如何利用Excel 进行离心泵的设计选型计算

邓集华

（广州南洋理工职业学院，广东 广州 510900）

离心泵的设计计算是一个极其繁琐而且复杂的计算工作， 它不但包括了对现有工况下离心泵的数据核算还包含了新工况下离心泵的选型计算等等。 设计者在计算的过程中所涉及到的因素极其多而且又相互之间有所关联， 其中有许多的数据它只能够从相对应的一些图表上去获取，并且其计算公式极其复杂且专业性极强，设计者设计选型计算时感到异常繁琐。 所以长期以来，设计者在对离心泵进行设计或者进行离心泵选型时大多数采取的都是估算的方法来选择，从EPCS 的相应计算报告之中就可以看到期中包含了有近30 余项数据的计算， 而且这种计算是极其复杂的，工艺设计者如果要仔细计算的话则超过了他们的忍耐限度。 当然，现在市面上现在也有一些相应的离心泵设计计算软件，如：立德软件LeadePHCad、CFTurbo、Gambit 等； 但这些软件都是需要购买才能使用的，少则上万、多的好几万乃至十几万，对于中小型企业及个人设计者进行设计或者只是进行一些简单的选型计算的话，就有一些不合算了。 那么到底有没有一种即简单又方便且不需要投入太多的简便计算方法呢？在这里给大家推荐总结制作了一种利用Excel 表格代入离心泵相应计算公式进行离心泵快速计算选型的简便方法，省却了对离心泵进行设计、选型时繁琐复杂的计算工作。

1 离心泵基本设计参数

表现离心泵主要性能的基本参数有以下几个[1]6-7，[2]23-220：

1） 流量Q： 流量是泵在单位时间内输送出去的液体量。 体积流量用Q 表示，单位是：m3/s，m3/h，l/s 等。

2） 扬程H： 扬程是泵所抽送的单位重量液体从泵进口处（泵进口法兰）到泵出口处（泵出口法兰）能量的增值。其单位是N·m/N=m。

3） 转速n：转速是泵轴单位时间的转数，用符号n 表示，单位是r/min。

4） 汽蚀余量NPSH：汽蚀余量又叫净正吸头。 汽蚀余量国内曾用Δh 表示。

5） 功率和效率：泵的功率通常是指输入功率，即原动机传支泵轴上的功率，用P 表示；泵的有效功率用Pe 表示。

6） 流量：泵排出液体的体积叫流量，流量用Q 表示，计量单位：立方米/小时（m3/h）,升/秒（l/s）, L/s=3.6 m3/h=0.06m3/min=60L/min，G=Qρ G 为重量ρ 为液体比重。

7） 汽蚀余量、吸程：汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量，单位用米标注，用（NPSH）r。 吸程即为必需汽蚀余量Δh：即泵允许吸液体的真空度或安装高度，单位用米。

8） 泵的效率：指泵的有效功率和轴功率之比。 η=Pe/P，泵的功率通常指输入功率，即原动机传到泵轴上的功率，故又称轴功率，用P 表示。 有效功率即：泵的扬程和质量流量及重力加速度的乘积。

2 离心泵相关计算公式（部分）

知道以上几个基本参数后就可以按照离心泵的相关计算公式进行它的其它参数的设计计算：

2） 泵出口直径Dd=Ds，对于低扬程泵，可取与吸入口径相同，高扬程泵，为减小泵的体积和排出管直径，可小于吸入口径，一般取：Dd=(1~0.7)Ds[2]104-105；

8） 叶轮进口直径因为有的叶轮有轮毂， 有的没有轮毂，为从研究问题中排除轮毂的影响，即考虑一般情况，引出叶轮进口当量直径Dδ，D0按以Dδ为半径的圆管断面积等于叶轮进口去掉轮毂的有效面积。 先计算进口当量直径再计算叶轮进口直径（此处轮毂直径为0）Ds=

以上是有关离心泵的一些主要的计算公式和参数，另外还有叶片出口角、叶片数、精算叶轮外径、叶片出口排挤系数及理论扬程等等， 在这里就不给大家一一列出了， 大家可以去与离心泵有关的设计书籍中找出相对应的计算公式。

3 利用Excel 制作离心泵计算表格的方法

在设计制作Excel 计算表格时，只需要把相应的泵计算公式代入Excel 表格中，就可以按照给定的参数自动计算出离心泵的其它各项性能参数了。 只需一次Excel 表格的制作， 设计人员在以后的离心泵设计过程中就可以解决在对离心泵进行设计、选型时繁琐复杂的计算工作，大大节省了设计时间。

图1

如图1 所示就是一个设计好的离心泵水利设计表；图1 中第一行数字是已知参数，加下横线数据为最终确定的修正结果（按离心泵的设计要求及习惯，部分数据尺寸我们一般取整数值，故相对于计算出来的结果选取一个近似的整数值作为设计数据。 ）。 也就是说只要做好这份Excel计算表格，在以后的设计计算过程之中，只需要输入已知的流量、扬程、装置汽蚀余量、转速等数据，Excel 计算表格就可以自动将比转速、离心泵进出口直径、电机功率、叶轮尺寸等各项数据计算出来[4]165-185。

比如：计算比转速时，只需在B4 格处代入比转速的公式ns=)在上图表中输入格式为=3.65*K2*(B2/3600)^0.5/D2^0.75； 同样的如泵入口计算直径则在C6处代入公式其格式为=(4*B2/3600/2.2/PI())^0.5*1000；叶轮外径则在M12 输入=9.35*(B4/100)^(-1/2)*(B2/3600/K2)^(1/3)*1000；在E4 输入=10.33-0.5-0.24-I2；在K4 输入=5.62*K2*(B2/3600)^0.5/H4^0.75；在H4 输入=I2/1.3；在I6 输入=0.81*F6；等等，直至完成各项计算数据的公式代入即可，这样一个利用Excel 表格进行离心泵设计计算的小程序就完成了。

4 结论

以上各种就不一一举例了，毕竟离心泵设计有三十多项的数据计算。 大家在实际制作表格时参照离心泵相应的计算公式代入Excel 表格就行； 在实行制作Excel 表格时也可以根据自己的设计需求增减一些参数，以达到设计的需求。

毕竟离心泵的设计计算参数众多，在图1 中也只是主要计算了有关叶轮、泵进出口及功率等一些参数，而实际在设计过程中， 一台离心泵的设计还包括叶片的流线分析、叶片的安放角、叶片水力性能校验、木模图、压水室水力设计及导叶设计等等，都可以按照相同的方法制作出对应Excel 表格，这样就可以在以后的设计中解决设计者的繁琐复杂的计算工作，节省设计时间，达到设计的要求及对离心泵进行相应的选型要求。 也可以利用得出的各项数据在UG 等图形软件中绘制出所需要的零件图形。