[發明專利]高效低汽蝕無過載離心泵葉輪設計方法

有效

• 申請號: 201210574324.7
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103047174A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 張興林;李鯤;吳生盼;沈宗沼;丁強民;姚黎明;劉海山;丁思云;李香
• 申請（專利權）人: 合肥通用機械研究院
• 主分類號: F04D29/22
• 分類號: F04D29/22;F04D29/66
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

技術領域

本發明涉及離心泵葉輪技術領域，具體涉及一種高效低汽蝕無過載離心泵葉輪設計方法。

背景技術

目前公知的離心泵葉輪設計方法是：在滿足流量、揚程等設計要求下，盡可能減小葉輪外徑，以提高泵效率，從而使得葉片出口安放角較大。因此，一般離心泵軸功率隨流量增大而不斷增加，且比轉速越低，軸功率曲線隨流量增大而上升越快，當離心泵在較大流量運行時，易使軸功率超過配套的原動機功率，導致原動機過載。然而很多工作場合要求離心泵同時具備效率高、汽蝕性能優以及實現大流量工況下（全揚程全流量）安全可靠地無過載運行。

現有專利“一種無過載低比速離心泵葉輪”（申請號：90214606.8）指出：“中國專利89212885.2‘用于旋轉式流體機械漸開線葉輪’能較好地解決泵軸功率隨流量增大而不斷增加的問題，但其不足是泵的效率難以提高……泵的效率僅達到國標GB9477-88的B線水平。”

現有專利“一種低比速離心泵葉輪設計方法”（申請號：200410014937.0）進一步指出：“現有的專利技術89212885.2號專利‘用于旋轉式流體機械漸開線葉輪’和90214606.8號專利‘一種無過載低比速離心泵葉輪’，提出了一些新的設計方法……但這兩個專利仍然存在以下三個方面的問題……還有可能在使用工況發生超載……設計工況效率偏低。”

然而，現有專利（申請號分別為：89212885.2、90214606.8以及200410014937.0）中所記載的技術方案均還存在以下三方面的問題：其一、離心泵無過載特性不理想，主要表現為大流量區軸功率未真正出現功率極大值（即軸功率隨流量增大而繼續緩慢增加，在大流量區，葉輪由于發生汽蝕而致軸功率下降），如圖1所示；或軸功率極大值與設計點（額定點）軸功率之比大于1.1，致使配套的原動機功率較大，從而在很大程度上失去了無過載特性的意義；其二、汽蝕性能較差，葉輪易汽蝕，并產生振動、噪聲和軸功率下降，主要表現為某些離心泵的無過載特性，實際上是由于汽蝕現象導致大流量區軸功率下降而產生的無過載假象，而不是離心泵真正具備無過載特性；當該種離心泵用于進口液面遠高于葉輪或者進口壓力較高的閉式管路系統等場合時，則不存在汽蝕現象，從而在大流量運行時仍然出現過載問題，如圖2所示；汽蝕性能較差的另一方面是，由于追求無過載特性而影響汽蝕性能；其三、泵效率仍需提高。

總之，目前無過載離心泵還存在的問題有：1、無過載特性不理想；2、汽蝕性能較差；3、效率較低。其實此三方面問題正是現實存在的問題，其中有些問題是一般設計者尚未意識到的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種高效低汽蝕無過載離心泵葉輪設計方法，用本方法設計得到的離心泵葉輪同時具備真正理想的無過載特性、高效率和低汽蝕等優良性能。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種高效低汽蝕無過載離心泵葉輪設計方法，其特征在于本離心泵葉輪的水力模型幾何參數如下：

β_2s＝14°～21°；

β_2p＝10°～16°；

Δβ₂＝β_2s－β_2p＝2°～7°；

β_1s＝15°～36°；

β_1p＝16°～35°；

Z＝4～6；

θ＝155°～210°；

Y＝0.8～1.5；

式中：β_2s-葉片出口背面安放角，度；

β_2p—葉片出口工作面安放角，度；

Δβ₂—葉片兩面出口安放角的角度差，度；

β_1s—葉片進口背面安放角，度；

β_1p—葉片進口工作面安放角，度；

Z—葉片數，個；

θ—葉片包角，度；

Y—面積比。

優選的，所述Y＝1.1～1.5。

本發明專利的申請人在多年分析研究旋轉葉輪內的非慣性系、非定常流等特性的基礎上，對輸入水力功率Ph得出了一些如下的新認識：

1、輸入水力功率Ph是原動機輸入的機械功率（軸功率）扣除機械損失功率后那部分的機械功率，即泵軸帶動葉輪旋轉，從而葉片對介質產生作用力（推動力）所對應原動機的機械能。