本发明属于流体机械技术领域，尤其涉及单叶片离心泵，具体涉及一种单叶片离心泵径向力自平衡的方法。
背景技术：
由于单叶片离心泵的非对称结构，其质量难以平衡，同时，叶轮在运行时其压力圆周分布不对称，存在较大水力不平衡。这导致单叶片离心泵残余径向力较大，运行稳定性得不到保障，影响了泵的使用寿命。目前生产厂家主要采取在单叶片离心泵盖板配重、切削的办法来平衡。为了达到较高精度的平衡，往往需要经过多次平衡测试及切削加工。该方法生产效率较低，生产成本高，不适合批量生产，同时难以平衡水力诱导径向力，限制了单叶片离心泵的大范围推广应用。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种单叶片离心泵径向力自平衡的方法，以解决背景技术中所提出的缺陷或问题。
为实现上述发明目的，本发明的实施例提供一种单叶片离心泵径向力自平衡的方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、根据cfd数值模拟，采用叶轮旋转中心偏心的方法，来改善单叶片离心泵内流场圆周分布对称性，同时，基于cfd数值模拟和试验测量确定的叶轮旋转中心偏心的大小和位置；
s2、结合cfd数值和试验测量来确定重心的位置及所需要的离心力的大小，根据所计算的离心力，采用重心偏离旋转中心所产生合适的离心力，该合适的离心力用于平衡径向力。
进一步的，所述步骤s1中叶轮旋转中心偏心的方法，具体包括以下过程：采用叶轮的偏心量及位置分别固定的方法，通过对比不同偏心圆周位置及偏心量大小来分析叶轮偏心对单叶片离心泵内流场及诱导径向力的影响。
进一步的，所述s1中采用cfd数值模拟寻找得较优秀的叶轮中心位置后，将泵体上泵进口位置也做出相应偏心。
进一步的，所述重心偏离旋转中心的方法包括以下过程：采用后盖板去除材料来调整重心，将去除的材料区域设置为扇形，扇形几何中心对称位置为叶轮重心位置，偏心的质量大小由去除材料深度及扇形面积来确定；根据虚拟机的仿真结果，对叶轮再次配重，重复上述过程直到离心力达到预期目标，不断调节重心得到合适的离心力，从而采用离心力平衡径向力。
优选的，根据虚拟机所得到的仿真结果对叶轮配重，包括以下步骤：根据径向力的方向，确定去除材料扇形结构的几何中心；根据离心力的大小，确定去除材料深度及扇形面积。
优选的，每次配重时，根据平衡后的残余径向力
其中：m为叶轮的质量，ω为叶轮的角速度，单位为弧度/秒，r为重心半径，
本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明中，由于单叶片离心泵叶轮结构的非对称，为使得其流场呈圆周非对称分布，采用叶轮旋转中心偏心方法，可改善单叶片离心泵内流场圆周分布的对称性，叶轮中心向某方向适量偏移可减小叶轮所受径向力；本发明的单叶片离心泵径向力自平衡的方法，平衡了泵运行时产生的径向力，提高了泵的运行稳定性及可靠性；基于虚拟样机仿真确定叶轮重心偏心的大小及位置，根据虚拟机的仿真结果，对叶轮再次配重，重复上述过程直到离心力达到预期目标，采用该方法快速便捷，可极大减少叶轮配重加工过程所消耗的时间，提高了配重效率。
附图说明
图1为本发明的单叶片离心泵结构图；
图2为本发明的单叶片离心泵偏心示意图；
图3为本发明的某一叶轮偏心(2,-2)时单叶片离心泵叶轮所受径向力图；
图4为本发明的径向力自调节叶轮结构图；其中，图4a为叶轮的示意图；
图4b为图4a的剖视图；
图5为本发明在不同流量工况下叶轮所受径向力结果图。
附图标记说明：1、进口；2、叶轮；3、泵腔；4、蜗壳；5、出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种单叶片离心泵径向力自平衡的方法，包括（1）、改善单叶片离心泵内流场圆周分布对称性的过程、（2）、结合cfd数值模拟和试验测量制造切割式径向力自调节叶轮，采用离心力平衡径向力的过程。具体如下：
（1）、叶轮旋转中心偏心的办法改善单叶片离心泵内流场圆周分布对称性，具体实施方法如下：
参见图1的单叶片离心泵结构示意图及图2的单叶片离心泵叶轮偏心示意图，如图1和图2所示，本发明的一种单叶片离心泵，包括蜗壳4，所述蜗壳4上设置有进口1和出口5，所述蜗壳4内部设置有一泵腔3，所述泵腔3内设置有叶轮2；其中，叶轮2与蜗壳4的中心如图2所示，蜗壳4中心o位于坐标原点，叶轮2中心o´偏离坐标中心，其偏移量即为偏心距e；并以蜗壳4中心o为原点，如图2建立笛卡尔坐标系。
为了求得合适的偏心位置与偏心距，采用叶轮的偏心量及位置分别固定的方法，通过对比不同偏心圆周位置及偏心量大小来分析叶轮偏心对单叶片离心泵内流场及诱导径向力的影响。以某一单叶片离心泵为例，数值计算设置四个不同圆周位置叶轮偏心的模型a、b、c、d，叶轮中心坐标分别为(0,1)、(-1,0)、(0,-1)、(1,0)，即叶轮偏心量为1mm并位于四个不同圆周位置，计算结果得叶轮向x正方向或者y负方向偏移均可减小叶轮所受径向力，也就意味着叶轮向第四象限适量偏移可减小叶轮所受径向力。
为了对比不同偏心量大小的影响，设置了偏心量为0.5mm，叶轮中心位置为(0,0.5)的计算模型与其他模型进行对比，结果表明（0，1）的叶轮偏心模型优于（0，0.5）的计算模型。由于叶轮3外径与蜗壳4基圆单边间隙较小，又由于口环间隙较小，叶轮3偏心较大将导致口环处叶轮2与泵体干涉。因此，设定叶轮2偏心位置（2，-2），尝试寻找较优秀的叶轮2中心位置。在得到较优叶轮2中心位置后，将泵体上进口1位置也做出相应偏心即可。
图3所示为叶轮偏心位置为（2，-2）时额定流量工况下叶轮所受径向力，从图中可看出，偏心后叶轮所受径向力时域图与无偏心时相似，但叶轮前盖板所受径向力减小，叶轮所受径向力也变小。
（2）、结合cfd数值模拟制造切割式径向力自调节叶轮，采用离心力平衡径向力；具体实施方法如下：
将pro/e造型的叶轮导入adams软件，设置材料属性，添加旋转副。根据力的监测曲线中波峰、波谷所处时刻即可获得离心力的大小及位置。根据adams仿真结果，在pro/e中对叶轮再次配重，重复上述过程直到离心力达到预期目标。
根据已寻找较优秀的叶轮中心位置，计算合适的偏心力的大小，根据径向力f1的方向，确定去除材料扇形结构的几何中心；根据离心力的大小，确定去除材料深度及扇形面积，制造所得的自平衡的叶轮如图4所示。
假设找到了优秀的叶轮中心位置,此时仍存在一个平衡后的残余径向力
其中：m为叶轮的质量，ω为叶轮的角速度，单位为弧度/秒，r为重心半径，
本发明所制备的单叶片离心泵在自平衡后的，径向力的测量结果，如图5所示，图5为利用cfd与虚拟机对结果进行仿真所得的单叶片离心泵叶轮水力诱导径向力经叶轮重心偏心平衡后的结果，从图中可看出，在不同流量工况（0.6qd，1.0qd，1.4qd）下（qd—额定流量工况），在实现自平衡后，叶轮所受径向力都极大地减小了，验证了，本发明所提供的方法可较好地平衡单叶片离心泵叶轮所受的径向力。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种单叶片离心泵径向力自平衡的方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、根据cfd数值模拟，采用叶轮旋转中心偏心的方法，来改善单叶片离心泵内流场圆周分布对称性，同时，基于cfd数值模拟和试验测量确定的叶轮旋转中心偏心的大小和位置；
s2、结合cfd数值模拟和试验测量来确定重心的位置及所需要的离心力的大小，根据所计算的离心力，采用重心偏离旋转中心所产生合适的离心力，该合适的离心力用于平衡径向力。
2.根据权利要求1所述的一种单叶片离心泵径向力自平衡的方法，其特征在于，所述步骤s1中叶轮旋转中心偏心的方法，具体包括以下过程：采用叶轮的偏心量及位置分别固定的方法，通过对比不同偏心圆周位置及偏心量大小来分析叶轮偏心对单叶片离心泵内流场及诱导径向力的影响。
3.根据权利要求1所述的一种单叶片离心泵径向力自平衡的方法，其特征在于，所述s1中采用cfd数值模拟寻找得较优秀的叶轮中心位置后，将泵体上泵进口位置也做出相应偏心。
4.根据权利要求1所述的一种单叶片离心泵径向力自平衡的方法，其特征在于，所述重心偏离旋转中心的方法包括以下过程：采用后盖板去除材料来调整重心，将去除的材料区域设置为扇形，扇形几何中心对称位置为叶轮重心位置，偏心的质量大小由去除材料深度及扇形面积来确定；根据虚拟机的仿真结果，对叶轮再次配重，重复上述过程直到离心力达到预期目标，不断调节重心得到合适的离心力，从而采用离心力平衡径向力。
5.根据权利要求4所述的一种单叶片离心泵径向力自平衡的方法，其特征在于，根据虚拟机所得到的仿真结果对叶轮配重，包括以下步骤：根据径向力的方向，确定去除材料扇形结构的几何中心；根据离心力的大小，确定去除材料深度及扇形面积。
6.根据权利要求5所述的一种单叶片离心泵径向力自平衡的方法，其特征在于，每次配重时，根据平衡后的残余径向力
其中：m为叶轮的质量，ω为叶轮的角速度，单位为弧度/秒，r为重心半径，
