叶轮进口参数对泵性能影响的研究(上海理工大学动力工程学院，上海；200030摘要：研究了叶轮进口直径与相对速度和汽蚀余量之间的关，并分别以降低叶轮进口相对速度和降低泵汽蚀余量目标，推导了叶轮最佳进口直径的计算公式出了兼顾效率和汽蚀的水泵叶轮进口直径选取原则，为叶轮最佳的选取提供了理论依据，为基于多参数对水泵性能整体影响的优化设计提供了更加可靠的约束条件关键词：叶轮进口直径汽蚀余量效率优化设计众所周知，决定叶轮内水力损失的因素是相对速度的大小及其变化。在满足流量和压头的情况下减小进口相对速度可以降低扩散损失和进口与出口相对速度之比。进出口相对速度的比值是决定进口分离的主要宏观物理参量，若该值过大可能导致进口处流动分离。所以，合理地控制进口相对速度有效地降低冲击损失和流道扩散损失，设计时应尽可能地减小进口相对速度。此外，泵汽蚀余量也是泵性能的一个重要的安全和技术指标。泵汽蚀余量与装置参数无关口的运动参数有关，而运动参数在一定的转速和流量下是由几何参数决定的也即泵汽蚀余量是由叶轮进口部分的几何参数决定的，如叶轮进口直径、叶片安放角和叶片数等。为了提高泵的抗汽蚀性能，在设计阶段要充分考虑进，通过数学推导，得出进口相对速度最小和泵汽蚀余量最小两种情况下的进口直径表达式，为叶轮最口直径的选取提供了理论依据，是水泵优化设叶轮最佳进口直径的推导基金项目：上海市教育委员会基金项SG26)2．1减小进口相对速度根据水泵叶轮进口速度三角形可知口相对速度表达式为一进口相对速度为叶轮进口半径；又称叶轮口半径或叫轮颈部半径(1)若叶片进口边为径向，则式(1)变为取叶轮进口当量直径D。=可见，存在一个使叶轮进口相对速度最小的进口直径(最佳直10o0508010o12014叶轮进口当量直径一进口相对速度关系图维普资讯上式两边同乘以r6l，可得r6l值代人，可得当量半径为叶片进口边为轴向，进口相对速度的表达式为：2Ar广2B／(r口相对速度达到最小。以上是基于降低叶轮进口相对速度为目标进行进口条件优化，下面以降低泵汽蚀余量NPSH目标，推导最佳进口半径。2．2降低泵汽蚀余量泵汽蚀余量NPSH的表达式为：NPSH0．3，本文取0．2。所示。由式(10)及可见，存在一个使泵汽蚀余量NPSH最小口直径(最佳直径)。下面求解NPSH最小时的叶轮进口直径值。ONPSH叶轮进口当量直径一汽蚀余量关系图(11)ONPS时，汽蚀余量NPsHr最qrrlnNPSH(12)ONPSH,维普资讯时，汽蚀余量NPsHr最小在实际设计中对进I=l直径进行选择时，若要提高水泵效率，必定要以汽蚀性能的下降为代价；若要提高抗汽蚀性能，必定要以降低效率为代价，即以上的两种优化方法在选I=l直径时是相悖的。在实际设计中，一般要兼顾效率和汽蚀。由上面推导的公式可知，这两者之间存在一定的关系。以降低进口相对速度为目标求得相应，即可根据公式(14)(15)推算出以降低泵汽蚀余量为目标反之亦然，如此便可节省计算时间。此外，在充分考虑汽蚀对水泵的影响又兼顾效率进行水泵设计时，公式(14(15)将发挥定量的指导意义。计算实例为验证上述方法的可行性和准确性，对一给定的离心泵按本文方法进行了叶轮进口直径优化。该的主要参数为：流量=2980(r／min)，叶轮进口当量直径116mm。由上述以降低进口相对速度为目标得到的最佳D。处于[70，120]区间内，进口相对速度。，的值变化幅度很小89mm时达到最小由上述以降低泵汽蚀余量为目标得到的最佳进口直径表达式和图100，150的区间内，泵汽蚀余量NPSH的值变化幅度很小120mm时达到最小。为叶轮进口当量直径与进口相对速度和汽蚀余量关100，120速度和汽蚀余量NPSH较小。此外120mm附近时，NPSH最小口相对速度变化幅度不大。尽管抗汽蚀性能的提高在一定程度上以降低效率为代价，但汽蚀是影响水泵运行稳定性和安全性的重要因素，因此在设计时应充分考虑汽蚀对水泵的影响。因此值可取120mm左右，这正体30叶轮进口当量直径一口相对速度和汽蚀余量关系图现了充分考虑汽蚀对水泵的影响又兼顾效率的设计思想。综上所述，以降低进口相对速度为优化目标得89mm；以降低泵汽蚀余量为优化目标得120mm；兼顾效率和汽蚀取De=120mm。本文的优化结果与原始数据及文献优化结果的对比见表由于选用的泵型已经是一个性能较好的模型，因此原始设计参数已经接近最优。文献的数据是运用数学优化方法，对叶轮进出口一系列参数进行整体优化后得出的结果。可见，本文所提口优化方法与原始数据和文献[2]所得的优化结果非常吻合，由此也证明了本方法的正确可行。且本方法比通过优化原则进行一系列参数整体寻优更加简单直观。本文从流体力学的运动学角度出发，分别维普资讯年第性能试验结果一览表设计点最大流量点最高扬程点系统压力流量扬程流量扬程流量扬程出功率kWMP方案，保证泵段按一定轨迹起落，同时对其限位、支保证整体紧凑、密封良好，将长软管其放人拖链随泵段一起移动，既保证了液压马达油路畅通护了软管，且美观大方样机试验及试用情况经过近一个月的设计、二个月的试制及装配，样机顺利完成。对于泵的升降动作、实地抽水，我们选取了多处码头进行试验，证明动作平稳，出水顺畅。对于泵的性能试验，我们在公司水泵试验中心500mm管路上进行，对应柴油机以14001900r／min转速做了1800r／min转速下柴油机、液压系统基本达到设计参数，匹配良好，应为产品最优工况点，见表中看，柴油机输出功率略高于计算值，这是(上接