离心混流泵水力设计

1、离心混流泵水力设计离心/混流泵是水泵的常见形式，广泛应用于工业、农业等各个领域。本文 以一个离心式水泵为例，简要介绍相关过流部件的水力设计过程。叶轮是泵的最核心过流部件，泵的流量、扬程、效率、抗汽蚀性能和特性曲 线的形状与叶轮的水力设计密切相关，叶轮设计需要经过三方面的主要步骤。u结构方案LJ叶轮主要尺寸叶片设计主要参数和结构方案确定首先根据设计要求，如流量、扬程、转速、汽蚀余量等参数，对泵的主要参 数和结构方案进行确定。泵进口直径Ds指的是泵吸入法兰处管的直径。泵出口直径Dd是泵排出法兰处管的内径。按照经验公式进行计算。转速的确定需要考虑几个因素：?转速越高，体积越小、重量越轻 a高转速?转

2、速和比转速有关，比转速和效率有关 a转速和比转速协同确定?转速考虑原动机的类型和传 动装置 a同步转速3000、1500、1000、750、 600、500 ( rpm ),滑差?转速提高，过流部件的磨损加块，机组的振动、噪声变大 a转速有上限?转速提高，更容易发生空化 a转速有上限之后根据公式计算比转速：_ 35Mrpm）。（加 f s）Qi%H （用产比转速应当兼顾一下几个因素：? 120210 之间效率高，小于60 ,效率显著下降?单吸式、双吸式相互转换，调整ns?特性曲线形状与ns大小有关?多级泵的比转速按照单级叶轮计算至此，泵进出口直径、转速、比转速等参数就已经确定了。结构形式是单级

3、 /多级、单吸/双吸也已经确定了。值得注意的是，各个参数之间具有一定的关联性，也会受到实际因素，如尺 寸标准化、同步异步转速等的制约。因此，主要参数和结构方案的确定过程有可 能是一个反复尝试的过程。最终确定后，可参照同类产品或经验公式近似估算效率、轴功率等参数，具 体计算此处不再赘述。叶轮主要尺寸初步计算0 口a危定义叶轮进口直径 叶片进口直径 叶轮轮毂直径 叶片进口宽度 叶片迸口角 叶轮出口直径 叶轮出口宽度 叶片出口角叶片数叶片包角叶轮的尺寸较多，按照位置，大致上可以分为进口尺寸和出口尺寸两类。其 中叶轮进口尺寸影响汽蚀性能；出口尺寸影响扬程、流量；进出口尺寸共同影响 效率。初始设计时，最

4、 小轴径（通常是联轴器处的轴径），按 扭矩确定。考 虑影响 刚度和临界转速的因素，适当放大，对接到标准直径。叶轮设计完成后，须进行 详细校核（强度、刚度、临界转速）。d.色色网Vo.2r(Pa)等5。审叶轮进口直径Dj的计算方法如下：Dj (m) =+&V 典(jpm)其中Q为流量，双吸泵取Q/2 ;K0根据统计资料选取，主要考虑效率3.54.0 主要考虑汽蚀4.55.5 ,两者兼顾4.04.5 。叶轮出口直径D2 :D (m) = & n = 9,3 5Kr，(2)吆,如 $) gpn)R 100 仃(如)KD2为修正系数，根据统计资料选取。叶轮出口宽度b2 ：区=g三=睦一y,-、打(中朋

5、)100 内0皿?)Kb2为修正系数，根据统计资料选取。一般根据统计资料，在1840之间选择，当然对于特殊要求，也可以在推 荐范围之外。叶片数Z :X - 5吟.晔)Di D 12 j精算叶轮外径系数来源于大量的工程实例，在一般情况下是比较可靠的，但还需要按照理 论方法进行校核。一般采用选定叶片出口角32后精算出口直径D2的方式。理论扬程：修正系数：甲=cr(l + -)60有限叶片数修正系数：产二厂竺 二S无穷叶片数理论扬程：H“Q+P网.叶片出口排挤系数：%不。2（假设）出口轴面速度：一 。v 山 开。2（假设出口圆周速度：2tan 住1)5出口直径：3（理论）二典17111上述计算过程中

6、，要先采用假设的D2值才能够进行D2的理论计算，因此 当D2 （理论）与D2 （假设）的数值有差异时，应当进行第二次精算。绘制轴面投影图确定叶轮的主要尺寸后，可开始绘制叶轮轴面投影图。其形状十分关键，可 参照比转速相近、性能较优的叶轮图作为参考。完成后需要检查流道过水断面的 变化情况。流道中线桧度人叶片设计设计叶片主要目的在于求出符合流动规律的叶片形状，本质就是求出流体相 对运动流线。叶片设计的主要步骤如下：1）绘制轴面流线2）在各个流面上绘制空间流线，包括方格网保角变换法、扭曲三角形法、 逐点计算法等。3）叶片加厚完成后，还应当按照一定的标准对叶片绘型的质量进行检查。绘制轴面流线小结叶轮的设

7、计过程主要分为三个大步骤和若干小步骤，参数较多，步骤繁琐， 在涉及到相互关联的参数计算时，往往需要重复多次进行试算。而当设计方案需 要进行更改时，更牵涉到大量的重复性工作，导致人力成本、时间成本增加。因 此泵的CAD技术越来越受到工业界的重视。目前，已经有多款泵设计软件问世，比如CFturbo 、PCAD、AlPump 等。 CFturbo 具有从轴流泵到离心泵机组的整机设计能力，能够同步建立三维模型， 具有主流CAD、CAE软件的接口。PCAD由著名水泵设计专家关醒凡老师开发，使用方便易上手，能够输出 AutoCAD 格式的木模图，能够为加工提供图纸，但对CAE软件的支持稍显不足。AlPump 是由南京天玳软件公司与清华大学水力机械研究所共同研发。除了 具有完备的水泵设计功能外，还特别开发了两大特色功能。第一个功能是针对已有叶轮的逆向功能，可以将用户现有的叶轮资料逆向导 入软件，并进行几何的修改调整。或是将现有的叶轮逆向成为数字化资料，方便 设计档案的管理和调用。第二个功能是基于S2流面开发的性能预估和优化功能。