不規則離心水泵設計方法及其系列化研究

江勁松

摘要：在不規則離心水泵的設計中結合實際的工作經驗進行，不僅對于不規則離心水泵的主要參數以及結構方案的確定，而且對于不規則離心水泵的葉輪和壓水室進行參數設計與確定，還考慮不規則離心水泵的抗汽蝕性能，希望能夠提高不規則離心水泵的綜合性能。文章對不規則離心水泵設計方法及其系列化進行了研究。

關鍵詞：不規則離心水泵；設計方法；葉輪；壓水室；抗汽蝕性能 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH311 文章編號：1009-2374（2017）11-0243-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.122

隨著各種技術、設計的發展與創新，對于離心水泵的要求越來越高，希望利用新的設計手段和軟件進行離心水泵創新設計。本文的研究也是在個人實際工作基礎上進行研究的，為某一公司設計一高速離心水泵，提出了不規則離心水泵的設計思路。本次設計中對于不規則離心水泵的各項參數提出了要求，其中不規則離心水泵的流量為230m3/h，不規則離心水泵的揚程為50m，離心水泵的轉速為n=6000r/min，要求離心水泵效率要達到50%。接下來就不規則離心水泵的具體設計進行解析。

1 不規則離心泵主要設計參數和結構方案的確定

1.1 確定泵的總體結構形式和泵的進出口直徑

在進行不規則離心泵的設計中，首先要明確不規則離心泵的機構形式以及原動機的主要類型，然后進行計算，通過計算明確各項參數。

1.1.1 泵吸入口徑計算與確定。不規則離心泵的吸入口徑確定與計算中受到進口流速的影響，一般泵的吸入口流速大約在3m/s，但是在進行生產制造中為方便制造并且盡可能減小離心泵的體積，一般大型泵的流速中往往取大一點。但是又會有另一矛盾的產生，希望能夠減小泵的吸入口流速，主要是希望通過這種方式能夠提高過流能力，同時也希望通過這種方式能夠提高離心泵的抗空蝕性能。因此，在本次不規則離心泵的設計中采用vs=2.505m/s。根據這一吸入口流速確定吸入口徑為Ds===0.180m=180mm，本設計中考慮了不規則離心泵的法蘭直徑，最終確定為圓整Ds=200mm。

1.1.2 泵排出口徑計算與確定。對于離心泵的設計進行分析可以發現，一般低揚程泵的設計中泵排出口徑和吸入口徑相同，而對于高揚程泵而言，往往排出口徑要小于吸入口徑，是為了較小泵的體積，所以在離心泵的設計中往往取Dt=（1～0.7）Ds。因此，在本次不規則離心水泵的設計中，按照標準直徑進行設計，結合設計要求的揚程50m，最終得出排除口徑為Dt=（0.7～1）Ds，取Dt=0.85Ds=170mm。

1.2 泵轉速的確定及電動機型號

離心水泵的轉速對于離心泵性能具有直接的影響，一般離心泵的轉速要求越高，那么離心泵的體積往往會越小，并且離心泵的重量也會越輕，這樣在離心泵的設計中往往選擇較高的轉速。另外，在離心泵轉速確定中還應該考慮原動機的類型以及傳動裝置這一因素，進行綜合考慮。一般在離心泵的設計中采用連接傳動的電動機。其中對于異步電動機的同步轉速進行統計，見表1：

在離心泵的運行中，一般具有一定負荷，由于負荷會對轉速產生影響，最終離心機運行中的轉速會小于同步轉速，一般在進行設計中考慮2%左右的轉差率。在本規則離心水泵的設計中按照6000r/min的轉速要求，最終選擇極對數P=2的異步電動機，并且最終同步轉速為2985r/min。

2 葉輪的水力設計

葉輪作為離心水泵的主要核心組成，不僅對于離心水泵的性能具有直接影響，對于水泵的效率以及抗空蝕能力也具有明顯影響。因此，葉輪的水力設計也是離心水泵的設計要點。

2.1 葉輪主要參數的設計與選擇

對于不規則離心水泵進行分析可以發現，不規則離心泵中葉輪的各項指標對于離心水泵的性能均具有影響，其中葉輪的進口幾何參數會對離心泵的汽蝕現象具有明顯的作用，葉輪的出口幾何參數主要是對離心泵的揚程和流量產生影響，無論是進口參數還是出口參數均對離心水泵的效率產生影響。

2.1.1 葉輪進口直徑Dj的確定。不規則離心水泵葉輪的進口直徑和進口速度明顯相關，前面分析得出進口速度一般在3～4m/s以下，認為在不規則離心泵中要提高抗汽蝕性能以及提高水力效率又要求提高葉輪進口流速。但是結合實際情況可以發現，要想保持水力效率，同時設計的不規則離心泵對于抗汽蝕能力要求不高時，選取的進口直徑可以較小，這樣也主要是對葉輪密封環進行控制，減少泄漏量，對于葉輪的容積效率而言也能夠得到提高。綜合考慮各項因素，包括擴散損失等來推算葉輪進口直徑，本不規則離心水泵設計中的進口當量直徑為，本不規則離

心泵設計中對于k0進行確定，確定為4.3。對于k0值進行適當提高，可以在改善大流量的情況下對于不規則離心水泵的性能進行改善，提高不規則離心水泵的抗汽蝕性能。最終確定本不規則離心水泵的葉輪進口直徑為Dj==97mm，最終確定進口直徑為Dj=100mm。

2.1.2 葉輪出口直徑D2的初步計算。葉輪出口直徑對于不規則離心水泵的主要影響對泵的揚程的影響，也是最主要的影響因素，并且出口直徑的確定也會受到眾多預定參數的影響，因此在本不規則離心水泵的設計中要充分考慮假定參數，來最終確定葉輪外徑。壓水室中的水力損失會直接受到葉輪出口速度的影響，和該值額平方成正比。因此，在本不規則離心泵設計中確定最終的葉輪出口直徑為：

取D2=0.287m。

2.2 葉片數的選擇

葉輪中葉片數也是不規則離心泵的重要影響因素，不僅僅影響不規則離心泵的揚程，而且對于離心泵的效率以及汽蝕性能均產生影響。在不規則離心泵的設計中，必須要考慮葉輪中葉片數目，不僅要盡可能地減少摩擦力，減少葉片數，另外還應該保證葉輪流道而保證葉片數目，因此葉片數目選擇應該在合理范圍之內。在本不規則離心水泵的設計中，按照表2中Z=8進行取值。

3 壓水室的設計和計算

在進行壓水室的設計中，最終的考慮因素是對壓水室斷面形狀以及斷面面積的確定。在本不規則離心水泵的設計中采用8個彼此成45°周斷面來進行壓水室的切割，然后進行斷面形狀判斷，包括梯形、矩形以及可能出現的任意形狀，最后在形狀確定基礎上來確定不同斷面的面積。最終在本不規則離心泵設計中壓水泵的8個斷面的斷面半徑設計如圖1所示，并且具體尺寸見表3：

4 不規則離心水泵汽蝕性能提升設計

4.1 誘導輪設計

在本不規則離心水泵設計中采用誘導輪，也屬于軸流式葉輪的范圍。這種誘導輪不僅僅具有軸流式葉輪的幾何特性，而且這種誘導輪還具有汽蝕特性。在相對速度最大的誘導輪外緣處產生氣泡，并且在軸向運動過程中，由于離心力以及外壓的作用，氣泡會被控制在誘導輪內凝結，不容易造成不規則離心泵流道的堵塞。這樣對于汽蝕特性產生直接影響，汽蝕性能下降緩慢，并且在不規則離心泵中并沒有明顯的突然下降階段。這樣的設計對于不規則離心水泵的汽蝕狀態產生直接影響，讓汽蝕狀態下的不規則離心水泵工作對性能并沒有具體

影響。

4.2 采取措施來提高誘導輪本身的抗汽蝕性能

在本不規則離心水泵的設計中采用軸流式的葉輪設計，不僅選擇的誘導輪的葉柵稠密，而且選擇的進口沖角較小，在葉輪葉片設計中采用較薄厚度，最終能夠使得誘導輪的進口速度保持在較小的范圍內，另外受壓也比較均勻。在本不規則離心泵的設計中較遠的部位產生較低壓力，最終能夠保證誘導輪產生的氣泡凝結在誘導輪內部。但是在進行不規則離心泵的設計中采用高抗汽蝕性能的誘導輪，但是在這個過程中卻需要犧牲能量指標，導致誘導輪本身效率不高。在本不規則離心泵的設計中，要注意主葉輪和葉輪進口流速的配合，保證泵效率在一定范圍之內。

5 結語

在不規則離心泵的設計中，不僅要明確不規則離心泵的總體設計，而且要把不規則離心泵的葉輪設計作為設計重點，另外壓水室的設計也是不規則離心泵設計的要點。在不規則離心泵的設計中，還應該考慮抗汽蝕性能，希望能夠提高不規則離心泵的性能，滿足實際生產要求。

參考文獻

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（責任編輯：小 燕）