一种节段多级泵导叶轮设计方法
阅读说明：本技术 一种节段多级泵导叶轮设计方法 (Design method for guide impeller of segmental multistage pump ) 是由 罗瑞祥 李志鹏 何剑芳 罗思远 于 2021-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及离心泵水力设计方法领域,具体地说,涉及一种节段多级泵导叶轮设计方法,包括该方法设计的导叶轮,所述导叶轮包括前级叶轮、导叶轮主体和后级叶轮,所述导叶轮主体设置在前级叶轮与后级叶轮之间,其具体步骤包括正导叶设计：反导叶设计；半圆形空间导叶设计；U形流道设计。该发明解决了径向导叶正、反导叶在环形空间交汇换向,水流相互碰撞产生的旋涡和水流换向的水流紊乱现象,同时减小了水力损失,提高了泵扬程,使得泵的效率得到明显的提升,真正意义上解决了导叶的水流换向损失。(The invention relates to the field of hydraulic design methods of centrifugal pumps, in particular to a method for designing a guide impeller of a segmental multistage pump, which comprises the guide impeller designed by the method, wherein the guide impeller comprises a front-stage impeller, a guide impeller main body and a rear-stage impeller, the guide impeller main body is arranged between the front-stage impeller and the rear-stage impeller, and the method comprises the following specific steps of designing a positive guide vane: designing a return guide vane; designing a semicircular space guide vane; and designing a U-shaped flow channel. The invention solves the problems of vortex generated by mutual collision of water flow and water flow disorder caused by water flow reversing when the radial guide vanes and the reverse guide vanes are crossed and reversed in an annular space, reduces hydraulic loss, improves pump lift, obviously improves the efficiency of the pump and really solves the water flow reversing loss of the guide vanes.)
技术领域
本发明涉及离心泵水力设计方法领域，具体地说，涉及一种节段多级泵导叶轮设计方法。
背景技术
随着我国经济高速的发展，迎合“零碳中国”倡议书，节能降耗已成为全球性的共同焦点问题。泵在国内的需求量很大，每年发电量20％-25％都浪费在泵类产品上。而节段式多级离心泵作为常见的一种产品，广泛应用于工业生产、矿山、城市给排水等领域。节段多级泵导叶是多级泵过流部件的重要组成部分，是泵过流部件中效率损失的重点部位。节段式多级泵中多应用径向导叶，径向导叶因其结构简单，铸造、加工工艺方便而被广泛应用。径向导叶由正、反导叶组成，正、反导叶间有环形空间，在环形空间使流过的流体改变流向，经反导叶流到后级叶轮。但从正导叶过来的高速水流在此环形空间交汇换向，易产生旋涡和紊乱，且高速水流在环形空间壁面产生一层环形水流，从而产生损失，使泵的效率偏低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节段多级泵导叶轮设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
一种节段多级泵导叶轮设计方法，包括该方法设计的导叶轮，所述导叶轮包括前级叶轮、导叶轮主体和后级叶轮，所述导叶轮主体设置在前级叶轮与后级叶轮之间，
其具体步骤如下：
步骤一：正导叶设计：
步骤二：反导叶设计；
步骤三：半圆形空间导叶设计；
步骤四：U形流道设计。
优选的，所述正导叶设计过程如下：
S1：正导叶工作面由圆弧构成：正导叶工作面入口点直径为D，正导叶工作面入口点角度α1取值为1.01-1.03倍前级叶轮出口角；
S2：正导叶背面由圆弧构成：入口点半径及角度取值与正导叶工作面相同；
S3：正导叶工作面与背面圆弧入口点内小圆弧形成封闭；
S4：正导叶入口宽度：取值为前级叶轮出口宽度b2+2～5mm；
S5：正导叶叶片数取值为：与前级叶轮叶片数互为质数；
S6：相邻正导叶叶片间为流体通道，此通道面积由入口点至末端逐渐增加，控制扩散角为5～15度；
S7：两相邻正导叶叶片间流道面积：两相邻正导叶叶片间距L×正导叶高度M；
S8：正导叶出口点半径R1及出口角α2：正导叶出口点半径R1＝(1.3-1.5)D，出口角α2与入口点角α1保持基本相同。
优选的，所述反导叶设计过程如下：
S1：反导叶工作面由圆弧构成：入口点半径、角度分别与半圆形空间导叶叶片出口点半径R2及出口角α3相同，出口点半径与后级叶轮入口点相同，反导叶出口点角α4角度为90，反导叶叶片高度与正导叶入口宽度相同；
S2：反导叶背面由圆弧构成：入口点、出口点各参数与反导叶工作面相同；
S3：反导叶相邻两叶片间形成流体流道，流道面积呈收缩趋势，均匀过渡，面积：两相邻反导叶叶片间距L×反导叶高度M。
优选的，所述半圆形空间导叶设计过程如下：
S1：半圆形空间导叶叶片工作面入口点半径及入口角分别与正导叶出口半径R1和出口角α2相同；
S2：半圆形空间导叶叶片工作面是由圆弧构成的一空间扭曲叶片，相邻半圆空间导叶片之间形成流体流道，流道间的面积从进口至出口均匀一致；
S3：半圆形空间导叶叶片工作面出口点半径R2及出口角α3：出口点半径R2与入口点半径R1相同，出口角α3取值为正导叶出口角α2+3°～α2+10°；
S4：半圆形空间导叶叶片工作面高度：取值为半圆形空间导叶段高度b4；
S5：半圆形空间导叶叶片背面由圆弧构成的一空间扭曲叶片：入口点、出口点各参数与半圆形空间导叶叶片工作面相同。
优选的，所述U形流道设计过程如下：
S1：基圆直径D的确定：取值为D＝1.01-1.05倍前级叶轮出口直径D2；
S2：导叶进口宽度b3的确定：取值为b3＝叶轮出口宽度b2+(2～5)mm；
S3：半圆形空间导叶高度b4的确定：取值为b3＝b4；
S4：反导叶宽度b5的确定：取值为b5＝b4。
优选的，所述前级叶轮和后级叶轮连接一体，且导叶轮主体转动连接在前级叶轮与后级叶轮的相邻一侧。
优选的，所述导叶轮主体包括正导叶、半圆形空间导叶、导叶固定板、反导叶和导叶轮安装板，所述正导叶固定连接在导叶固定板一侧侧端面，所述半圆形空间导叶固定连接在正导叶的一端，所述反导叶固定连接在导叶固定板背离正导叶的一侧，所述导叶轮安装板固定连接在反导叶背离导叶固定板一侧。
优选的，所述半圆形空间导叶背离正导叶的一端与反导叶的一端固定连接，所述正导叶与前级叶轮相邻。
优选的，所述导叶轮主体通过导叶轮安装板固定在多级泵泵体上。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.正导叶段与反导叶段之间换向流道采用半圆形流道结构形式，即半圆形空间导叶段，使序号正导叶、半圆形空间导叶和反导叶形成U型结构水流通道，U型结构水流通道结构与传统径向导叶的矩形流道形式相比，符合换向水流的最佳流动特性，消除了矩形流道形式在边角处的产生局部旋涡，减小局部损失。
2.该导叶轮正导叶与反导叶间的环形空间，用半圆形空间导叶将正、反导叶联结起来，形成一完整的导叶轮叶片，从而组成多组完整的过流通道，使从正导叶段过来的各股高速水流不在环形空间交汇。
附图说明
图1为本发明设计的导叶轮结构示意图
图2为本发明设计的导叶轮中导叶轮主体结构示意图；
图3为本发明设计的导叶轮中导叶轮主体后视结构示意图。
图中：1前级叶轮、2导叶轮主体、3后级叶轮、4正导叶、5半圆形空间导叶、6导叶固定板、7反导叶、8导叶轮安装板。
具体实施方式
本发明公开了一种节段多级泵导叶轮设计方法，以下通过具体实施例对本发明作进一步详述。
一种节段多级泵导叶轮设计方法，包括该方法设计的导叶轮，导叶轮包括前级叶轮1、导叶轮主体2和后级叶轮3，导叶轮主体2设置在前级叶轮1与后级叶轮3之间，
其具体步骤如下：
步骤一：正导叶4设计：
步骤二：反导叶7设计；
步骤三：半圆形空间导叶5设计；
步骤四：U形流道设计。
正导叶4设计过程如下：
S1：正导叶4工作面由圆弧构成：正导叶4工作面入口点直径为D，正导叶4工作面入口点角度α1取值为1.01-1.03倍前级叶轮1出口角；
S2：正导叶4背面由圆弧构成：入口点半径及角度取值与正导叶4工作面相同；
S3：正导叶4工作面与背面圆弧入口点内小圆弧形成封闭；
S4：正导叶4入口宽度：取值为前级叶轮1出口宽度b2+2～5mm；
S5：正导叶4叶片数取值为：与前级叶轮1叶片数互为质数；
S6：相邻正导叶4叶片间为流体通道，此通道面积由入口点至末端逐渐增加，控制扩散角为5～15度；
S7：两相邻正导叶4叶片间流道面积：两相邻正导叶4叶片间距L×正导叶4高度 M；
S8：正导叶4出口点半径R1及出口角α2：正导叶4出口点半径R1＝1.3-1.5D，出口角α2与入口点角α1保持基本相同。
反导叶7设计过程如下：
S1：反导叶7工作面由圆弧构成：入口点半径、角度分别与半圆形空间导叶5叶片出口点半径R2及出口角α3相同，出口点半径与后级叶轮3入口点相同，反导叶7出口点角α4角度90，反导叶7叶片高度与正导叶4入口宽度相同；
S2：反导叶7背面由圆弧构成：入口点、出口点各参数与反导叶7工作面相同；
S3：反导叶7相邻两叶片间形成流体流道，流道面积呈收缩趋势，均匀过渡，面积：两相邻反导叶7叶片间距L×反导叶7高度M。
半圆形空间导叶5设计过程如下：
S1：半圆形空间导叶5叶片工作面入口点半径及入口角分别与正导叶4出口半径R1和出口角α2相同；
S2：半圆形空间导叶5叶片工作面是由圆弧构成的一空间扭曲叶片，相邻半圆空间导叶片5之间形成流体流道，流道间的面积从进口至出口均匀一致；
S3：半圆形空间导叶5叶片工作面出口点半径R2及出口角α3：出口点半径R2与入口点半径R1相同，出口角α3取值为正导叶4出口角α2+3°～α2+10°；
S4：半圆形空间导叶5叶片工作面高度：取值为半圆形空间导叶5段高度b4；
S5：半圆形空间导叶5叶片背面由圆弧构成的一空间扭曲叶片：入口点、出口点各参数与半圆形空间导叶5叶片工作面相同。
U形流道设计过程如下：
S1：基圆直径D的确定：取值为D＝1.01-1.05倍前级叶轮1出口直径D2；
S2：导叶进口宽度b3的确定：取值为b3＝前级叶轮1出口宽度b2+2～5mm；
S3：半圆形空间导叶5高度b4的确定：取值为b3＝b4；
S4：反导叶7宽度b5的确定：取值为b5＝b4。
前级叶轮1和后级叶轮3连接一体，且导叶轮主体2转动连接在前级叶轮1与后级叶轮3的相邻一侧，导叶轮主体2包括正导叶4、半圆形空间导叶5、导叶固定板6、反导叶 7和导叶轮安装板8，正导叶4固定连接在导叶固定板6一侧侧端面，半圆形空间导叶5 固定连接在正导叶4的一端，反导叶7固定连接在导叶固定板6背离正导叶4的一侧，导叶轮安装板8固定连接在反导叶7背离导叶固定板6一侧，半圆形空间导叶5背离正导叶 4的一端与反导叶7的一端固定连接，正导叶4与前级叶轮1相邻，导叶轮主体2通过导叶轮安装板8固定在多级泵泵体上。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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