江勁松

摘要：在不規(guī)則離心水泵的設(shè)計(jì)中結(jié)合實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅對(duì)于不規(guī)則離心水泵的主要參數(shù)以及結(jié)構(gòu)方案的確定，而且對(duì)于不規(guī)則離心水泵的葉輪和壓水室進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)與確定，還考慮不規(guī)則離心水泵的抗汽蝕性能，希望能夠提高不規(guī)則離心水泵的綜合性能。文章對(duì)不規(guī)則離心水泵設(shè)計(jì)方法及其系列化進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：不規(guī)則離心水泵；設(shè)計(jì)方法；葉輪；壓水室；抗汽蝕性能 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

隨著各種技術(shù)、設(shè)計(jì)的發(fā)展與創(chuàng)新，對(duì)于離心水泵的要求越來(lái)越高，希望利用新的設(shè)計(jì)手段和軟件進(jìn)行離心水泵創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本文的研究也是在個(gè)人實(shí)際工作基礎(chǔ)上進(jìn)行研究的，為某一公司設(shè)計(jì)一高速離心水泵，提出了不規(guī)則離心水泵的設(shè)計(jì)思路。本次設(shè)計(jì)中對(duì)于不規(guī)則離心水泵的各項(xiàng)參數(shù)提出了要求，其中不規(guī)則離心水泵的流量為230m3/h，不規(guī)則離心水泵的揚(yáng)程為50m，離心水泵的轉(zhuǎn)速為n=6000r/min，要求離心水泵效率要達(dá)到50%。接下來(lái)就不規(guī)則離心水泵的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行解析。

1 不規(guī)則離心泵主要設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案的確定

1.1 確定泵的總體結(jié)構(gòu)形式和泵的進(jìn)出口直徑

在進(jìn)行不規(guī)則離心泵的設(shè)計(jì)中，首先要明確不規(guī)則離心泵的機(jī)構(gòu)形式以及原動(dòng)機(jī)的主要類型，然后進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)計(jì)算明確各項(xiàng)參數(shù)。

1.1.1 泵吸入口徑計(jì)算與確定。不規(guī)則離心泵的吸入口徑確定與計(jì)算中受到進(jìn)口流速的影響，一般泵的吸入口流速大約在3m/s，但是在進(jìn)行生產(chǎn)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(diǎn)。但是又會(huì)有另一矛盾的產(chǎn)生，希望能夠減小泵的吸入口流速，主要是希望通過(guò)這種方式能夠提高過(guò)流能力，同時(shí)也希望通過(guò)這種方式能夠提高離心泵的抗空蝕性能。因此，在本次不規(guī)則離心泵的設(shè)計(jì)中采用vs=2.505m/s。根據(jù)這一吸入口流速確定吸入口徑為Ds===0.180m=180mm，本設(shè)計(jì)中考慮了不規(guī)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(jì)算與確定。對(duì)于離心泵的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，一般低揚(yáng)程泵的設(shè)計(jì)中泵排出口徑和吸入口徑相同，而對(duì)于高揚(yáng)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(shè)計(jì)中往往取Dt=（1～0.7）Ds。因此，在本次不規(guī)則離心水泵的設(shè)計(jì)中，按照標(biāo)準(zhǔn)直徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合設(shè)計(jì)要求的揚(yáng)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(zhuǎn)速的確定及電動(dòng)機(jī)型號(hào)

離心水泵的轉(zhuǎn)速對(duì)于離心泵性能具有直接的影響，一般離心泵的轉(zhuǎn)速要求越高，那么離心泵的體積往往會(huì)越小，并且離心泵的重量也會(huì)越輕，這樣在離心泵的設(shè)計(jì)中往往選擇較高的轉(zhuǎn)速。另外，在離心泵轉(zhuǎn)速確定中還應(yīng)該考慮原動(dòng)機(jī)的類型以及傳動(dòng)裝置這一因素，進(jìn)行綜合考慮。一般在離心泵的設(shè)計(jì)中采用連接傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。其中對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表1：

在離心泵的運(yùn)行中，一般具有一定負(fù)荷，由于負(fù)荷會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生影響，最終離心機(jī)運(yùn)行中的轉(zhuǎn)速會(huì)小于同步轉(zhuǎn)速，一般在進(jìn)行設(shè)計(jì)中考慮2%左右的轉(zhuǎn)差率。在本規(guī)則離心水泵的設(shè)計(jì)中按照6000r/min的轉(zhuǎn)速要求，最終選擇極對(duì)數(shù)P=2的異步電動(dòng)機(jī)，并且最終同步轉(zhuǎn)速為2985r/min。

2 葉輪的水力設(shè)計(jì)

葉輪作為離心水泵的主要核心組成，不僅對(duì)于離心水泵的性能具有直接影響，對(duì)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(shè)計(jì)也是離心水泵的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2.1 葉輪主要參數(shù)的設(shè)計(jì)與選擇

對(duì)于不規(guī)則離心水泵進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，不規(guī)則離心泵中葉輪的各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于離心水泵的性能均具有影響，其中葉輪的進(jìn)口幾何參數(shù)會(huì)對(duì)離心泵的汽蝕現(xiàn)象具有明顯的作用，葉輪的出口幾何參數(shù)主要是對(duì)離心泵的揚(yáng)程和流量產(chǎn)生影響，無(wú)論是進(jìn)口參數(shù)還是出口參數(shù)均對(duì)離心水泵的效率產(chǎn)生影響。

2.1.1 葉輪進(jìn)口直徑Dj的確定。不規(guī)則離心水泵葉輪的進(jìn)口直徑和進(jìn)口速度明顯相關(guān)，前面分析得出進(jìn)口速度一般在3～4m/s以下，認(rèn)為在不規(guī)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(jìn)口流速。但是結(jié)合實(shí)際情況可以發(fā)現(xiàn)，要想保持水力效率，同時(shí)設(shè)計(jì)的不規(guī)則離心泵對(duì)于抗汽蝕能力要求不高時(shí)，選取的進(jìn)口直徑可以較小，這樣也主要是對(duì)葉輪密封環(huán)進(jìn)行控制，減少泄漏量，對(duì)于葉輪的容積效率而言也能夠得到提高。綜合考慮各項(xiàng)因素，包括擴(kuò)散損失等來(lái)推算葉輪進(jìn)口直徑，本不規(guī)則離心水泵設(shè)計(jì)中的進(jìn)口當(dāng)量直徑為，本不規(guī)則離

心泵設(shè)計(jì)中對(duì)于k0進(jìn)行確定，確定為4.3。對(duì)于k0值進(jìn)行適當(dāng)提高，可以在改善大流量的情況下對(duì)于不規(guī)則離心水泵的性能進(jìn)行改善，提高不規(guī)則離心水泵的抗汽蝕性能。最終確定本不規(guī)則離心水泵的葉輪進(jìn)口直徑為Dj==97mm，最終確定進(jìn)口直徑為Dj=100mm。

2.1.2 葉輪出口直徑D2的初步計(jì)算。葉輪出口直徑對(duì)于不規(guī)則離心水泵的主要影響對(duì)泵的揚(yáng)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(huì)受到眾多預(yù)定參數(shù)的影響，因此在本不規(guī)則離心水泵的設(shè)計(jì)中要充分考慮假定參數(shù)，來(lái)最終確定葉輪外徑。壓水室中的水力損失會(huì)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(guī)則離心泵設(shè)計(jì)中確定最終的葉輪出口直徑為：

取D2=0.287m。

2.2 葉片數(shù)的選擇

葉輪中葉片數(shù)也是不規(guī)則離心泵的重要影響因素，不僅僅影響不規(guī)則離心泵的揚(yáng)程，而且對(duì)于離心泵的效率以及汽蝕性能均產(chǎn)生影響。在不規(guī)則離心泵的設(shè)計(jì)中，必須要考慮葉輪中葉片數(shù)目，不僅要盡可能地減少摩擦力，減少葉片數(shù)，另外還應(yīng)該保證葉輪流道而保證葉片數(shù)目，因此葉片數(shù)目選擇應(yīng)該在合理范圍之內(nèi)。在本不規(guī)則離心水泵的設(shè)計(jì)中，按照表2中Z=8進(jìn)行取值。

3 壓水室的設(shè)計(jì)和計(jì)算

在進(jìn)行壓水室的設(shè)計(jì)中，最終的考慮因素是對(duì)壓水室斷面形狀以及斷面面積的確定。在本不規(guī)則離心水泵的設(shè)計(jì)中采用8個(gè)彼此成45°周斷面來(lái)進(jìn)行壓水室的切割，然后進(jìn)行斷面形狀判斷，包括梯形、矩形以及可能出現(xiàn)的任意形狀，最后在形狀確定基礎(chǔ)上來(lái)確定不同斷面的面積。最終在本不規(guī)則離心泵設(shè)計(jì)中壓水泵的8個(gè)斷面的斷面半徑設(shè)計(jì)如圖1所示，并且具體尺寸見(jiàn)表3：

4 不規(guī)則離心水泵汽蝕性能提升設(shè)計(jì)

4.1 誘導(dǎo)輪設(shè)計(jì)

在本不規(guī)則離心水泵設(shè)計(jì)中采用誘導(dǎo)輪，也屬于軸流式葉輪的范圍。這種誘導(dǎo)輪不僅僅具有軸流式葉輪的幾何特性，而且這種誘導(dǎo)輪還具有汽蝕特性。在相對(duì)速度最大的誘導(dǎo)輪外緣處產(chǎn)生氣泡，并且在軸向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于離心力以及外壓的作用，氣泡會(huì)被控制在誘導(dǎo)輪內(nèi)凝結(jié)，不容易造成不規(guī)則離心泵流道的堵塞。這樣對(duì)于汽蝕特性產(chǎn)生直接影響，汽蝕性能下降緩慢，并且在不規(guī)則離心泵中并沒(méi)有明顯的突然下降階段。這樣的設(shè)計(jì)對(duì)于不規(guī)則離心水泵的汽蝕狀態(tài)產(chǎn)生直接影響，讓汽蝕狀態(tài)下的不規(guī)則離心水泵工作對(duì)性能并沒(méi)有具體

影響。

4.2 采取措施來(lái)提高誘導(dǎo)輪本身的抗汽蝕性能

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

5 結(jié)語(yǔ)

在不規(guī)則離心泵的設(shè)計(jì)中，不僅要明確不規(guī)則離心泵的總體設(shè)計(jì)，而且要把不規(guī)則離心泵的葉輪設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)重點(diǎn)，另外壓水室的設(shè)計(jì)也是不規(guī)則離心泵設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。在不規(guī)則離心泵的設(shè)計(jì)中，還應(yīng)該考慮抗汽蝕性能，希望能夠提高不規(guī)則離心泵的性能，滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：小 燕）