低比轉(zhuǎn)速泵葉輪水力設(shè)計(jì)方法綜述

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1、.6.DRAINGEANDIRRIGATIONMACHINERYVol.21No.3低比轉(zhuǎn)速泵葉輪水力設(shè)計(jì)方法綜述嚴(yán)敬，楊小林(四川工業(yè)學(xué)院，四川成都610039)摘要：概括性地介紹了低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪水力設(shè)計(jì)領(lǐng)域近年中取得的進(jìn)展和新理論，討論分析了不同目標(biāo)的葉輪幾何參數(shù)計(jì)算方法，如建立在對大量優(yōu)秀水力模型統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)之上的速度系數(shù)法、以計(jì)算機(jī)編程綜合計(jì)算葉輪幾何參數(shù)的解析法；介紹了特殊的葉片繪形方法，如單圓弧曲線，等變角、非等變角螺旋線等，并對這類葉輪水力設(shè)計(jì)的研究方向提供了有益的建議。關(guān)鍵詞：低比轉(zhuǎn)速；葉輪；設(shè)

2、計(jì)；理論；綜述文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1005-6254（2003）03-0006-04設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)這些參數(shù)決定全部葉輪幾何尺0引言寸：葉輪半徑R2，葉輪出口寬度b2和出口排擠系低比轉(zhuǎn)速泵高揚(yáng)程、低流量的外特性特征決數(shù)y2，葉片出口安放角β2及葉片數(shù)Z，葉輪進(jìn)口定了其具有某些與其它離心泵不同的特殊性：為直徑D0。這是完成葉輪水力設(shè)計(jì)的第一步。產(chǎn)生較高的揚(yáng)程，泵的葉輪半徑必須比較大，由在確定上述葉輪幾何參數(shù)時(shí)，目前國內(nèi)常用于葉輪的圓盤摩擦損失大約正比于葉輪半徑的5的方法有以下幾種。次方，因而較大的圓盤半徑造成

3、的過大的機(jī)械損1.1速度系數(shù)法失決定了這類泵效率普遍較低。低比轉(zhuǎn)速泵效率這種方法實(shí)際是建立在對大量優(yōu)秀水力模型過低的另一個(gè)原因也與葉輪產(chǎn)生的過高的揚(yáng)程相統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)之上的一種相似設(shè)計(jì)方法。這一方法以聯(lián)系。高揚(yáng)程決定了葉片流道間逆壓梯度比較圖表或經(jīng)驗(yàn)公式的形式，給出葉輪幾何參數(shù)與葉高，這種壓力分布特點(diǎn)使得水流易于在葉片表面輪比轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，供設(shè)計(jì)人員快捷計(jì)算有關(guān)股流分離，這一現(xiàn)象甚至在泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)也難以避葉輪參數(shù)。目前國內(nèi)資料大多基于Stepnnoff早[1]免。另外，低比轉(zhuǎn)速泵的最大輸入功率與設(shè)計(jì)點(diǎn)期統(tǒng)計(jì)結(jié)果。國外

4、目前應(yīng)用較多的是Loban-[2]軸功率之比可以達(dá)到1.6以上，這一比值遠(yuǎn)比其off在上世紀(jì)90年代發(fā)表的回歸曲線，但國內(nèi)它離心泵對應(yīng)值高，結(jié)果造成原動機(jī)頻頻過載失還缺乏相關(guān)介紹與分析。效。最后，一些參數(shù)不合理的低比轉(zhuǎn)速泵的H-Q在利用速度系數(shù)法設(shè)計(jì)低比轉(zhuǎn)速葉輪時(shí)，有曲線常常出現(xiàn)駝峰，影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。時(shí)并不能取得令人滿意的效果。有兩個(gè)原因限制低比轉(zhuǎn)速泵的上述不足難以用一般葉輪水力了這一方法在低比轉(zhuǎn)速葉輪設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。第設(shè)計(jì)方法糾正，這類泵應(yīng)有適合其自身特征的葉一，統(tǒng)計(jì)人員在處理樣本時(shí)，往往缺乏大量優(yōu)秀輪幾何參

5、數(shù)計(jì)算方法和葉片繪形原理。近十余年低比轉(zhuǎn)速葉輪水力模型，有的經(jīng)驗(yàn)曲線甚至沒有里，國內(nèi)不少水泵技術(shù)人員廣泛開展了關(guān)于低比低比轉(zhuǎn)速范圍的函數(shù)段。第二，統(tǒng)計(jì)樣本的優(yōu)秀轉(zhuǎn)速泵的特性及設(shè)計(jì)方法的研究，并取得的眾多性是一個(gè)比較模糊的概念，以同一批經(jīng)驗(yàn)曲線決成果應(yīng)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐中。本文僅對低比轉(zhuǎn)速葉輪定葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)難以達(dá)到同時(shí)保證產(chǎn)品的高效率的水力設(shè)計(jì)新理論、新方法作一綜述與展望。和高可靠性的雙重目的。近年來，國內(nèi)水泵工作者以一些使用效果較1葉輪幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算新方法好的低比轉(zhuǎn)速葉輪為依據(jù)，得到了一些適合低比用戶給定的葉輪設(shè)

6、計(jì)點(diǎn)參數(shù)，一般包括葉輪轉(zhuǎn)速葉輪參數(shù)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式，以計(jì)算Z，b2等，的理論流量QT，理論揚(yáng)程HT，旋轉(zhuǎn)角速度ω；見文獻(xiàn)[3，4，10]。作者簡介：嚴(yán)敬（1947-）,男，江蘇蘇州人，教授，碩士，主要從事流體機(jī)械的研究與教學(xué)。排灌機(jī)械第21卷第3期嚴(yán)敬等：低比轉(zhuǎn)速泵葉輪水力設(shè)計(jì)方法綜述.7.1.2解析計(jì)算法增加理論揚(yáng)程HT，或在HT一定時(shí)以增大β2減少經(jīng)過十余年的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)編程綜合計(jì)算R2的措施對低比轉(zhuǎn)速葉輪并不恰當(dāng)，盡管這種方葉輪幾何參數(shù)的解析方法，目前穩(wěn)定在優(yōu)化技術(shù)法對中、高比轉(zhuǎn)速葉輪是有效的。上。由于不

7、同的用戶對水泵的性能要求有所不同，（1）（2）兩式以不同目標(biāo)作為優(yōu)化對象，出現(xiàn)了兩類主要的優(yōu)化目標(biāo)以計(jì)算葉輪參數(shù)。但是，從應(yīng)用的角度看，它們實(shí)際是等價(jià)的。即對1.2.1提高葉輪效率為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型一組相同的用戶性能參數(shù)，兩種求優(yōu)過程最終算這一類型的研究成果有多篇報(bào)導(dǎo)，其中較有得的葉輪幾何參數(shù)完全相同。由于低比轉(zhuǎn)速葉輪影響的兩種。圓盤摩擦損失較大，且對于幾何參數(shù)變化十分敏一種觀點(diǎn)認(rèn)為，既然低比轉(zhuǎn)速泵效率較低的感，而R2的變化并不引起V2顯著變化，因而能使[6]主要原因是因?yàn)槠鋱A盤摩擦過大，因而減小葉輪Δh有極小值

8、的結(jié)構(gòu)參數(shù)R2也將有極小值。半徑R2應(yīng)當(dāng)成為提高泵效率的主要措施。在考慮1.2.2降低泵的輸入功率為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型了斯托道拉導(dǎo)出的軸向漩渦產(chǎn)生的相對速度值之在研究早期，國內(nèi)技術(shù)人員已定性發(fā)現(xiàn)，取后，以泵的基本方程為依據(jù)可以得到如下目標(biāo)函較小的β2值將有利于降低泵的最大輸入功率。數(shù)：文獻(xiàn)[7]和[8]從不同的數(shù)學(xué)角度比較嚴(yán)格的導(dǎo)出gH+wQT了同一定量關(guān)系：當(dāng)葉輪幾何參數(shù)滿足（4）式T(