混流泵叶轮切割规律的研究 - 文章

混流泵叶轮切割规律的研究

作者：齐学义杨军虎李小敏刘在伦杨帆

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摘要:　根据混流泵叶轮的几何特征，给出了混流泵叶轮出口边的切割形式及其所对应的性能状况，并根据混流泵叶轮的切割规律，在AutoCADR13.0环境下，用ARX语言和DCL语言编写了一套混流泵叶轮相似切割选型系统。经使用与真机试验对照，证实所拟定的切割方式和性能预估策略是可靠的，选型系统的运行也是科学有效的。
关键词：混流泵；叶轮切割；性能曲线；相似换算；性能预估

水力选型是泵类产品投标和设计过程中的一个重要环节，水力选型的准确性和迅速性分别决定着泵的设计质量和市场效应。

水力选型包括相似换算选型和切割换算选型。相似换算选型理论已经比较成熟，切割换算选型在混流泵领域依然处于探索之中。混流泵的切割原理和方法是值得深入研究的，因为混流泵叶轮的切割可以保证叶轮的系列化、减少木模、降低制造成本，从而满足我国水力工程和市政工程对混流泵的大量需求。

以下针对混流泵叶轮在切割过程中存在的问题，其主要切割形式和切割规律及所对应的性能状况，进行探讨，并提出了计算性能参数的方法和有关公式。

1　混流泵叶轮的切割

1.1　模型混流泵综合性能曲线的形成过程及规范

当一定比转速的模型混流泵被研制出来后，设计者应考虑对其实型泵进行切割的可能性，这样将有利于用户的合理选用。一般来说，模型混流泵的切割形式是多种多样的。我们仅以“平行出口边切割”来讨论(如图1所示)，但是“非平行出口边切割”的研究方法依然可以仿照“平行出口边切割”的研究方法进行。

图1　混流泵叶轮切割轴面

图2　混流泵叶轮轴面示意

在切割之前，应记录原始模型泵的性能参数，并绘出其流量―扬程、流量―效率、流量―功率和流量―汽蚀余量性能曲线。

图3　混流泵原型及逐次切割后的性能曲线

在切割的时候，我们建议每次的切割量不超过整个流道长度的2%。每切割一次，记录一次叶轮出口边的直径D2a和D2i(如图2)所示，然后做性能试验，记录试验结果，并绘出相应的性能曲线。当切割量达到一定数值，性能参数会发生明显的变化，此时即停止切割和试验。

综合整理原始模型性能曲线和所有切割后的性能曲线，将最后一次合理切割定为切割极限，并把它们一道绘在同一张性能曲线图上，如图3。至此，附有切割极限的模型混流泵的综合性能曲线就绘制出来了。

1.2　实型混流泵的切割

泵叶轮的切割，一般是根据模型相似换算进行。当用户提出了要求的流量、扬程等参数及有关安装尺寸后，泵产品设计者即可选定一定型式与一定比转速的模型泵进行相似切割计算。对于模型混流泵来说，流量、扬程、效率、功率和汽蚀余量可采用下列方程〔1〕交B点。B点的扬程和流量分别为HB和QB。为使得到 HQ性能曲线能通过A点，必须切割实型泵。设切割前的实型泵出口边为 D′2a、D′2i，平行切割后出口边为D2a、 D2i，两组D2a、D2i之间关系可用如下关系计算。

图4　泵相似换算的流量扬程曲线及实际工况点

因为泵的转速、扬程与直径之间存在着

的关系，所以在转速不变的情况下则

，切割后泵的

确定后，即可按照该尺寸进行切割。

1.3　切割后的实型混流泵的性能预估

当实型泵被切割后，对于其性能状况的预估往往可采用一些经验公式。这些经验公式一般只适用于最优点附近的区域，为了充分利用模型泵的性能数据和现代计算方法，我们拟定了新的性能预估策略。

首先，在对模型泵进行相似换算时，所选定的相似换算模型必须包括原始模型及其切割模型。这样我们就可得到多个待切割的实型泵，其性能状况如图3所示。

根据图3，我们可任意取定一个流量值，然后作出

。其图形状态描述如图5。

图5　恒定流量下泵各性能与叶轮外径的关系曲线

根据上面计算出的D2m 值，我们可以通过3次插值〔3〕计算定出H，η,NPSH,N之值。改变流量值，依同样的方法，我们可以得到一组新的H，η，NPSH，N值。将所有新得到的 H，η，NPSH，N值有序地综合起来，即可获得切割以后的新的实型泵叶轮的性能参数。在计算过程中，也许所得的功率N不等于(γQH)/η，此时须对功率值进行实时修正。

2　结　论

①文中所阐述的理论是可靠的，其方法在工程实际中很适用，值得推广；
②此切割方法也适用于离心泵。

作者简介：齐学义, 男，辽宁省人，1945年11月26日生，1981年毕业于甘肃工业大学流体机械与流体动力工程专业，工学硕士。现任甘肃工业大学流体机械系系主任、教授、兼任中国动力工程学会第七届理事会理事，水轮机专业委员会委员，中国水力发电工程学会甘肃省分会常务理事，甘肃省金属结构专业委员会副主任委员，享受国务院政府特殊津贴。

杨军虎，男，陕西省人，1962年12月生，1988年毕业于甘肃工业大学流体机械与流体动力工程专业，工学硕士。现任甘肃工业大学流体机械系水机教研室副主任\,副教授，兼任泵专业委员会委员。
作者单位：齐学义　杨军虎　李小敏　刘在伦　杨　帆　甘肃工业大学流体机械及流体动力系，兰州　730050

参考文献：
〔1〕关醒凡.泵的理论与设计〔M〕.北京：机械工业出版社，1986.31～33
〔2〕齐学义，李小敏.离心泵叶轮的计算机辅助设计〔J〕.水泵技术，1997(2):38～41
〔3〕李庆扬.数值计算方法〔M〕.北京：高等教育出版社，1988.102～ 113(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/14/2004)


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