淺析離心泵設(shè)計(jì)方法

劉占峰

摘 要：離心泵是利用葉輪旋轉(zhuǎn)而使水發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)來(lái)工作的。本文對(duì)離心泵基本參數(shù)和參數(shù)帶好進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)過(guò)流部件主要幾何參數(shù)的水力設(shè)計(jì)計(jì)算從葉輪主要幾何參數(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、泵體主要幾何參數(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及泵體積葉輪的匹配性進(jìn)行分析，其次對(duì)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：離心泵 設(shè)計(jì) 水力 葉輪

中圖分類(lèi)號(hào)：TG311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（a）-0082-01

鑒于目前我國(guó)離心泵的實(shí)際技術(shù)水平以及泵廠家的實(shí)際生產(chǎn)能力，通過(guò)多年來(lái)對(duì)國(guó)外離心泵產(chǎn)品的反向推導(dǎo)研究，響應(yīng)國(guó)家離心泵節(jié)能惠民的號(hào)召，特提出一種離心泵的非常規(guī)設(shè)計(jì)方法，旨在提高我國(guó)離心泵的整體技術(shù)水平和產(chǎn)品檔次。先對(duì)一些基本的參數(shù)加以說(shuō)明，以下是對(duì)一些參數(shù)代號(hào)的說(shuō)明：

Q為流量，單位為m3/s；

H為揚(yáng)程，單位為m；

n為轉(zhuǎn)速，單位為r/min；

ns為比轉(zhuǎn)速；

D2為葉輪外徑，單位為mm；

b2為葉輪出口寬度，單位為mm；

β2為葉片出口安放角，單位為°；

φ為葉片包角，單位為°；

Z為葉片數(shù)；

D3為泵體壓水室基圓直徑，單位為mm；

b3為泵體流道寬度，單位為mm；

K3為離心泵速度系數(shù)；

γ為梯形斷面夾角，單位為°；

η為效率，單位為%。

1 過(guò)流部件主要幾何參數(shù)的水力設(shè)計(jì)計(jì)算

1.1 葉輪主要幾何參數(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）如果離心泵內(nèi)葉輪的尺寸偏差較大，那么就可能導(dǎo)致葉輪滑度差，水力和性能都有所降低，想要避免這種問(wèn)題的發(fā)生，就必須事先選擇一些寬度加大、易于制造的葉輪，這樣不僅能夠有效降低由于葉輪表面粗糙帶來(lái)的制造誤差的現(xiàn)象，還能有效提升工作效率。除此之外葉輪寬度的加大還意味著葉片之間的運(yùn)轉(zhuǎn)更加順暢，有效減少摩擦，讓流動(dòng)的效果更好，這樣能有有效減少水流在葉輪之間的損失，真正減少了工作的時(shí)間。

（2）離心泵的葉輪如果外徑的尺寸限制必須選擇較大的出口寬度，那么就必須對(duì)于外輪的外徑選擇較小的尺寸，不然就會(huì)超過(guò)葉輪自身可以承受的性能，如果減小葉輪的外徑，那么便可以有效地減小葉輪的摩擦，提升工作效率。

1.2 泵體主要幾何參數(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）當(dāng)前我國(guó)國(guó)內(nèi)的離心泵通常水流面積都比較小，尤其是對(duì)于低比例轉(zhuǎn)數(shù)的離心泵來(lái)說(shuō)更是如此，泵內(nèi)的水流面積如果過(guò)于小，就會(huì)讓區(qū)域內(nèi)的水流變急，出現(xiàn)高效點(diǎn)向著小流量的方向流動(dòng)，讓本應(yīng)當(dāng)正常的最大流量值，產(chǎn)生氣濁現(xiàn)象，或者由于震動(dòng)產(chǎn)生噪音，如果根據(jù)當(dāng)前的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，我們常常采用增大橫斷面積來(lái)緩解壓力，可以適當(dāng)增大8%～20%，可以通過(guò)水室的速度來(lái)確定壓水室的橫斷面積。

（2）如果離心泵內(nèi)流道的寬度較低，那么要確定泵體的寬度是否符合葉輪內(nèi)出口的寬度，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)誤差和計(jì)算圓盤(pán)內(nèi)摩擦產(chǎn)生的損失，一般情況下，我們可以采用公式b3=B2+（6～15），其中b3是沒(méi)有具體的要求的，具體的情況要根據(jù)第八個(gè)橫斷面來(lái)確定，而且要盡力確保橫斷面的形狀，最好是長(zhǎng)方形或者是圓形。

1.3 泵體及葉輪的匹配性

根據(jù)離心泵的特點(diǎn)，我們可以發(fā)現(xiàn)泵的特性是由泵體自身以及內(nèi)部的葉輪決定的，因此如果想要設(shè)計(jì)出適合的離心泵就必須重視葉輪的設(shè)計(jì)，要能將葉輪和泵體進(jìn)行良好的匹配，只有確保兩者的匹配，才能提升工作效率，讓泵內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)更加高效，同時(shí)可以方便泵體內(nèi)部可以通過(guò)的流量更大，也就是葉輪出口的面積要符合泵體的要求。

2 幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的淺析

2.1 葉輪出口寬度與葉輪外徑的匹配性

葉輪的外徑以及橫斷面積是必須要匹配的情況，只有采取匹配的方式，才能讓泵內(nèi)的流量更加的符合葉輪的特性，雖然會(huì)影響到葉輪工作的效果，但是如果采用大出口寬度的葉輪就必須同時(shí)減小葉輪的外徑，讓其減少摩擦力，不然離心泵自身的荷載就會(huì)超過(guò)自身的性能，因此可以采用切割葉輪的方式實(shí)現(xiàn)葉輪的性能，但是這種方式會(huì)讓葉輪內(nèi)的匹配性能變差，從而大大影響到工作效果。

2.2 葉片包角與葉片出口安放角的匹配性

葉輪內(nèi)的寬度會(huì)影響到泵內(nèi)的流速，如果想要保證泵的速度，就必須讓泵的揚(yáng)程曲線變得平滑，如果出現(xiàn)了大的波動(dòng)，是不符合匹配標(biāo)準(zhǔn)的，這種情況可以實(shí)現(xiàn)安放葉片角，然后通過(guò)減小出口安放角的方式加大葉片包角，另外如果葉片角的角度過(guò)大時(shí)，就會(huì)讓水流在里面的流動(dòng)時(shí)間加長(zhǎng)，這樣就會(huì)減小水的力度，從而提升泵的效率，如果相鄰葉片的流道很長(zhǎng)，那么可以通過(guò)拓寬泵范圍的方式改變流速。

2.3 泵體第8斷面形狀

應(yīng)該選擇恰當(dāng)?shù)闹?，保證流道內(nèi)的寬度和橫斷面的面積相吻合，如何出現(xiàn)了相對(duì)應(yīng)角度過(guò)小的問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)予以改正，保證橫斷面的角度γ近似于長(zhǎng)方形或者是方形。

3 設(shè)計(jì)例證

3.1 SLW50-125

原泵性能參數(shù)：Q=12.5 m3/h，H=20 m，P=1.5 kW，n=2950 r/min，η=56.2%，高效區(qū)流量10.5～14.1 m3/h。非常規(guī)設(shè)計(jì)測(cè)試性能參數(shù)：Q=12.5 m3/h，H=20 m，P= 1.5 kW，n=2950 r/min，η=65.0%，高效區(qū)流量9.5～15.9 m3/h。

3.2 SLW150-160

原泵性能參數(shù)：Q=160 m3/h，H=32 m，P=22 kW，n=2950 r/min，η=73.2%，高效區(qū)流量149.0～180.1 m3/h。非常規(guī)設(shè)計(jì)測(cè)試性能參數(shù)：Q=160 m3/h，H=32 m，P=22 kW，n=2950 r/min，η=82.7%，高效區(qū)流量138.0～198.3 m3/h。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）離心泵效率的高低取決于圓盤(pán)摩擦損失、容積損失及水力損失的大小，而這三種損失又是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的，那么要得到一臺(tái)高效率的離心泵就需要使這三種達(dá)到一種平衡，使其損失之和達(dá)到最低。

（2）從高效節(jié)能上來(lái)講，只有效率高且高效區(qū)寬的離心泵才是真正意義上的好泵，因?yàn)椴煌挠脩?hù)所用的泵的實(shí)際工況都是各不相同的，即使是同一客戶(hù)其在不同時(shí)期的實(shí)際使用工況也是不定的，為了保證用戶(hù)所使用的泵總是工作在高效率點(diǎn)，除了要求客戶(hù)的合理選型和使用外，就要求企業(yè)設(shè)計(jì)出高效區(qū)范圍寬的泵，以適應(yīng)用戶(hù)的各種工況需要。

（3）使用該種非常規(guī)設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出來(lái)的泵，由于選取了相對(duì)較大的葉片包角和較小的出口安放角，其在進(jìn)行切割時(shí)效率基本不變，即便是在切割量超出常規(guī)允許的切割量時(shí)效率也變化很小，并且泵運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小。

參考文獻(xiàn)

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