一种矿山排水离心泵导叶水力设计方法.pdf

本发明涉及一种导叶水力设计方法，特别涉及一种矿山排水离心泵导叶水力设计方法。本发明通过以下几个公式来确定导叶基圆直径D3、导叶喉部轴面宽度b3、导叶进口角α3、导叶叶片数z、导叶喉部平面宽度a3、导叶出口直径D4、导叶扩散段长度L、导叶进口轴向宽度a3、导叶扩散角等导叶的重要设计参数。本发明能够确保导叶这一重要的过流部件高效、稳定地工作，增强其对恶劣工作环境的适应能力。经过生产实践检验，本发明确实提高了矿厂排水离心泵的设计水准，节省了开发成本，缩短了研发周期，带来了一定的经济效益。

权利要求书
1.  一种矿山排水离心泵导叶水力设计方法，提供导叶设计的主要几何参数，包括导叶基圆直径D3、导叶喉部轴面宽度b3、导叶进口角α3、导叶叶片数z、导叶喉部平面宽度a3、导叶出口直径D4、导叶扩散段长度L、导叶进口轴向宽度a3、导叶扩散角等，其特征在于导叶几何参数与泵设计工况点性能参数Q、H、ns适合以下关系：
L=[3.655-0.1138sin(0.4155πα3D3)+7.449e-(7.159D3)2]a3---(1)]]>
式中
L——导叶扩散段长度，m；
α3——导叶进口角，弧度；
a3——导叶喉部平面宽度，m；
D3——导叶基圆直径，m。

2.  如权利要求1所述，导叶喉部平面宽度a3设计公式如下：
a3=(1.046z2-13.68z+48.48z2-12.71z+46.25)b3---(2)]]>
式中
z——导叶叶片数，个；
b3——导叶喉部轴面宽度，m。

3.  如权利要求2所述，导叶叶片数z设计公式如下：
z=(nS2-0.7805nS+0.556)Qb32(0.2829nS2+10.61nS+1.223)2gH---(3)]]>
式中
ns——比转速；
Q——流量，m3/h；
g——重力加速度，m/s2；
H——扬程，m。

4.  如权利要求2所述，导叶喉部轴面宽度b3设计公式如下：
b3=b2+1.991e-0.0008202nS+0.05168e0.01419nS---(4)]]>
式中
b2——叶轮叶片出口宽度，m。

5.  如权利要求1所述，导叶基圆直径D3设计公式如下：
D3＝D2+8.572sin(0.01015ns-0.0956)+1.843sin(0.02541ns+1.797)(5)
式中
D2——叶轮出口直径，m。

6.  如权利要求1所述，导叶进口角α3设计公式如下：

式中
α2’——叶轮出口绝对液流角，弧度。

7.  导叶扩散段出口面积F4设计公式如下：

式中
F4——导叶扩散段出口面积，m2；
F3——导叶喉部面积，m2；
——导叶扩散角，弧度。

8.  如权利要求7所述，导叶扩散角通常选取7°到11°之间的某一个值。

9.  导叶出口直径D4设计公式如下：

式中
D4——导叶出口直径，m。

说明书一种矿山排水离心泵导叶水力设计方法
技术领域
本发明涉及一种导叶水力设计方法，特别涉及一种矿山排水离心泵导叶水力设计方法。
背景技术
矿山排水泵是矿山排水、排出矿山涌水的重要设备。由于大气降水、地表水、地下水、和生产用水的存在，开发矿藏时会有大量的水流入矿井，行业内称为矿井涌水量，一般情况下可以达到采掘矿量的数十倍之多。季节对涌入量有着直接的影响，在雨量充沛时期，涌水量最高可以超过正常涌水量的三倍之多。排水费用几乎占到了采掘总成本的两成。
为了防止发生水灾事故，矿场场面和井下均须要布置良好的排水设备。为了及时有效地排出矿井积水，必须安装多套排水泵，而且对排水泵的工作能力要求很高，须要能够在尽可能短的时间内排出矿井一昼夜的最大涌水量。
目前，矿山主排水泵和区域水泵均采用多级离心泵。离心泵最主要的过流部件为叶轮和导叶，叶轮主要是使液流拥有足够的能量达到要求的扬程，导叶则是将液体动能转换成为压能同时消除流动环量，就保证性能、提高效率而言，导叶的作用是非常重要的。
目前大量使用的矿山排水泵就水力设计方面而言，仍有诸多可以改进的地方。由于工作环境的特殊性，矿井积水中往往含有较多泥沙和矿石颗粒，尽管会有设备在排水前过滤掉这些成分，但是难免会有过滤不掉的固液两相混合物流入排水泵，造成泵内流道磨损，性能受到影响，效率降低，震动变强，噪声增大，运行不稳定，进而影响使用寿命，威胁生产安全。
鉴于以上原因，本发明人在此提出一种全新的矿山排水离心泵导叶水力设计方法，一方面完善了现有设计方案，另一方面更加充分的考虑了矿山排水泵的工作环境，针对其工作的特殊性和实践中容易出现的问题对设计公式做了大量的优化和精确化。本发明能够确保导叶这一重要的过流部件高效、稳定地工作，增强其对恶劣工作环境的适应能力。
发明目的
由于工作环境的特殊性，矿井积水中往往含有较多泥沙和矿石颗粒，尽管会有设备在排水前过滤掉这些成分，但是难免会有过滤不掉的固液两相混合物流入排水泵，造成泵内流道磨损，性能受到影响，效率降低，震动变强，噪声增大，运行不稳定，进而影响使用寿命，威胁生产安全。本发明的目的在于提出一种全新的矿山排水离心泵导叶水力设计方法，有效降低上述实际问题的严重性。
发明内容
本发明充分考虑了恶劣工作环境对矿山排水离心泵导叶的影响，改善了导叶设计所需参数的设计方法，以保证其优良的工作性能。
目的所采用的技术方案是：
(1).首先确定导叶扩散段长度L，然后依次确定其余重要的设计参数
L=[3.655-0.1138sin(0.4155πα3D3)+7.449e-(7.159D3)2]a3---(1)]]>
式中
L——导叶扩散段长度，m；
α3——导叶进口角，弧度；
a3——导叶喉部平面宽度，m；
D3——导叶基圆直径，m。
(2).导叶喉部平面宽度a3
a3=(1.046z2-13.68z+48.48z2-12.71z+46.25)b3---(2)]]>
式中
z——导叶叶片数，个；
b3——导叶喉部轴面宽度，m。
(3).导叶叶片数z
Z=(ns2-0.7805ns+0.556)Qb32(0.2829ns2+10.61ns+1.223)2gH---(3)]]>
式中
ns——比转速；
Q——流量，m3/h；
g——重力加速度，m/s2；
H——扬程，m。
(4).导叶喉部轴面宽度b3
b3=b2+1.991e-0.0008202ns+0.05168e0.01419ns---(4)]]>
式中
b2——叶轮叶片出口宽度，m。
(5).导叶基圆直径D3
D3＝D2+8.572sin(0.01015ns-0.0956)+1.843sin(0.02541ns+1.797)(5)
式中
D2——叶轮出口直径，m。
(6).导叶进口角α
tanα3＝[1.201-0.09754cos(0.09099α′2)-0.02609sin(0.09099α′2)]tanα′2(6)式中
α2’——叶轮出口绝对液流角，弧度。
(7).导叶扩散段出口面积F4

式中
F4——导叶扩散段出口面积，m2；
F3——导叶喉部面积，m2；
——导叶扩散角，弧度。
(8).导叶扩散角通常选取7°到11°之间的某一个值。
(9).导叶出口直径D4

式中
D4——导叶出口直径，m。
根据上述步骤，可以得到一种完备、优良的导叶主要参数设计方法。通过上述计算方法可以确定导叶的主要几何参数，包括导叶基圆直径、导叶喉部轴面宽度、导叶进口角、导叶叶片数、导叶喉部平面宽度、导叶出口直径、导叶扩散段长度、导叶进口轴向宽度、导叶扩散角等。通过上述步骤设计的矿山排水离心泵导叶更加适合矿厂工作环境，可以保障使用性能、获得较高效率、延长使用寿命。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
图1是排水泵导叶的平面图。
图2是排水泵导叶的轴面图。
图1中：1.α3，2.α3，3.，4.D4，5.D3，A-B弧线为导叶扩散段长度L。
图2中：6.b3。
具体实施方式
本发明通过以下几个公式来确定导叶基圆直径D3、导叶喉部轴面宽度b3、导叶进口角α3、导叶叶片数z、导叶喉部平面宽度a3、导叶出口直径D4、导叶扩散段长度L、导叶进口轴向宽度a3、导叶扩散角等导叶的重要设计参数。
该实施例是在给定的流量Q、扬程H、比转速ns下，计算导叶参数：
L=[3.655-0.1138sin(0.4155πα3D3)+7.449e-(7.159D3)2]a3---(1)]]>
a3=(1.046z2-13.68z+48.48z2-12.71z+46.25)b3---(2)]]>
Z=(ns2-0.7805ns+0.556)Qb32(0.2829ns2+10.61ns+1.223)29H---(3)]]>
b3=b2+1.991e-0.0008202ns+0.05168e0.01419ns---(4)]]>
D3＝D2+8.572sin(0.01015ns-0.0956)+1.843sin(0.02541ns+1.797)(5)

导叶扩散角通常选取7°到11°之间的某一个值。

本发明普遍适用于矿厂排水离心泵导叶的设计，设计公式完备，公式充分考虑了实际的工作环境情况。
经过生产实践检验，本发明确实提高了矿厂排水离心泵的设计水准，节省了开发成本，缩短了研发周期，带来了一定的经济效益。
以上为本发明专利参照实施例作出的具体说明。本发明并不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其它实施例或变形例。