浅析离心泵设计方法

刘占峰

摘 要：离心泵是利用叶轮旋转而使水发生离心运动来工作的。本文对离心泵基本参数和参数带好进行说明，对过流部件主要几何参数的水力设计计算从叶轮主要几何参数设计要点、泵体主要几何参数设计要点以及泵体积叶轮的匹配性进行分析，其次对设计的关键点进行分析。

关键词：离心泵 设计 水力 叶轮

中图分类号：TG311 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0082-01

鉴于目前我国离心泵的实际技术水平以及泵厂家的实际生产能力，通过多年来对国外离心泵产品的反向推导研究，响应国家离心泵节能惠民的号召，特提出一种离心泵的非常规设计方法，旨在提高我国离心泵的整体技术水平和产品档次。先对一些基本的参数加以说明，以下是对一些参数代号的说明：

Q为流量，单位为m3/s；

H为扬程，单位为m；

n为转速，单位为r/min；

ns为比转速；

D2为叶轮外径，单位为mm；

b2为叶轮出口宽度，单位为mm；

β2为叶片出口安放角，单位为°；

φ为叶片包角，单位为°；

Z为叶片数；

D3为泵体压水室基圆直径，单位为mm；

b3为泵体流道宽度，单位为mm；

K3为离心泵速度系数；

γ为梯形断面夹角，单位为°；

η为效率，单位为%。

1 过流部件主要几何参数的水力设计计算

1.1 叶轮主要几何参数设计要点

（1）如果离心泵内叶轮的尺寸偏差较大，那么就可能导致叶轮滑度差，水力和性能都有所降低，想要避免这种问题的发生，就必须事先选择一些宽度加大、易于制造的叶轮，这样不仅能够有效降低由于叶轮表面粗糙带来的制造误差的现象，还能有效提升工作效率。除此之外叶轮宽度的加大还意味着叶片之间的运转更加顺畅，有效减少摩擦，让流动的效果更好，这样能有有效减少水流在叶轮之间的损失，真正减少了工作的时间。

（2）离心泵的叶轮如果外径的尺寸限制必须选择较大的出口宽度，那么就必须对于外轮的外径选择较小的尺寸，不然就会超过叶轮自身可以承受的性能，如果减小叶轮的外径，那么便可以有效地减小叶轮的摩擦，提升工作效率。

1.2 泵体主要几何参数设计要点

（1）当前我国国内的离心泵通常水流面积都比较小，尤其是对于低比例转数的离心泵来说更是如此，泵内的水流面积如果过于小，就会让区域内的水流变急，出现高效点向着小流量的方向流动，让本应当正常的最大流量值，产生气浊现象，或者由于震动产生噪音，如果根据当前的经验来看，我们常常采用增大横断面积来缓解压力，可以适当增大8%～20%，可以通过水室的速度来确定压水室的横断面积。

（2）如果离心泵内流道的宽度较低，那么要确定泵体的宽度是否符合叶轮内出口的宽度，以便于及时发现误差和计算圆盘内摩擦产生的损失，一般情况下，我们可以采用公式b3=B2+（6～15），其中b3是没有具体的要求的，具体的情况要根据第八个横断面来确定，而且要尽力确保横断面的形状，最好是长方形或者是圆形。

1.3 泵体及叶轮的匹配性

根据离心泵的特点，我们可以发现泵的特性是由泵体自身以及内部的叶轮决定的，因此如果想要设计出适合的离心泵就必须重视叶轮的设计，要能将叶轮和泵体进行良好的匹配，只有确保两者的匹配，才能提升工作效率，让泵内的运转更加高效，同时可以方便泵体内部可以通过的流量更大，也就是叶轮出口的面积要符合泵体的要求。

2 几个关键点的浅析

2.1 叶轮出口宽度与叶轮外径的匹配性

叶轮的外径以及横断面积是必须要匹配的情况，只有采取匹配的方式，才能让泵内的流量更加的符合叶轮的特性，虽然会影响到叶轮工作的效果，但是如果采用大出口宽度的叶轮就必须同时减小叶轮的外径，让其减少摩擦力，不然离心泵自身的荷载就会超过自身的性能，因此可以采用切割叶轮的方式实现叶轮的性能，但是这种方式会让叶轮内的匹配性能变差，从而大大影响到工作效果。

2.2 叶片包角与叶片出口安放角的匹配性

叶轮内的宽度会影响到泵内的流速，如果想要保证泵的速度，就必须让泵的扬程曲线变得平滑，如果出现了大的波动，是不符合匹配标准的，这种情况可以实现安放叶片角，然后通过减小出口安放角的方式加大叶片包角，另外如果叶片角的角度过大时，就会让水流在里面的流动时间加长，这样就会减小水的力度，从而提升泵的效率，如果相邻叶片的流道很长，那么可以通过拓宽泵范围的方式改变流速。

2.3 泵体第8断面形状

应该选择恰当的值，保证流道内的宽度和横断面的面积相吻合，如何出现了相对应角度过小的问题，应当予以改正，保证横断面的角度γ近似于长方形或者是方形。

3 设计例证

3.1 SLW50-125

原泵性能参数：Q=12.5 m3/h，H=20 m，P=1.5 kW，n=2950 r/min，η=56.2%，高效区流量10.5～14.1 m3/h。非常规设计测试性能参数：Q=12.5 m3/h，H=20 m，P= 1.5 kW，n=2950 r/min，η=65.0%，高效区流量9.5～15.9 m3/h。

3.2 SLW150-160

原泵性能参数：Q=160 m3/h，H=32 m，P=22 kW，n=2950 r/min，η=73.2%，高效区流量149.0～180.1 m3/h。非常规设计测试性能参数：Q=160 m3/h，H=32 m，P=22 kW，n=2950 r/min，η=82.7%，高效区流量138.0～198.3 m3/h。

4 结语

（1）离心泵效率的高低取决于圆盘摩擦损失、容积损失及水力损失的大小，而这三种损失又是相互关联、相互影响的，那么要得到一台高效率的离心泵就需要使这三种达到一种平衡，使其损失之和达到最低。

（2）从高效节能上来讲，只有效率高且高效区宽的离心泵才是真正意义上的好泵，因为不同的用户所用的泵的实际工况都是各不相同的，即使是同一客户其在不同时期的实际使用工况也是不定的，为了保证用户所使用的泵总是工作在高效率点，除了要求客户的合理选型和使用外，就要求企业设计出高效区范围宽的泵，以适应用户的各种工况需要。

（3）使用该种非常规设计方法所设计出来的泵，由于选取了相对较大的叶片包角和较小的出口安放角，其在进行切割时效率基本不变，即便是在切割量超出常规允许的切割量时效率也变化很小，并且泵运行平稳、噪声小。

参考文献

[1] 高章发，刘建生.离心泵设计新思路[J]. 通用机械，2004（10）：78-80，84.

[2] 刘克诚.离心泵设计和选择中的一些问题[J].石油化工设备，1987（1）：13-19.

[3] 牟介刚.离心泵现代设计方法研究和工程实现[D].浙江大学，2005.