不规则离心水泵设计方法及其系列化研究

方案的确定，而且对于不规则离心水泵的叶轮和压水室进行参数设计与确定，还考虑不规则离心水泵的抗汽蚀性能，希望能够提高不规则离心水泵的综合性能。文章对不规则离心水泵设计方法及其系列化进行了研究。

关键词：不规则离心水泵；设计方法；叶轮；压水室；抗汽蚀性能 文献标识码：A

中图分类号：TH311 文章编号：1009-2374（2017）11-0243-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.122

随着各种技术、设计的发展与创新，对于离心水泵的要求越来越高，希望利用新的设计手段和软件进行离心水泵创新设计。本文的研究也是在个人实际工作基础上进行研究的，为某一公司设计一高速离心水泵，提出了不规则离心水泵的设计思路。本次设计中对于不规则离心水泵的各项参数提出了要求，其中不规则离心水泵的流量为230m3/h，不规则离心水泵的扬程为50m，离心水泵的转速为n=6000r/min，要求离心水泵效率要达到50%。接下来就不规则离心水泵的具体设计进行解析。

1 不规则离心泵主要设计参数和结构方案的确定

1.1 确定泵的总体结构形式和泵的进出口直径

在进行不规则离心泵的设计中，首先要明确不规则离心泵的机构形式以及原动机的主要类型，然后进行计算，通过计算明确各项参数。

1.1.1 泵吸入口径计算与确定。不规则离心泵的吸入口径确定与计算中受到进口流速的影响，一般泵的吸入口流速大约在3m/s，但是在进行生产制造中为方便制造并且尽可能减小离心泵的体积，一般大型泵的流速中往往取大一点。但是又会有另一矛盾的产生，希望能够减小泵的吸入口流速，主要是希望通过这种方式能够提高过流能力，同时也希望通过这种方式能够提高离心泵的抗空蚀性能。因此，在本次不规则离心泵的设计中采用vs=2.505m/s。根据这一吸入口流速确定吸入口径为Ds===0.180m=180mm，本设计中考虑了不规则离心泵的法兰直径，最终确定为圆整Ds=200mm。

1.1.2 泵排出口径计算与确定。对于离心泵的设计进行分析可以发现，一般低扬程泵的设计中泵排出口径和吸入口径相同，而对于高扬程泵而言，往往排出口径要小于吸入口径，是为了较小泵的体积，所以在离心泵的设计中往往取Dt=（1～0.7）Ds。因此，在本次不规则离心水泵的设计中，按照标准直径进行设计，结合设计要求的扬程50m，最终得出排除口径为Dt=（0.7～1）Ds，取Dt=0.85Ds=170mm。

1.2 泵转速的确定及电动机型号

离心水泵的转速对于离心泵性能具有直接的影响，一般离心泵的转速要求越高，那么离心泵的体积往往会越小，并且离心泵的重量也会越轻，这样在离心泵的设计中往往选择较高的转速。另外，在离心泵转速确定中还应该考虑原动机的类型以及传动装置这一因素，进行综合考虑。一般在离心泵的设计中采用连接传动的电动机。其中对于异步电动机的同步转速进行统计，见表1：

在离心泵的运行中，一般具有一定负荷，由于负荷会对转速产生影响，最终离心机运行中的转速会小于同步转速，一般在进行设计中考虑2%左右的转差率。在本规则离心水泵的设计中按照6000r/min的转速要求，最终选择极对数P=2的异步电动机，并且最终同步转速为2985r/min。

2 叶轮的水力设计

叶轮作为离心水泵的主要核心组成，不仅对于离心水泵的性能具有直接影响，对于水泵的效率以及抗空蚀能力也具有明显影响。因此，叶轮的水力设计也是离心水泵的设计要点。

2.1 叶轮主要参数的设计与选择

对于不规则离心水泵进行分析可以发现，不规则离心泵中叶轮的各项指标对于离心水泵的性能均具有影响，其中叶轮的进口几何参数会对离心泵的汽蚀现象具有明显的作用，叶轮的出口几何参数主要是对离心泵的扬程和流量产生影响，无论是进口参数还是出口参数均对离心水泵的效率产生影响。

2.1.1 叶轮进口直径Dj的确定。不规则离心水泵叶轮的进口直径和进口速度明显相关，前面分析得出进口速度一般在3～4m/s以下，认为在不规则离心泵中要提高抗汽蚀性能以及提高水力效率又要求提高叶轮进口流速。但是结合实际情况可以发现，要想保持水力效率，同时设计的不规则离心泵对于抗汽蚀能力要求不高时，选取的进口直径可以较小，这样也主要是对叶轮密封环进行控制，减少泄漏量，对于叶轮的容积效率而言也能够得到提高。综合考虑各项因素，包括扩散损失等来推算叶轮进口直径，本不规则离心水泵设计中的进口当量直径为，本不规则离

心泵设计中对于k0进行确定，确定为4.3。對于k0值进行适当提高，可以在改善大流量的情况下对于不规则离心水泵的性能进行改善，提高不规则离心水泵的抗汽蚀性能。最终确定本不规则离心水泵的叶轮进口直径为Dj==97mm，最终确定进口直径为Dj=100mm。

2.1.2 叶轮出口直径D2的初步计算。叶轮出口直径对于不规则离心水泵的主要影响对泵的扬程的影响，也是最主要的影响因素，并且出口直径的确定也会受到众多预定参数的影响，因此在本不规则离心水泵的设计中要充分考虑假定参数，来最终确定叶轮外径。压水室中的水力损失会直接受到叶轮出口速度的影响，和该值额平方成正比。因此，在本不规则离心泵设计中确定最终的叶轮出口直径为：

取D2=0.287m。

2.2 叶片数的选择

叶轮中叶片数也是不规则离心泵的重要影响因素，不仅仅影响不规则离心泵的扬程，而且对于离心泵的效率以及汽蚀性能均产生影响。在不规则离心泵的设计中，必须要考虑叶轮中叶片数目，不仅要尽可能地减少摩擦力，减少叶片数，另外还应该保证叶轮流道而保证叶片数目，因此叶片数目选择应该在合理范围之内。在本不规则离心水泵的设计中，按照表2中Z=8进行取值。

3 压水室的设计和计算

在进行压水室的设计中，最终的考虑因素是对压水室断面形状以及断面面积的确定。在本不规则离心水泵的设计中采用8个彼此成45°周断面来进行压水室的切割，然后进行断面形状判断，包括梯形、矩形以及可能出现的任意形状，最后在形状确定基础上来确定不同断面的面积。最终在本不规则离心泵设计中压水泵的8个断面的断面半径设计如图1所示，并且具体尺寸见表3：

4 不规则离心水泵汽蚀性能提升设计

4.1 诱导轮设计

在本不规则离心水泵设计中采用诱导轮，也属于軸流式叶轮的范围。这种诱导轮不仅仅具有轴流式叶轮的几何特性，而且这种诱导轮还具有汽蚀特性。在相对速度最大的诱导轮外缘处产生气泡，并且在轴向运动过程中，由于离心力以及外压的作用，气泡会被控制在诱导轮内凝结，不容易造成不规则离心泵流道的堵塞。这样对于汽蚀特性产生直接影响，汽蚀性能下降缓慢，并且在不规则离心泵中并没有明显的突然下降阶段。这样的设计对于不规则离心水泵的汽蚀状态产生直接影响，让汽蚀状态下的不规则离心水泵工作对性能并没有具体

影响。

4.2 采取措施来提高诱导轮本身的抗汽蚀性能

在本不规则离心水泵的设计中采用轴流式的叶轮设计，不仅选择的诱导轮的叶栅稠密，而且选择的进口冲角较小，在叶轮叶片设计中采用较薄厚度，最终能够使得诱导轮的进口速度保持在较小的范围内，另外受压也比较均匀。在本不规则离心泵的设计中较远的部位产生较低压力，最终能够保证诱导轮产生的气泡凝结在诱导轮内部。但是在进行不规则离心泵的设计中采用高抗汽蚀性能的诱导轮，但是在这个过程中却需要牺牲能量指标，导致诱导轮本身效率不高。在本不规则离心泵的设计中，要注意主叶轮和叶轮进口流速的配合，保证泵效率在一定范围之内。

5 结语

在不规则离心泵的设计中，不仅要明确不规则离心泵的总体设计，而且要把不规则离心泵的叶轮设计作为设计重点，另外压水室的设计也是不规则离心泵设计的要点。在不规则离心泵的设计中，还应该考虑抗汽蚀性能，希望能够提高不规则离心泵的性能，满足实际生产要求。

参考文献

[1] 骆艳洁，王海博，李骁.离心水泵流场数值模拟分析方法探究[J].通信电源技术，2016，（1）.

[2] 徐连根.炼油焦化装置高压离心水泵轴断裂失效分析[J].化工设备与管道，2014，（3）.

（责任编辑：小 燕）