一种固液两相流泵叶轮水力设计方法   0    0

本发明涉及一种固液两相流泵叶轮水力设计方法，特别涉及一种高比转数离心式固液两相流泵叶轮水力设计方法。本发明通过公式确定了叶轮出口直径D2、叶片出口宽度b2、叶片出口安放角β2、叶片出口安放角修正量Δβ2、叶片入口安放角β1、叶片数z、叶片入口排挤系数Ψ1、叶片出口排挤系数Ψ2、叶片真实厚度δ、叶片各处宽度bi、叶片出口切线的轴向夹角θ、叶轮前盖板圆弧半径Ra、叶轮后盖板圆弧半径Rb等叶轮的重要设计参数。经生产实践检验，本发明极大地提高了固液两相流泵的设计效率和设计水准，降低了设计成本和风险，根据本发明设计生产的固液两相流泵具有良好的使用性能和较高的经济效益。

1.一种固液两相流泵的叶轮水力设计方法，提供叶轮设计的主要几何参数，包括叶片各处宽度bi、叶片与前盖板交线在叶片出口处的倾角θ、叶片真实厚度δ、叶片真实厚度尺寸系数A、扬程H、水力效率ηΓ、叶轮出口直径D2、叶片出口直径尺寸系数kD、叶轮出口直径的单元直径Dq、叶片出口安放角β2、叶片出口安放角修正量Δβ2、叶片出口排挤系数Ψ2、叶片出口宽度b2、叶片出口宽度尺寸系数kb、叶片数z、叶片入口安放角β1、叶片入口直径D1、叶片入口排挤系数Ψ1、叶轮进口直径Dj、叶片进口直径尺寸系数K1、叶轮前盖板圆弧半径Ra、叶轮后盖板圆弧半径Rb，其特征在于叶轮几何参数与泵设计工况点性能参数Q、H、n以及输送的固液两相流特性参数d、P适合以下关系：
θ＝(78.86-0.337d-26.91P+0.022d×P+8.913P2)(-0.141H2+1.505)   (2)
式中：
bi——在叶轮轴面图上以叶片流道中线距离轴线距离为Di的点为圆心做圆与叶片轮廓切于两点，光滑连接圆心和切点形成的曲线长度即为bi，米；
θ——在轴面图上，叶轮前盖板与叶片交界线在叶片出口处的切线与轴线方向的夹角，弧度；
Di——叶片流道中线距离轴线的距离，米；
H——扬程，米；
D2——叶轮出口直径，米；
Q——流量，米3/小时；
b2——叶片出口宽度，米；
d——固体颗粒均值粒径，毫米；
P——固体颗粒体积浓度，百分比；
n——设计工况点的转速，转/分钟。

2.如权利要求1所述的一种固液两相流泵的叶轮水力设计方法，叶片真实厚度δ、叶片真实厚度尺寸系数A，设计公式如下：
式中：
δ——叶片真实厚度，叶片两面之间的最小距离，毫米；
z——叶片数，个；
A——叶片真实厚度尺寸系数，用于对叶片真实厚度进行修正；
ns——比转数；
H——扬程，米；
D2——叶轮出口直径，米；
d——固体颗粒均值粒径，毫米；
P——固体颗粒体积浓度，百分比。

3.如权利要求1所述的一种固液两相流泵的叶轮水力设计方法，固液两相流泵的扬程H，水力效率ηΓ，设计公式如下：
ηΓ＝(-0.01z2+0.1z+0.64)sin(0.002ns+7.18)   (6)
式中：
ω——叶轮角速度，弧度/秒；
ηΓ——水力效率；
g——重力加速度，米/秒2；
β2——叶片出口安放角，弧度；
Δβ2——叶片出口安放角修正量，弧度；
Ψ2——叶片出口排挤系数；
H——扬程，米；
D2——叶轮出口直径，米；
z——叶片数，个；
Q——流量，米3/小时；
ns——比转数；b2——叶片出口宽度，米。

4.如权利要求1所述的一种固液两相流泵的叶轮水力设计方法，固液两相流泵的叶轮出口直径D2、叶片出口直径尺寸系数kD、叶轮出口直径的单元直径Dq，设计公式如下：
D2＝kDDq sin(6.124P+1.135)   (7)
kD＝(2.996ns+930.3)/(ns+29.38)   (8)
Dq＝1.69e(-1.734Q-4.104Q×n-0.2793n+2.042)/(2.237Q+0.05n+1.352Q×n+7.626)   (9)式中：
kD——叶片出口直径尺寸系数；
Dq——叶轮出口直径的单元直径，米；
D2——叶轮出口直径，米；
Q——流量，米3/小时；
n——设计工况点的转速，转/分钟；
ns——比转数；
P——固体颗粒体积浓度，百分比。

5.如权利要求3所述的一种固液两相流泵的叶轮水力设计方法，固液两相流泵的叶片出口安放角β2、叶片出口安放角修正量Δβ2、叶片入口排挤系数Ψ1，设计公式如下：
式中；
β2——叶片出口安放角，弧度；
P——固体颗粒体积浓度，百分比；
Ψ2——叶片出口排挤系数；
Ψ1——叶片入口排挤系数；
z——叶片数，个。

6.如权利要求3所述的一种固液两相流泵的叶轮水力设计方法，固液两相流泵的叶片出口排挤系数Ψ2，设计公式如下：
式中：
Ψ2——叶片出口排挤系数；
Q——流量，米3/小时；
b2——叶片出口宽度，米；
ω——叶轮角速度，弧度/秒；
β2——叶片出口安放角，弧度；
z——叶片数，个；
D2——叶轮出口直径，米。

7.如权利要求1所述的一种固液两相流泵的叶轮水力设计方法，固液两相流泵的叶片出口宽 度b2、叶片出口宽度尺寸系数kb，设计公式如下：
式中：
n——设计工况点的转速，转/分钟；
kb——叶片出口宽度尺寸系数；
b2——叶片出口宽度，米；
Q——流量，米3/小时；
P——固体颗粒体积浓度，百分比；
d——固体颗粒均值粒径，毫米；
ns——比转数。

8.如权利要求2所述的一种固液两相流泵的叶轮水力设计方法，固液两相流泵的叶片数z、叶片入口安放角β1，设计公式如下：
1/12
β1＝24.55d    (17)
式中：
β1——叶片入口安放角，弧度；
D1——叶片入口直径，米；
z——叶片数，个；
β2——叶片出口安放角，弧度；
D2——叶轮出口直径，米；
P——固体颗粒体积浓度，百分比；
d——固体颗粒均值粒径，毫米。

9.如权利要求8所述的一种固液两相流泵的叶轮水力设计方法，固液两相流泵的叶片入口直径D1、叶轮进口直径Dj、叶片进口直径尺寸系数K1，设计公式如下：
D1＝767.7K1Dj/(d+732.8)   (18)
Dj＝(115200/(π4Ψ1))1/6sin(6.124P+1.135)Dq   (19)
K1＝12.19ns1/2   (20)
式中：
K1——叶片进口直径尺寸系数；
Dj——叶轮进口直径，米；
D1——叶片入口直径，米；
d——固体颗粒均值粒径，毫米；
P——固体颗粒体积浓度，百分比；
Ψ1——叶片入口排挤系数；
Dq——叶轮出口直径的单元直径，米；
ns——比转数。

10.如权利要求1所述的一种固液两相流泵的叶轮水力设计方法，叶轮前盖板圆弧半径Ra、叶轮后盖板圆弧半径Rb，设计公式如下：
式中：
b1——叶片入口直径，米；
Ra——叶轮前盖板圆弧半径，具体指叶轮轴面与叶轮前盖板交线的圆弧半径；
Rb——叶轮后盖板圆弧半径，具体指叶轮轴面与叶轮后盖板交线的圆弧半径；
D1——叶片入口直径，米；
D2——叶轮出口直径，米；
b2——叶片出口宽度，米。