离心泵的水力设计

离心泵的水力设计

离心泵叶轮设计步骤

第一步：根据设计参数，计算比转速ns

第二步：确定进出口直径

第三步：汽蚀计算

第四步：确定效率

第五步：确定功率

第六步：选择叶片数和进、出口安放角

第七步：计算叶轮直径D2

第八步：计算叶片出口宽度b2

第九步：精算叶轮外径D2到满足要求

第十步：绘制模具图

离心泵设计参数

作为一名设计人员，在设计一台泵之前，需要详细了解该泵的性能参数、使用场合、特殊要求等。

下表为本章中叶轮水力设计教程中使用的一组性能要求。

确定泵进出口直径

右图为一台ISO单级单吸悬臂式离心泵的实物图和装配图。对于新入门的学习者，请注意泵的进出口位置，很多人会混淆。

确定泵的进口直径

泵吸入口的流速一般取为3m/s左右。从制造方便考虑，大型泵的流速取大些，以减小泵的体积，提高过流能力。而从提高泵的抗汽蚀性能考虑，应减小吸入流速；对于高汽蚀性能要求的泵，进口流速可以取到1.0-2.2m/s。

进口直径计算公式

此处下标s表示的是suction（吸入）的意思

本设计例题追求高效率，取Vs=2.2m/s

Ds=77,取整数80

确定泵的出口直径

对于低扬程泵，出口直径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。一般的计算公式为：

D d=(0.7-1.0)D s

此处下标d表示的是discharge(排出)的意思

本设计例题中，取

D d = 0.81D s = 65

泵进口速度

进出口直径都取了标准值，和都有所变化，需要重新计算。

Vs = 2.05 泵出口速度

同理，计算出口速度= 3.10

汽蚀计算

泵转速的确定

泵的转速越高，泵的体积越小，重量越清。舰艇和军工装备用泵一般都为高速泵，其具有转速高、体积小的特点。

转速与比转速有关，比转速与效率有关，所以选取转速时需和比转速相结合。

转速增大、过流不见磨损快，易产生振动和噪声。

提高泵的转速受到汽蚀条件的限制。

从汽蚀比转数公式可知，转速n和汽蚀基本参数和C有确定的关系。

按汽蚀条件确定泵转速的方法，是选择C值，按给定的装置汽蚀余量或几何安装高度，计算汽蚀条件允许的转速，所采用的转速应小于汽蚀条件允许的转速。

汽蚀的概念

水力机械特有的一种现象。当流道中局部液流压力降低到接近某极限值(目前多以液体在该

温度下的汽化压力作为极限值)时，液流中就开始发生空(汽)泡，这些充满着气体或蒸汽的空

泡很快膨胀、扩大并随液流至压力较高的地方后又迅速凝缩、溃灭。液流中空泡的发生、扩

大、渍灭过程涉及许多物理、化学现象，会有噪音，振动甚至对流道材料产生侵蚀作用(汽

蚀)。以上这些现象统称为汽蚀现象。

汽蚀会导致泵的噪声与振动，破坏过流部件，加快腐蚀，性能下降等。汽蚀一直是流体机械

研究的热点和难点。

详情请查看汽蚀基本理论

装置汽蚀余量计算NPSHa

(NPSHa)

设计要求中已经给出：3.3m

泵的安装高度

=

得H g=6.29m

汽蚀余量计算NPSHr

NPSHr = NPSHa/1.3 = 2.54m

泵汽蚀转速

=822

·一般的清水泵C值大致在800~1000左右，符合汽蚀条件。

比转速计算

比转速（数）是从相似理论中引出来的一个综合性参数，它说明着流量、扬程、转数之间的相互关系。同一台水泵，在不同的工况下具有不同的比转数。一般是取最高效率工况时的比转速（数）做为水泵的比转速（数）。

第一章第五节中对比转速做了讲解，不再赘述。

您可以点击：比转速

比转速计算公式

本教程中设计实例的计算结果：ns=49.8

计算比转速时，特别需要注意各参数的单位！！

流量Q：m^3/s(双吸泵取一半)

扬程H：m

转速n：rpm

在＝150~250的范围，泵的效率最好，当＜60时，泵的效率显著下降

采用单吸叶轮过大时，可考虑改用双吸，反之采用双吸过小时，可考虑改用单吸叶轮

效率计算

泵内能量损失

泵在把机械能转化为液体能量过程中，伴有各种损失，这些损失用相应的效率来表示。为了提高泵的效率，必须分析泵功率的平衡情况，弄清其来龙去脉，为减少损失提高效率指明方向。

下面按能量在泵内的传递过程，逐一介绍泵内能量能量的损失。

机械损失△Pm和机械效率ηm

原动机传到泵轴上的功率（轴功率P），首先要花费一部分去克服轴承和密封的摩擦损失△Pfd，剩下的用来带动叶轮旋转，但这部分机械能并没有全部作用给液体，其中一部分消耗于克服叶轮前后盖板表面和壳体间液体的摩擦，即为圆盘摩擦损失△Pd。

所以：

△Pm=△Pfd+△Pd

（称为输入水力功率）

容积损失△Pv和容积效率ηv

输入水力效率用来对通过叶轮的液体作功，因而叶轮出口处液体的压力高于进口压力。

正是由于这个压差的存在，会使通过叶轮的一部分液体从泵腔经叶轮口环间隙向叶轮进口逆流，即为口环泄漏。

这个泄漏是泵内的主要泄漏，记其泄漏量为q。

则：△Pv=ρgqHt

其中：Qt—泵的理论流量（即没经过损失直接通叶轮的流量）Qt=Q+q

Ht—泵的理率扬程，它表示叶轮传给单位重量液体的能量。

水力损失△Ph和水力效率ηh。

通过叶轮的有效液体（除掉泄漏）从叶轮中接收的能量（Ht）, 也没有完全输送出去，因为液体在泵过流部分的流动中伴有水力摩擦损失和冲击、脱流，改向等引起的水力损失，从而要消耗掉一部分能量（用