專利名稱：一種高效節(jié)能兩相流離心泵葉片型線參數(shù)的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效節(jié)能兩相流離心泵葉片型線參數(shù)的確定方法，是在離心泵設(shè)計(jì)階段，提供了能夠獲得由一組與最低限度的脫流損失相對應(yīng)的(兩相流)離心泵流線型葉片型線參數(shù)的方法，適用于在垂直于葉輪主軸的截面上的離心泵葉輪型線及其參數(shù)確定；適用于可以簡化成柱狀葉片的“兩相流”離心泵葉輪型線及其參數(shù)確定。
背景技術(shù)：
目前“公知”的兩相流離心泵(包括離心泵)葉輪水力參數(shù)的確定方法，普遍采用傳統(tǒng)的離心泵水力參數(shù)設(shè)計(jì)法或叫經(jīng)驗(yàn)法，確定葉片型線(如“變角螺旋線”，“對數(shù)螺旋線”等)和相關(guān)的水力參數(shù)(如入口直徑D1，入口安裝角β1，入口寬度b1，出口直徑D2，出口安裝角β2，出口寬度b2，然后驗(yàn)算是否滿足所給工況條件。
傳統(tǒng)的離心泵水力參數(shù)的設(shè)計(jì)，主要基于理想流體的假設(shè)條件而不考慮流體的粘性。因此，它只能計(jì)算速度不能計(jì)算流體與壁面間的阻力，更不能在參數(shù)設(shè)計(jì)階段分析流體的流動損失。欲獲得離心泵高效優(yōu)秀的水力模型，只能借助于經(jīng)驗(yàn)或可比資料。當(dāng)工況條件差距較大時(shí)，要獲得理想的水力模型是很困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已由技術(shù)的不足而提供一種最大限度地減少或消除“脫流損失”，同時(shí)又使得因脫流而造成的固體顆粒的局部沖擊磨損響應(yīng)地減少，獲得了減磨效果的高效節(jié)能兩相流離心泵葉片型線參數(shù)的確定方法。
本發(fā)明的目的可以通過如下措施來達(dá)到一種高效節(jié)能兩相流離心泵葉片型線參數(shù)的確定方法，其特征在于其包括如下步驟根據(jù)工況條件，輸入已知參數(shù)流量Q，揚(yáng)程H，介質(zhì)的質(zhì)量濃度Cm，泵的轉(zhuǎn)速n；初選葉輪的相關(guān)參數(shù)入口直徑D1(2r1)，葉輪出口直徑D2(2r2)，葉片數(shù)Z，葉片的厚度S，入口安裝角β1，入口寬度b1，出口寬度b2；賦初值葉片彎曲系數(shù)Kv0＝2.00-5.00，步長ΔKv的取值范圍是-0.1至-0.3；根據(jù)下列方程與方法，確定葉片型線彎曲系數(shù)Kv及葉片型線參數(shù)r、θ1.取葉片彎曲系數(shù)初始值Kv0
Kv0＝2.00-5.00 (1a)Kv＝Kv0(1b)r=r1[Crsinβ]Kv---(1c)]]>θ＝Kv(cotβ+β-Cθ)(1d)Cr＝ξsinβ1(1e)Cθ＝ξ(cotβ1+β1)(1f)2.計(jì)算邊界層厚度δ2 w0=1rsinβCq---(2b)]]>ηv＝0.853+0.0241nns(2c)ns=3.65nQH0.75---(2d)]]>
kδ=1/163·375---(2g)]]>ψ＝CmKv(2h)δ22=δ2j2=v0.47w06exp[∫w01w0ψkδw0dw0]×{∫0xw05exp[∫w01w0(-ψkδw0)dw0]dx}---(2i)]]>3.計(jì)算第一因子Kdw0dx=-1r2[1-1Kv]Cq---(3a)]]>
K=δ22vdw0dx---(3b)]]>4.計(jì)算形狀因子ΛΛ＝K(1078.6K2+164.8K+75.8)(4)5.計(jì)算固相擾動系數(shù)KψKψ＝1+CmKv(5)6.邊界層分離點(diǎn)的位置估算條件判斷若如下條件滿足，即|KψΛ-M1lim|≤εm(6)計(jì)算結(jié)束(成功)，輸出計(jì)算結(jié)果Kv、r、θ；若(6)條件不滿足，重新取Kv＝Kv1＝Kv0+ΔKv，返回重新計(jì)算，條件滿足計(jì)算結(jié)束(成功)，輸出計(jì)算結(jié)果Kv、r、θ；若條件還不滿足，繼續(xù)重新取Kv＝Kvj＝Kvj-1+ΔKv(j＝1，2...m)，返回重新計(jì)算，直至條件判斷式(6)滿足為止，計(jì)算結(jié)束(成功)，輸出計(jì)算結(jié)果Kv、r、θ；上式中Cr、Cθ為由葉輪的入口安裝角確定的系數(shù)，Cq為流量系數(shù)，ξ為考慮邊界層排擠效應(yīng)的系數(shù)，其值在0.6100-1.275中試?。籸為葉片的極半徑；θ為極角；β葉片安裝角，Kv為彎曲系數(shù)；v為介質(zhì)的運(yùn)動黏度，可由規(guī)范中查出；w0為葉輪內(nèi)勢流場的速度；M1lim為界限值，從10.5-11.5任意選?。沪舖為計(jì)算精度要求值，取εm＝0.0001；δ2為葉片壓力面兩相流邊界層動量損失厚度；ψ為與介質(zhì)濃度相關(guān)的系數(shù)；為流量排擠系數(shù)。
本發(fā)明同已有技術(shù)相比可產(chǎn)生如下積極效果本發(fā)明針對已有技術(shù)的問題給出了一種取消理想流體假設(shè)條件來確定離心泵葉片型線參數(shù)的方法，從而獲得了用粘性流理論確定的兩相流離心泵葉片型線參數(shù)的方法，本發(fā)明是在考慮流體粘性的條件下，以離心泵內(nèi)固液兩相流體為研究對象，通過流體與過流壁面間的阻力關(guān)系，將過流部件的邊界層分離點(diǎn)移向下游，最大限度地減少或消除“脫流損失”，同時(shí)又使得因脫流而造成的固體顆粒的局部沖擊磨損相應(yīng)的減少，獲得了減磨效果。
本發(fā)明彎曲系數(shù)Kv的設(shè)計(jì)是依據(jù)于最小脫流損失條件進(jìn)行的，描述了由一組與最低限度的脫流損失相對應(yīng)的葉片型線參數(shù)所構(gòu)成的流線型葉片。
本發(fā)明的方法與“公知”的傳統(tǒng)的方法相比，能夠獲得在不同工況條件下的具有與最小脫流損失相對應(yīng)的葉片型線參數(shù)，能夠在離心泵葉輪的方案設(shè)計(jì)階段評價(jià)或估算其水力性能，與傳統(tǒng)的獲得優(yōu)秀水力模型必需靠大量的實(shí)驗(yàn)對比才能確定相比教，本發(fā)明的技術(shù)方案能較容易的，短周期的獲得無脫流損失的水力模型。
總之，本發(fā)明根據(jù)給定的工況條件，在離心泵設(shè)計(jì)階段，實(shí)現(xiàn)了由一組與最低限度的脫流損失相對應(yīng)的葉片型線參數(shù)的方法。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖
對本實(shí)用新型的最佳實(shí)施方式作詳細(xì)說明實(shí)施例1一臺渣漿泵，輸送的介質(zhì)為細(xì)沙和水混合液，質(zhì)量濃度Cm不超過40％，其設(shè)計(jì)要求見表1。
表1性能參數(shù)表
①根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇葉輪入口參數(shù)，葉輪出口直徑的初始值和葉片數(shù)、葉片厚度，結(jié)果見表2。
表2葉輪相關(guān)參數(shù)
②彎曲系數(shù)Kv的確定葉片型線參數(shù)方程為r=r1[Crsinβ]Kv]]>
θ＝Kv(cotβ+β-Cθ)式中，r1＝0.5D1＝75mm，為葉片入口半徑；Cr，Cθ為由葉輪的入口條件確定的系數(shù)，本算例Cr＝0.642 8ξ，Cθ＝1.889 9ξ，其中，ξ＝1.0000；本算例取Cm＝40％，M1lim＝11.0，εm＝0.0001；兩相流體的運(yùn)動黏度(與流體的質(zhì)量濃度有關(guān))v，當(dāng)質(zhì)量濃度Cm＝40％時(shí)，由規(guī)范中查得v＝0.0505×10-4m2/s；葉片彎曲系數(shù)的初始值取Kv0＝2.00，步長的范圍ΔKv＝-0.15。
通過離心泵固液兩相流的邊界層分離點(diǎn)的位置分析，依據(jù)無脫流損失條件|KψΛ-M1lim|≤εm，可得本實(shí)施例的設(shè)計(jì)結(jié)果為Kv＝1.40。
其計(jì)算過程參見計(jì)算表1計(jì)算表1
實(shí)施例2一臺渣漿泵，輸送的介質(zhì)為細(xì)沙和水混合液，質(zhì)量濃度Cm不超過30％，其設(shè)計(jì)要求見表3。
表3性能參數(shù)表
①根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇葉輪入口參數(shù)，葉輪出口直徑的初始值和葉片數(shù)，結(jié)果見表4。
表4葉輪參數(shù)
②彎曲系數(shù)Kv的確定.。
葉片型線方程為r=r1[Crsinβ]Kv]]>θ＝Kv(cotβ+β-Cθ)式中，r1＝0.5D1＝75mm，為葉片入口半徑；Cr，Cθ為由葉輪的入口條件確定的系數(shù)，本算例Cr＝0.642 8ξ，Cθ＝1.889 9ξ，其中，ξ＝1.0000；本算例取Cm＝30％，M1lim＝-11.0，εm＝0.00001；b1＝58mm，b2＝45mm；兩相流體的運(yùn)動黏度(與流體的質(zhì)量濃度有關(guān))v，當(dāng)質(zhì)量濃度Cm＝30％時(shí)，由規(guī)范中查得v＝0.0448×10-4m2/s；葉片彎曲系數(shù)的初始值取Kv0＝2.30，控制步長取ΔKv＝-0.15。
通過離心泵固液兩相流的邊界層分離點(diǎn)的位置分析，依據(jù)無脫流損失條件|KψΛ-M1lim|≤εm，可得本實(shí)施例的設(shè)計(jì)結(jié)果為Kv＝1.25。
其計(jì)算過程參見計(jì)算表2。
計(jì)算表權(quán)利要求
1.一種高效節(jié)能兩相流離心泵葉片型線參數(shù)的確定方法，其特征在于其包括如下步驟①根據(jù)工況條件，輸入已知參數(shù)流量Q，揚(yáng)程H，介質(zhì)的質(zhì)量濃度Cm，泵的轉(zhuǎn)速n；②初選葉輪的相關(guān)參數(shù)入口直徑D1(2r1)，葉輪出口直徑D2(2r2)，葉片數(shù)Z，葉片的厚度S，入口安裝角β1，入口寬度b1，出口寬度b2；③賦初值葉片彎曲系數(shù)Kv0＝2.00-5.00，步長ΔKv的取值范圍是-0.1至-0.3；④根據(jù)下列方程與方法，確定葉片型線彎曲系數(shù)Kv及葉片型線參數(shù)r、θ1.取葉片彎曲系數(shù)初始值Kv0Kv0＝2.00-5.00 (1a)Kv＝Kv0(1b)r=r1[Crsinβ]Kv---(1c)]]>θ＝Kv(c0tβ+β-Cθ) (1d)Cr＝ξsinβ1(1e)Cθ＝ξ(cotβ1+β1) (1f)
2.計(jì)算邊界層厚度δ2 w0=1rsinβCq---(2b)]]>ηv＝0.853+0.0241nns(2c)ns=3.65nQH0,75---(2d)]]> b=b2-b1r2-r1(r-r1)+b1---(2f)]]>kδ=1/163·375---(2g)]]>ψ＝CmKv(2h)δ22=δ2j2=v0.47w06exp[∫w01w0ψkδw0dw0]×{∫0xw05exp[∫w01w0(-ψkδw0)dw0]dx}---(2i)]]>
3.計(jì)算第一因子Kdw0dx=-1r2[1-1Kv]Cq---(3a)]]>K=δ22vdw0dx---(3b)]]>
4.計(jì)算形狀因子ΛΛ＝K(1078.6K2+164.8K+75.8)(4)
5.計(jì)算固相擾動系數(shù)KψKψ＝1+CmKv(5)
6.邊界層分離點(diǎn)的位置估算條件判斷若如下條件滿足，即|KψΛ-M1lim|≤εm(6)計(jì)算結(jié)束(成功)，輸出計(jì)算結(jié)果Kv、r、θ；若(6)條件不滿足，重新取kv＝Kv1＝Kv0+ΔKv，返回重新計(jì)算，條件滿足計(jì)算結(jié)束(成功)，輸出計(jì)算結(jié)果Kv、r、θ；若條件還不滿足，繼續(xù)重新取Kv＝Kvj＝Kvj-1+ΔKv(j＝1，2...m)，返回重新計(jì)算，直至條件判斷式(6)滿足為止，計(jì)算結(jié)束(成功)，輸出計(jì)算結(jié)果Kv、r、θ；上式中Cr、Cθ為由葉輪的入口安裝角確定的系數(shù)，Cq為流量系數(shù)，ξ為考慮邊界層排擠效應(yīng)的系數(shù)，其值在0.6100-1.275中試??；r為葉片的極半徑；θ為極角；β葉片安裝角，Kv為彎曲系數(shù)；v為介質(zhì)的運(yùn)動黏度，可由規(guī)范中查出；w0為葉輪內(nèi)勢流場的速度；M1lim為界限值，從10.5-11.5任意選??；εm為計(jì)算精度要求值，取εm＝0.0001；δ2為葉片壓力面兩相流邊界層動量損失厚度；ψ為與介質(zhì)濃度相關(guān)的系數(shù)；為流量排擠系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效節(jié)能兩相流離心泵葉片型線參數(shù)的確定方法，其特征在于根據(jù)已知參數(shù)及初選參數(shù)，并取葉片彎曲系數(shù)初始值K
文檔編號F04D29/18GK1811195SQ20051010470
公開日2006年8月2日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者朱玉才, 于京諾, 王保衛(wèi), 顧九春, 王亮申, 曲衍國 申請人:朱玉才