MHP100-125化工泵葉輪的水力設(shè)計(jì)

單方堅(jiān)，吳俐俊

（同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海201804）

化工設(shè)計(jì)

MHP100-125化工泵葉輪的水力設(shè)計(jì)

單方堅(jiān)，吳俐俊

（同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海201804）

確定了MHP100-125化工泵的主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案，對(duì)泵的葉輪進(jìn)行了水力設(shè)計(jì)，確定了其水力尺寸。水力設(shè)計(jì)時(shí)主要采用速度系數(shù)法。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)出的化工泵產(chǎn)品的水力性能達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，且提高了其先進(jìn)性與合理性。

化工泵；水力設(shè)計(jì)；水力性能

0 引言

化工泵廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域，但國(guó)外同類產(chǎn)品的效率、汽蝕余量、使用壽命均高于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品[1-3]。為提高化工泵水力性能的先進(jìn)性、合理性，對(duì)MHP100-125化工泵葉輪進(jìn)行新的水力設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中采用速度系數(shù)法確定水力部件葉輪的各個(gè)參數(shù)。

1 泵主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案的確定

1.1 泵的進(jìn)出口直徑

從泵設(shè)計(jì)手冊(cè)中查表得：對(duì)抗汽蝕性能要求高的泵，在吸入口徑小于250 mm時(shí)，可取吸入口流速Vs=1．0～1．8 m/s，在吸入口徑大于250 mm時(shí)，可取Vs=1．4～2．2 m/s。選定吸入流速后，按下式確定Ds，取Vs=1．4～2．2 m/s。

對(duì)于低揚(yáng)程泵，排出口徑可與吸入口徑相同；對(duì)于高揚(yáng)程泵，為減小泵的體積和排出管路直徑，可取排出口徑小于吸入口徑，一般取Ds=（1～0．7）Ds，取Dd=0．8×0．1≈0．08 m。

1.2 計(jì)算比轉(zhuǎn)速

1.3 估算泵的效率及功率

在設(shè)計(jì)泵時(shí)要用泵的效率，但泵尚未設(shè)計(jì)出來，故只能參考同類產(chǎn)品，或借助經(jīng)驗(yàn)公式和曲線近似地確定泵的總效率和各效率值，并設(shè)法在設(shè)計(jì)中達(dá)到確定的效率。水力效率ηh

容積效率ηv

該容積效率為只考慮葉輪前密封環(huán)的泄漏的值，對(duì)于有平衡孔級(jí)間泄漏和平衡盤泄漏的情況，容積效率還要相應(yīng)降低。機(jī)械效率ηm

泵總效率η=ηh·ηv·ηm=Dd=0．86×0．98≈0．81。根據(jù)具體情況，參考估算的效率，對(duì)各種效率進(jìn)行合理分配，使三個(gè)分效率之積等于總效率。理論揚(yáng)程和理論流量：

式中K，ηt按文獻(xiàn)[4]表8-4，表8-5分別取1．1和1．0。

1.4 泵軸徑和葉輪輪轂直徑的初步計(jì)算

泵軸的直徑應(yīng)按其承受的外載荷（拉壓彎扭）和剛度及臨界轉(zhuǎn)速條件確定。因?yàn)榕ぞ厥潜幂S最主要的載荷，所以在開始設(shè)計(jì)時(shí)，可按扭矩確定泵軸最小直徑（通常是聯(lián)軸器處的軸徑）。按扭矩計(jì)算泵軸直徑：取標(biāo)準(zhǔn)直徑d=20 mm，由結(jié)構(gòu)得輪轂直徑dh=33 mm。

2 葉輪的水力設(shè)計(jì)

2.1 葉輪主要尺寸的確定

速度系數(shù)法是一種相似設(shè)計(jì)法，是建立在一系列相似泵基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)。用速度系數(shù)法計(jì)算葉輪主要尺寸的公式：

式中Q——泵的流量（m3/s），對(duì)雙吸泵取

n——泵轉(zhuǎn)速（r/min）；

k0——系數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料選?。?/p>

主要考慮效率k0=3．5～4．0

兼顧效率和汽蝕k0=4．0～4．5

主要考慮汽蝕k0=4．5～5．5

由于本次設(shè)計(jì)中葉片數(shù)偏多，安裝角偏大，為降低葉輪圓盤損失，提高抗汽蝕性能，將葉輪外徑及出口直徑均取偏小值。葉輪進(jìn)口直徑D0= Dj=89 mm，葉輪出口直徑D2=139 mm，葉輪出口寬度b2=26 mm。

2.2 葉輪軸面投影圖的繪制

葉輪各部的尺寸確定之后，可畫出葉輪軸面投影圖。畫圖時(shí)，最好選擇ns相近，性能良好的葉輪圖作為參考，考慮設(shè)計(jì)泵的具體情況加以改進(jìn)。

軸面投影圖繪制的已知控制尺寸只有四個(gè)：（1）葉輪半徑R2；（2）葉輪進(jìn)口直徑D0；（3）葉輪出口寬度b2；（4）輪轂直徑dh。所繪軸面投影圖應(yīng)當(dāng)滿足這四個(gè)已知尺寸。

圖1 葉輪軸面投影圖

2.3 檢查軸面流道過水?dāng)嗝孀兓闆r

軸面投影圖畫出來之后，必須檢查流道面積變化是否合理。如果流道面積無(wú)規(guī)則變化，則會(huì)產(chǎn)生局部漩渦，增大損失。

圖2 流道中線圖

各過流斷面的面積F計(jì)算出以后，可用縱坐標(biāo)表示過流斷面面積F，用橫坐標(biāo)表示流道中線長(zhǎng)度L，做出F值隨L變化的F-L曲線，以觀察沿流道的變化情況。

表1 F-L曲線計(jì)算值

圖3 F-L曲線圖

由圖3可以看出，流道斷面面積隨著流道中線的長(zhǎng)度變化而均勻變化，從而流體在葉輪中的局部損失也較小。

2.4 葉片數(shù)的計(jì)算和選擇

葉片數(shù)對(duì)泵的揚(yáng)程、效率、汽蝕性能都有一定的影響。選擇葉片數(shù)，一方面考慮盡量減少葉片的排擠和表面的摩擦，另一方面又要使葉道有足夠的長(zhǎng)度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對(duì)液體的充分作用。通常采用的葉片數(shù)為Z=5～7，葉片數(shù)少時(shí)，包角應(yīng)適當(dāng)加大，但包角最大不要超過180°，按經(jīng)驗(yàn)值可得：葉片數(shù)Z=6，包角為105°。

2.5 葉片厚度

根據(jù)葉片工作面和背面的壓力差，可近似得出下面計(jì)算葉片厚度的公式：

式中：H——單級(jí)揚(yáng)程（mm)；Z——葉片數(shù)；

D2——葉輪外徑；A——系數(shù)，與比轉(zhuǎn)數(shù)和材料有關(guān)；葉輪所選材料為鑄鐵，查文獻(xiàn)[4]得A值為6。

因?yàn)槿~片是鑄造的，所以尺寸太小，不易鑄造，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取葉片進(jìn)口為6 mm，出口為4 mm。

2.6 葉片進(jìn)出口安放角的選擇和計(jì)算

3 結(jié)論

本文運(yùn)用速度系數(shù)法對(duì)MHP100-125化工泵葉輪重新進(jìn)行了水力設(shè)計(jì)。確定了泵的進(jìn)出口直徑等主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，在確定好葉輪的主要水力尺寸的同時(shí)繪制出了葉輪的軸面投影圖并檢查軸面流道過水?dāng)嗝孀兓闆r。結(jié)果表明：本次設(shè)計(jì)的葉輪流道斷面變化均勻，減少了流體在葉輪中流動(dòng)的水力損失，從而在一定程度上提高了化工泵水力性能的合理性。

[1]李云,姜培正．過程流體機(jī)械[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008．

[2]嚴(yán)敬，楊小林．國(guó)外水泵研究現(xiàn)狀概述[J]．排灌機(jī)械，2003，21(5):1-3．

[3]牟介剛,王樂勤,周曉寧．泵行業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J]．通用機(jī)械，2003，(2)：24-26．

[4]關(guān)醒凡．現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)[M]．北京：宇航出版社，1995．The Hydraulic Design of MHP 100-125 Chemical Pump Impeller

SHAN Fang-jian,WU Li-jun
（School of Mechanical Engineering,Tongji University,Shanghai,201804,China)

Determined the MHP100-125 chemical pump's main parameters and structure,designed the pump's impeller,and determined its hydraulic size using the speed coefficient method．The results showed that the chemical pump's hydraulic performance achieved the desired goal,and got more advanced and reasonable．

chemical pump；hydraulic design；hydraulic performance

1006-4184（2015）4-0039-03

2014-12-21

單方堅(jiān)（1991-），男，碩士研究生。E-mail:877202179@qq．com