(zhǔn)高效的設(shè)計(jì)效果。

經(jīng)檢索，未見噴涂多級(jí)離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法相關(guān)專利或文章的公開報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)方案的上述問題，本發(fā)明提供了一種噴涂多級(jí)離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法。具體實(shí)施方案如下：

一種噴涂多級(jí)離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法，主要針對(duì)使用介質(zhì)為清水的多級(jí)離心泵葉輪內(nèi)表面進(jìn)行包括超音速火焰噴涂、電弧噴涂和熔化燒結(jié)方法的噴涂技術(shù)處理，并且對(duì)經(jīng)噴涂技術(shù)處理后發(fā)生顯著變化的參數(shù)進(jìn)行了科學(xué)整合與技術(shù)修正，主要給出了多級(jí)離心泵效率估算公式η以及噴涂多級(jí)離心泵葉輪的主要幾何參數(shù)葉輪外徑d2，葉輪出口寬度b2的重新優(yōu)化設(shè)計(jì)公式及系數(shù)修正，主要由以下關(guān)系式確定：

(1)噴涂多級(jí)離心泵效率估算公式：

經(jīng)過噴涂技術(shù)處理后會(huì)，葉輪內(nèi)壁液體流態(tài)發(fā)生較大改變，液體紊流及局部小漩渦減小，致使泵效率發(fā)生較大幅度提升，以下是噴涂多級(jí)離心泵效率的估算修正公式：

式中：

η—效率；

ns—比轉(zhuǎn)速；

q—流量，m³/h；

n—轉(zhuǎn)速，r/min；

h—泵單級(jí)揚(yáng)程，m；

(2)葉輪出口直徑：

由于噴涂后葉輪效率的較大幅度改善，從而葉輪外徑及葉輪出口寬度等的設(shè)計(jì)與普通離心泵有較大區(qū)別，若采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)則揚(yáng)程偏高，難以達(dá)到優(yōu)良設(shè)計(jì)的效果，以下給出了針對(duì)噴涂多級(jí)離心泵葉輪外徑更佳的設(shè)計(jì)公式：

其中：

當(dāng)ns＝20～110時(shí)，取kd2＝1.07～1.21，比轉(zhuǎn)速小者取大值，反之取小值；

當(dāng)ns＝110～300時(shí)，取kd2＝1.07～1.31，比轉(zhuǎn)速大者取大值，反之取小值；

式中：

d2—葉輪出口直徑，mm；

kd2—外徑修正系數(shù)；

ns—比轉(zhuǎn)速；

q—流量，m³/h；

n—轉(zhuǎn)速，r/min；

優(yōu)選地，噴涂多級(jí)離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的外徑修正系數(shù)kd2按以下公式確定：

當(dāng)ns＝20～110時(shí)：

當(dāng)ns＝110～300時(shí)：

式中：

kd2—外徑修正系數(shù)；

ns—比轉(zhuǎn)速。

(3)葉輪出口寬度：

同樣地，由于噴涂后葉輪效率的改善后，傳統(tǒng)的葉輪出口寬度設(shè)計(jì)公式也不再適用，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)公式會(huì)導(dǎo)致寬度余量過大，以致葉輪軸功率偏高，不利于整機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，以下給出了噴涂多級(jí)離心泵葉輪出口寬度的設(shè)計(jì)公式：

其中：

當(dāng)ns＝20～110時(shí)，取kb2＝1.19～2.72，比轉(zhuǎn)速小者取大值，反之取小值；

當(dāng)ns＝110～300時(shí)，取kb2＝0.75～1.19，比轉(zhuǎn)速小者取大值，反之取小值；

式中：

b2—葉輪出口寬度，mm；

kb2—出口寬度修正系數(shù)；

ns—比轉(zhuǎn)速；

q—流量，m³/h；

n—轉(zhuǎn)速，r/min；

h—泵單級(jí)揚(yáng)程，m；

優(yōu)選地，噴涂多級(jí)離心泵葉輪的出口寬度修正系數(shù)kb2按以下公式確定：

當(dāng)ns＝20～110時(shí)：

kb2＝17.376q^0.44n^0.94h^-0.81-12.97(7)

當(dāng)ns＝110～300時(shí)：

kb2＝5.738q^0.04n^0.54h^-1.21(8)式中：

kb2—出口寬度修正系數(shù)；

q—流量，m³/h；

n—轉(zhuǎn)速，r/min；

h—泵單級(jí)揚(yáng)程，m；

為保證設(shè)計(jì)方法的完整性，下面對(duì)噴涂多級(jí)離心泵葉輪其他重要幾何參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步闡述，其余葉輪重要幾何設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)計(jì)可參考傳統(tǒng)的多級(jí)泵葉輪設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)，具體如下：(4)葉輪進(jìn)口直徑：

式中：

dj—葉輪進(jìn)口直徑，mm；

d0—葉輪進(jìn)口當(dāng)量直徑，mm；

dh—葉輪輪轂直徑，mm；

q—流量，m³/h；

n—轉(zhuǎn)速，r/min；

kd0—葉輪進(jìn)口系數(shù)，具體按以下范圍選?。?/p>

主要考慮效率kd0＝3.6～4.1；

兼顧效率和汽蝕kd0＝4.1～4.5；

主要考慮汽蝕kd0＝4.5～5.6；

(5)葉片出口安放角：

β2＝16°～36°(11)式中：

β2—葉片出口安放角，°；

其中，低比轉(zhuǎn)速泵葉片出口安放角β2取大值，可增加揚(yáng)程，減小外徑從而減小泵損失，提高泵效率，當(dāng)為獲得下降的特性曲線或平坦的功率曲線時(shí)，β2宜取小值；

(6)葉片數(shù)：

z＝4～9(12)式中：

z—葉片數(shù),比轉(zhuǎn)速大者取小值，反之取大值；

(7)葉片包角：

式中：

—葉片包角，°；

z—葉片數(shù)；

—葉片包角系數(shù)；

其中：ns小者取大值，反之取小值；

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明：

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例一種噴涂多級(jí)離心泵葉輪軸面投影圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例一種噴涂多級(jí)離心泵葉輪平面圖；

其中；1.葉輪輪轂直徑dh；2.葉輪進(jìn)口直徑dj；3.葉輪出口直徑d2；4.葉輪出口寬度b2；5.葉片包角6.葉片出口安放角β2。

具體實(shí)施方式

圖1和圖2分別為本發(fā)明噴涂多級(jí)離心泵葉輪一實(shí)施例的軸面投影圖與平面圖。

一種噴涂多級(jí)離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法，主要針對(duì)使用介質(zhì)為清水的多級(jí)離心泵葉輪內(nèi)表面進(jìn)行包括超音速火焰噴涂、電弧噴涂和熔化燒結(jié)方法的噴涂技術(shù)處理，并且對(duì)經(jīng)噴涂技術(shù)處理后發(fā)生顯著變化的參數(shù)進(jìn)行了科學(xué)整合與技術(shù)修正，主要給出了多級(jí)離心泵效率估算公式η以及噴涂多級(jí)離心泵葉輪的主要幾何參數(shù)葉輪外徑d2，葉輪出口寬度b2的重新優(yōu)化設(shè)計(jì)公式及系數(shù)修正，主要由以下關(guān)系式確定：

(1)噴涂多級(jí)離心泵效率估算公式：

經(jīng)過噴涂技術(shù)處理后會(huì)，葉輪內(nèi)壁液體流態(tài)發(fā)生較大改變，液體紊流及局部小漩渦減小，致使泵效率發(fā)生較大幅度提升，以下是噴涂多級(jí)離心泵效率的估算修正公式：

(2)葉輪出口直徑：

由于噴涂后葉輪效率的較大幅度改善，從而葉輪外徑及葉輪出口寬度等的設(shè)計(jì)與普通離心泵有較大區(qū)別，若采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)則揚(yáng)程偏高，難以達(dá)到優(yōu)良設(shè)計(jì)的效果，以下給出了針對(duì)噴涂多級(jí)離心泵葉輪外徑更佳的設(shè)計(jì)公式：

其中：

當(dāng)ns＝20～110時(shí)，取kd2＝1.07～1.21，比轉(zhuǎn)速小者取大值，反之取小值；

當(dāng)ns＝110～300時(shí)，取kd2＝1.07～1.31，比轉(zhuǎn)速大者取大值，反之取小值；

優(yōu)選地，噴涂多級(jí)離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的外徑修正系數(shù)kd2按以下公式確定：

當(dāng)ns＝20～110時(shí)：

當(dāng)ns＝110～300時(shí)：

(3)葉輪出口寬度：

同樣地，由于噴涂后葉輪效率的改善后，傳統(tǒng)的葉輪出口寬度設(shè)計(jì)公式也不再適用，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)公式會(huì)導(dǎo)致寬度余量過大，以致葉輪軸功率偏高，不利于整機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，以下給出了噴涂多級(jí)離心泵葉輪出口寬度的設(shè)計(jì)公式：

其中：

當(dāng)ns＝20～110時(shí)，取kb2＝1.19～2.72，比轉(zhuǎn)速小者取大值，反之取小值；

當(dāng)ns＝110～300時(shí)，取kb2＝0.75～1.19，比轉(zhuǎn)速小者取大值，反之取小值；

優(yōu)選地，噴涂多級(jí)離心泵葉輪的出口寬度修正系數(shù)kb2按以下公式確定：

當(dāng)ns＝20～110時(shí)：

kb2＝17.376q^0.44n^0.94h^-0.81-12.97(7)當(dāng)ns＝110～300時(shí)：

kb2＝5.738q^0.04n^0.54h^-1.21(8)

為保證設(shè)計(jì)方法的完整性，下面對(duì)噴涂多級(jí)離心泵葉輪其他重要幾何參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步闡述，其余葉輪重要幾何設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)計(jì)可按傳統(tǒng)的多級(jí)泵葉輪設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)，具體如下：

(4)葉輪進(jìn)口直徑：

kd0—葉輪進(jìn)口系數(shù)，具體按以下范圍選?。?/p>

主要考慮效率kd0＝3.6～4.1；

兼顧效率和汽蝕kd0＝4.1～4.5；

主要考慮汽蝕kd0＝4.5～5.6；

(5)葉片出口安放角：

β2＝16°～36°(11)

其中，低比轉(zhuǎn)速泵葉片出口安放角β2取大值，可增加揚(yáng)程，減小外徑從而減小泵損失，提高泵效率，當(dāng)為獲得下降的特性曲線或平坦的功率曲線時(shí)，β2宜取小值；

(6)葉片數(shù)：

z＝4～9(12)式中：

z—葉片數(shù),比轉(zhuǎn)速大者取小值，反之取大值；

(7)葉片包角：

其中：ns小者取大值，反之取小值；

本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例，也包含本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)的其它實(shí)施例和變形例。