本發(fā)明涉及離心泵領(lǐng)域，特別涉及一種低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設計方法及低比轉(zhuǎn)速離心泵。

背景技術(shù)：

1、通常將比轉(zhuǎn)速ns＜30的離心泵稱為低比轉(zhuǎn)速離心泵，低比轉(zhuǎn)速離心泵具有流量小、揚程高的特點，因此受到廣泛的應用。但同時，低比轉(zhuǎn)速離心泵因為其流道狹長、葉輪外徑較大導致低比轉(zhuǎn)速離心泵工作效率低下，并且在流道中易產(chǎn)生旋渦等不良流態(tài)。因此，解決此類問題成為了低比轉(zhuǎn)速離心泵未來發(fā)展的一個要點。

2、近年來，學者及技術(shù)人員提出流道的擴散程度會影響離心泵工作效率，并通過設計葉輪尺寸如，改變出口葉片寬度使得流道出口面積改變，進而計算出流道進出口面積之比。發(fā)現(xiàn)進出口面積之比達到1.2～1.5能夠減少低比轉(zhuǎn)速離心泵的消耗能量，使低比轉(zhuǎn)速離心泵工作效率提高。

3、但該種通過設計葉輪尺寸改變流道擴散程度的方法并不能夠有效的減輕低比轉(zhuǎn)速流道中存在旋渦等不良流態(tài)的現(xiàn)狀。并且，通過設計葉輪的方式不能夠直接有效的控制流道，與此同時，通過設計葉輪的方法改善離心泵工作效率所消耗的時間、精力等也頗為巨大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設計方法及低比轉(zhuǎn)速離心泵，能夠保證在減少消耗能量的同時盡量避免流道中產(chǎn)生不良流態(tài)。保證低比轉(zhuǎn)速離心泵的工作效率及長期安全穩(wěn)定運行。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

3、一種低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設計方法，包括如下步驟：

4、根據(jù)低比轉(zhuǎn)速離心泵的額定流量qn、額定揚程hn和額定轉(zhuǎn)速n，確定流道進出口參數(shù)，所述流道進出口參數(shù)包括葉輪進出口直徑、流道內(nèi)外側(cè)圓角、流道包角、流道進出口角和流道進出口截面參數(shù)；

5、通過流道進口截面和流道出口截面確定曲線兩端，在流道進出口間設置至少4個過渡截面，采用圓弧曲線連接流道進口截面、過渡截面和流道出口截面，確定流道走向和形狀。

6、進一步，采用圓弧曲線連接流道進口截面、過渡截面和流道出口截面，確定流道走向具體確定如下：

7、采用圓弧曲線連接流道進口截面和流道出口截面，初步確定流道走向

8、以垂直于流道進、出口截面方向，流道進、出口截面中心點所在平面為基準平面，輪轂為圓心，在流道進出口間，間距為繪制至少4個同心圓，分別做同心圓與圓弧曲線交點，所做交點分別為過渡截面中心；式中：d2為葉輪出口直徑；r3為流道進口邊距軸心距離；

9、將流道進口截面中心與流道出口截面中心重疊，做流道進口截面對角線交于流道出口截面，同時做流道出口截面長短軸交于流道進口截面；將八條交線分別做出四個等分點，用擬合曲線連接對應等分點確定各個過渡截面形狀；采用圓弧曲線連接流道進口截面、過渡截面和流道出口截面，確定流道走向和形狀。

10、進一步，根據(jù)低比轉(zhuǎn)速離心泵的額定流量qn、額定揚程hn和額定轉(zhuǎn)速n，確定葉輪進出口直徑，具體為：

11、葉輪進口直徑dj由如下公式確定：

12、

13、其中：d0為葉輪進口當量直徑，m；

14、k0為系數(shù)，k0＝4.0～4.5；

15、qn為額定流量，m3/s；

16、n為泵轉(zhuǎn)速，r/min；

17、dh為輪轂直徑，m；

18、dj為葉輪進口直徑，m；

19、葉輪出口直徑d2按以下公式確定：

20、

21、其中：μd為葉輪出口直徑d2修正系數(shù)，當ns≤30時，取μd＝1.175～1.247，當ns較大時取較小值，當ns較小時取較大值；

22、ns為比轉(zhuǎn)速，

23、d2為葉輪出口直徑，m。

24、進一步，根據(jù)低比轉(zhuǎn)速離心泵的葉輪進口直徑dj、葉輪出口直徑d2和輪轂直徑dn，確定流道內(nèi)外側(cè)圓角，具體為：

25、流道內(nèi)側(cè)圓角r1范圍值可按以下公式確定后取整，具體為：

26、

27、其中：σ1為修正系數(shù)，取σ1＝0.85～1.1；

28、d2為葉輪出口直徑，m；

29、dj為葉輪進口直徑，m；

30、dh為輪轂直徑，m；

31、流道外側(cè)圓角r2范圍值可按以下公式確定后取整，具體為：

32、r2＝σ2(dj-dn)≤r3

33、其中：σ2為修正系數(shù)，取σ2＝0.9～1.5；

34、dj為葉輪進口直徑，m；

35、dh為輪轂直徑，m；

36、r3為流道進口邊距軸心距離，m；按以下公式確定：

37、r3＝kc(r1+dj)

38、其中：kc為r3修正系數(shù)，取kc＝1.05～1.25；

39、r1為流道內(nèi)側(cè)圓角，m。

40、進一步，根據(jù)低比轉(zhuǎn)速離心泵的葉輪出口直徑d2、流道進口邊距軸心距離r3確定流道包角和流道進出口角，具體為：

41、流道包角α按以下公式計算：

42、

43、其中：

44、d2為葉輪出口直徑，m；

45、r3為流道進口邊距軸心距離，m；

46、流道出口角β2范圍為50°～60°；

47、流道進口角β1由流道包角α和流道出口角β2控制，范圍為75°～85°。

48、進一步，所述流道進出口截面參數(shù)包括流道個數(shù)、流道進口面積和流道出口面積，具體確定如下：

49、流道個數(shù)z0通過以下公式確定：

50、

51、其中：k為系數(shù)，取k＝6.0～8.5；

52、d2為葉輪出口直徑，m；

53、dj為葉輪進口直徑，m；

54、α為流道包角；

55、設流道進口面積為a1，流道出口面積為a2，

56、其中，兩葉片間流道進口面積a1由以下公式確認：

57、

58、其中：r3為流道進口邊距軸心距離，m；

59、b1為葉片進口寬度，m；

60、ψ1為流道面積利用率；

61、z0為流道個數(shù)；

62、根據(jù)流道進出口面積之比確定流道出口面積為a2；

63、流道出口截面為橢圓形截面，橢圓形截面長半軸為a1，橢圓形截面短半軸為a2，

64、a2＝a1a2π

65、流道出口橢圓形截面短半軸a2應當滿足與葉輪前后蓋板間距c2近似相等，葉輪前后蓋板間距c2由以下公式確定：

66、

67、其中：kb為修正系數(shù)，取值范圍為kb＝1.09～1.152，當ns較大時，kb取小值；當ns較小時，kb取大值；

68、qn為正常工作流量，m3/s；

69、n為泵轉(zhuǎn)速，r/min。

70、進一步，在所述流道進口引入一段水平直線，直線長d1，由以下公式確定：

71、d1＝(0.7～0.9)dj

72、其中：dj為葉輪進口直徑，m。

73、一種低比轉(zhuǎn)速離心泵，利用所述的低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設計方法設計流道。

74、本發(fā)明的有益效果在于：

75、1.本發(fā)明所述的低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設計方法及低比轉(zhuǎn)速離心泵，通過對流道進出口的設計，直接控制兩葉片間流道進出口面積之比，進而盡量減少流道間的耗損，增加離心泵工作效率。

76、2.本發(fā)明所述的低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設計方法及低比轉(zhuǎn)速離心泵，通過直接對流道的設計，能夠有效的規(guī)避設計葉片時的冗雜設計，減少了設計過程中的試錯成本，并在設計流道中能夠更簡單的規(guī)避低比轉(zhuǎn)速離心泵流道中的不良流態(tài)，延長離心泵的使用年限，并保證水泵能夠在更長的時間中安全、高效地運行。

77、3.本發(fā)明所述的低比轉(zhuǎn)速離心泵流道設計方法及低比轉(zhuǎn)速離心泵，可以使此類離心泵獲得更佳的工作效率以及更安全有效的進行工作。