淺談低比轉速多級離心泵的設計

何銘+++翟國富+++路明

摘 要：通過對低比轉速多級離心泵的設計研究，闡述了在設計低比轉速多級離心泵時應注意的問題和提高效率的方法，為設計及選型提供一些參考。

關鍵詞：低比轉速多級離心泵；泄漏量；效率；平衡機構；汽蝕余量

前言

現階段國內流量12m3/h，揚程600m的工況可以選用流量12m3/h單級揚程50m的12級多級離心泵。但現階段國內所生產的多級離心泵級數一般不超過12級，當流量12m3/h揚程600m以上時，此工況多選用高速切線泵。高速切線泵需要配備增速齒輪箱，在維護方面比多級離心泵復雜，維護成本較高；而且切線泵的曲線平坦，如果工況要求泵從額定點至關死點為連續上升的曲線時，則無法滿足工況要求。這時選用流量12m3/h單級揚程80m的8級多級離心泵則可以滿足工況要求。該泵設計為12級時揚程可以達到960m。與高速切線泵相比，效率較高，維護簡單方便，維護成本較低。

1 設計目的

作者公司生產的一種低比轉速多級離心泵，流量12m3/h，單級揚程80m，葉輪外徑Φ258mm，葉輪出口寬度4mm，葉片數為6枚。由于葉輪出口寬度較小，外徑較大，鑄造時葉輪毛坯的合格率比較低。我廠決定重新設計該泵，以提高毛坯合格率。

2 設計思路

該泵的參數為12m3/h，單級揚程80m，按此參數計算該泵的比轉速為23.2。按照8級設計，平衡機構分別采用單平衡鼓和平衡盤結構進行設計。其中采用平衡盤時，平衡機構的泄漏量為6～7m3/h；采用平衡鼓時，泄漏量為9m3/h。按照此泄漏量，葉輪和導葉的設計流量為12m3/h，則無法達到設計參數要求。為了達到參數要求，葉輪和導葉應該按照“泵設計流量+平衡機構泄漏量”進行設計。平衡機構泄漏量為6～9m3/h，葉輪和導葉應按照18～21m3/h設計，該泵平衡機構泄漏量與泵流量比■為50%～75%。而一般流量較大，比轉速為70～110的多級離心泵的■只為4%～10%左右。比轉速越低，級數越多，則■越大。這正是低比轉速多級離心泵效率偏低的主要原因。

3 試驗結果

該泵按照8級試制生產了兩臺，采用單平衡鼓結構，試驗時的效率為21%，兩臺泵效率基本一致。為了驗證我計算的平衡機構泄漏量是否正確，將葉輪輪轂處尺寸做適當修改后，安裝在單級離心泵的泵體上進行性能試驗。結果葉輪在單級泵上的效率達到42%。由于兩臺泵的吐出渦室喉部面積有所差別，不能對流量和揚程進行比較，只能對最高效率進行簡單比較。如不考慮渦殼與導葉的效率差別及其它因素的影響，該泵平衡機構的容積效率應按照“多級泵效率÷單機泵效率=多級泵平衡機構的容積效率”計算，經計算平衡機構的容積效率只有50%。

4 經驗總結

4.1 減少平衡機構的泄漏量提高泵效率。由“多級離心泵平衡機構泄漏量統計表”可以看出，泵流量較大時泄漏量對效率影響較小，但流量12m3/h，泄漏量6m3/h，■就達到了50%。如果平衡機構泄漏量減少1.2m3/h，■就可以減少10%。所以減小平衡機構的泄漏量對提高低比轉速多級離心泵的效率非常明顯。在平衡機構中平衡鼓的泄漏量最大，平衡盤次之，雙平衡鼓和平衡盤聯合結構的泄漏量最小。與平衡盤結構相比，雙平衡鼓和平衡盤聯合結構不但泄漏量小，裝配時的拉量比平衡盤的拉量大，在泵運行期間不易發生平衡盤端面磨損；而且拉量的裝配誤差對泄漏量和軸向力的影響較小，不易產生推力軸承過熱等問題。

4.2 在設計時，葉輪和導葉按照“泵設計流量+平衡機構泄漏量=葉輪和導葉的設計流量”進行設計。一般此類泵平衡機構泄漏量在6m3/h左右，揚程越高泄漏量越大。可先按照設計流量增加6m3/h進行葉輪、導葉和平衡機構的計算，再根據得出的平衡機構進行泄漏量的計算。得出泄漏量后與先前設計時曾加的泄漏量比較。如果不同，根據計算得出的泄漏量加上泵的設計流量重新設計葉輪和導葉，確定平衡機構，再次計算泄漏量，直到“泵設計流量+平衡機構泄漏量=葉輪和導葉的設計流量”為止。

4.3 泵的效率會隨級數增加而降低。由平衡機構的泄漏量計算公式可以看出，泄漏量q與平衡機構的前后壓力差有關，與泵的流量大小無關。泄漏量q與■成正比，平衡機構前后壓差 隨泵的揚程的升高而增加，所以揚程越高，泄漏量越大。由此得出，低比轉速多級離心泵的效率會隨著級數的增加而有所降低。選型時泵級數較多，應該適當地加大電機的配帶功率。

平衡鼓泄漏量q=3600？滋F■

？滋-泄漏系數，其大小與平衡鼓結構間隙有關。

F-泄漏間隙，單位為m2。

？駐p-平衡鼓前后壓力差，單位為MPa。

？籽-介質密度，kg/m3。

4.4 此類泵在小流量運行時應注意汽蝕問題。在小流量運行時泵的容積效率很低，大部分的泵送介質會經平衡回水管回流到首級葉輪的入口，泵送介質的溫升會較大。該泵試驗時，泵運行在5m3/h，使用溫度計測量平衡回水管的溫升達到10℃。由此可以看出，此類型泵在輸送氣化壓力對溫升比較敏感的介質時，應該注意泵的汽蝕余量能否滿足工況要求。介質溫度升高，氣化壓力也升高，泵容易發生汽蝕。在實際應用中一些將鍋爐給水泵平衡機構回水管接到除氧器上，而非接到泵的吸入段上，就是為了將已經溫升的鍋爐水引到別處，以降低泵的必需汽蝕余量。

5 結束語

此次我廠設計生產的低比轉速多級離心泵DY12-80bX8已經在用戶現場安裝調試完畢，裝置已經投產。自從開車以來用戶反饋運轉良好，暫無售后服務記錄。由此可見，該泵可以推廣使用。

參考文獻

[1]沈陽水泵研究所，中國農業機械化科學研究院.葉片泵設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1983.

[2]關醒凡.現代泵理論與設計[M].北京：中國宇航出版社，2011.

作者簡介：何銘（1984-），男，遼寧沈陽人，畢業于沈陽工業大學，助理工程師，主要從事離心泵設計工作。endprint

摘 要：通過對低比轉速多級離心泵的設計研究，闡述了在設計低比轉速多級離心泵時應注意的問題和提高效率的方法，為設計及選型提供一些參考。

關鍵詞：低比轉速多級離心泵；泄漏量；效率；平衡機構；汽蝕余量

前言

現階段國內流量12m3/h，揚程600m的工況可以選用流量12m3/h單級揚程50m的12級多級離心泵。但現階段國內所生產的多級離心泵級數一般不超過12級，當流量12m3/h揚程600m以上時，此工況多選用高速切線泵。高速切線泵需要配備增速齒輪箱，在維護方面比多級離心泵復雜，維護成本較高；而且切線泵的曲線平坦，如果工況要求泵從額定點至關死點為連續上升的曲線時，則無法滿足工況要求。這時選用流量12m3/h單級揚程80m的8級多級離心泵則可以滿足工況要求。該泵設計為12級時揚程可以達到960m。與高速切線泵相比，效率較高，維護簡單方便，維護成本較低。

1 設計目的

作者公司生產的一種低比轉速多級離心泵，流量12m3/h，單級揚程80m，葉輪外徑Φ258mm，葉輪出口寬度4mm，葉片數為6枚。由于葉輪出口寬度較小，外徑較大，鑄造時葉輪毛坯的合格率比較低。我廠決定重新設計該泵，以提高毛坯合格率。

2 設計思路

該泵的參數為12m3/h，單級揚程80m，按此參數計算該泵的比轉速為23.2。按照8級設計，平衡機構分別采用單平衡鼓和平衡盤結構進行設計。其中采用平衡盤時，平衡機構的泄漏量為6～7m3/h；采用平衡鼓時，泄漏量為9m3/h。按照此泄漏量，葉輪和導葉的設計流量為12m3/h，則無法達到設計參數要求。為了達到參數要求，葉輪和導葉應該按照“泵設計流量+平衡機構泄漏量”進行設計。平衡機構泄漏量為6～9m3/h，葉輪和導葉應按照18～21m3/h設計，該泵平衡機構泄漏量與泵流量比■為50%～75%。而一般流量較大，比轉速為70～110的多級離心泵的■只為4%～10%左右。比轉速越低，級數越多，則■越大。這正是低比轉速多級離心泵效率偏低的主要原因。

3 試驗結果

該泵按照8級試制生產了兩臺，采用單平衡鼓結構，試驗時的效率為21%，兩臺泵效率基本一致。為了驗證我計算的平衡機構泄漏量是否正確，將葉輪輪轂處尺寸做適當修改后，安裝在單級離心泵的泵體上進行性能試驗。結果葉輪在單級泵上的效率達到42%。由于兩臺泵的吐出渦室喉部面積有所差別，不能對流量和揚程進行比較，只能對最高效率進行簡單比較。如不考慮渦殼與導葉的效率差別及其它因素的影響，該泵平衡機構的容積效率應按照“多級泵效率÷單機泵效率=多級泵平衡機構的容積效率”計算，經計算平衡機構的容積效率只有50%。

4 經驗總結

4.1 減少平衡機構的泄漏量提高泵效率。由“多級離心泵平衡機構泄漏量統計表”可以看出，泵流量較大時泄漏量對效率影響較小，但流量12m3/h，泄漏量6m3/h，■就達到了50%。如果平衡機構泄漏量減少1.2m3/h，■就可以減少10%。所以減小平衡機構的泄漏量對提高低比轉速多級離心泵的效率非常明顯。在平衡機構中平衡鼓的泄漏量最大，平衡盤次之，雙平衡鼓和平衡盤聯合結構的泄漏量最小。與平衡盤結構相比，雙平衡鼓和平衡盤聯合結構不但泄漏量小，裝配時的拉量比平衡盤的拉量大，在泵運行期間不易發生平衡盤端面磨損；而且拉量的裝配誤差對泄漏量和軸向力的影響較小，不易產生推力軸承過熱等問題。

4.2 在設計時，葉輪和導葉按照“泵設計流量+平衡機構泄漏量=葉輪和導葉的設計流量”進行設計。一般此類泵平衡機構泄漏量在6m3/h左右，揚程越高泄漏量越大。可先按照設計流量增加6m3/h進行葉輪、導葉和平衡機構的計算，再根據得出的平衡機構進行泄漏量的計算。得出泄漏量后與先前設計時曾加的泄漏量比較。如果不同，根據計算得出的泄漏量加上泵的設計流量重新設計葉輪和導葉，確定平衡機構，再次計算泄漏量，直到“泵設計流量+平衡機構泄漏量=葉輪和導葉的設計流量”為止。

4.3 泵的效率會隨級數增加而降低。由平衡機構的泄漏量計算公式可以看出，泄漏量q與平衡機構的前后壓力差有關，與泵的流量大小無關。泄漏量q與■成正比，平衡機構前后壓差 隨泵的揚程的升高而增加，所以揚程越高，泄漏量越大。由此得出，低比轉速多級離心泵的效率會隨著級數的增加而有所降低。選型時泵級數較多，應該適當地加大電機的配帶功率。

平衡鼓泄漏量q=3600？滋F■

？滋-泄漏系數，其大小與平衡鼓結構間隙有關。

F-泄漏間隙，單位為m2。

？駐p-平衡鼓前后壓力差，單位為MPa。

？籽-介質密度，kg/m3。

4.4 此類泵在小流量運行時應注意汽蝕問題。在小流量運行時泵的容積效率很低，大部分的泵送介質會經平衡回水管回流到首級葉輪的入口，泵送介質的溫升會較大。該泵試驗時，泵運行在5m3/h，使用溫度計測量平衡回水管的溫升達到10℃。由此可以看出，此類型泵在輸送氣化壓力對溫升比較敏感的介質時，應該注意泵的汽蝕余量能否滿足工況要求。介質溫度升高，氣化壓力也升高，泵容易發生汽蝕。在實際應用中一些將鍋爐給水泵平衡機構回水管接到除氧器上，而非接到泵的吸入段上，就是為了將已經溫升的鍋爐水引到別處，以降低泵的必需汽蝕余量。

5 結束語

此次我廠設計生產的低比轉速多級離心泵DY12-80bX8已經在用戶現場安裝調試完畢，裝置已經投產。自從開車以來用戶反饋運轉良好，暫無售后服務記錄。由此可見，該泵可以推廣使用。

參考文獻

[1]沈陽水泵研究所，中國農業機械化科學研究院.葉片泵設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1983.

[2]關醒凡.現代泵理論與設計[M].北京：中國宇航出版社，2011.

作者簡介：何銘（1984-），男，遼寧沈陽人，畢業于沈陽工業大學，助理工程師，主要從事離心泵設計工作。endprint

摘 要：通過對低比轉速多級離心泵的設計研究，闡述了在設計低比轉速多級離心泵時應注意的問題和提高效率的方法，為設計及選型提供一些參考。

關鍵詞：低比轉速多級離心泵；泄漏量；效率；平衡機構；汽蝕余量

前言

現階段國內流量12m3/h，揚程600m的工況可以選用流量12m3/h單級揚程50m的12級多級離心泵。但現階段國內所生產的多級離心泵級數一般不超過12級，當流量12m3/h揚程600m以上時，此工況多選用高速切線泵。高速切線泵需要配備增速齒輪箱，在維護方面比多級離心泵復雜，維護成本較高；而且切線泵的曲線平坦，如果工況要求泵從額定點至關死點為連續上升的曲線時，則無法滿足工況要求。這時選用流量12m3/h單級揚程80m的8級多級離心泵則可以滿足工況要求。該泵設計為12級時揚程可以達到960m。與高速切線泵相比，效率較高，維護簡單方便，維護成本較低。

1 設計目的

作者公司生產的一種低比轉速多級離心泵，流量12m3/h，單級揚程80m，葉輪外徑Φ258mm，葉輪出口寬度4mm，葉片數為6枚。由于葉輪出口寬度較小，外徑較大，鑄造時葉輪毛坯的合格率比較低。我廠決定重新設計該泵，以提高毛坯合格率。

2 設計思路

該泵的參數為12m3/h，單級揚程80m，按此參數計算該泵的比轉速為23.2。按照8級設計，平衡機構分別采用單平衡鼓和平衡盤結構進行設計。其中采用平衡盤時，平衡機構的泄漏量為6～7m3/h；采用平衡鼓時，泄漏量為9m3/h。按照此泄漏量，葉輪和導葉的設計流量為12m3/h，則無法達到設計參數要求。為了達到參數要求，葉輪和導葉應該按照“泵設計流量+平衡機構泄漏量”進行設計。平衡機構泄漏量為6～9m3/h，葉輪和導葉應按照18～21m3/h設計，該泵平衡機構泄漏量與泵流量比■為50%～75%。而一般流量較大，比轉速為70～110的多級離心泵的■只為4%～10%左右。比轉速越低，級數越多，則■越大。這正是低比轉速多級離心泵效率偏低的主要原因。

3 試驗結果

該泵按照8級試制生產了兩臺，采用單平衡鼓結構，試驗時的效率為21%，兩臺泵效率基本一致。為了驗證我計算的平衡機構泄漏量是否正確，將葉輪輪轂處尺寸做適當修改后，安裝在單級離心泵的泵體上進行性能試驗。結果葉輪在單級泵上的效率達到42%。由于兩臺泵的吐出渦室喉部面積有所差別，不能對流量和揚程進行比較，只能對最高效率進行簡單比較。如不考慮渦殼與導葉的效率差別及其它因素的影響，該泵平衡機構的容積效率應按照“多級泵效率÷單機泵效率=多級泵平衡機構的容積效率”計算，經計算平衡機構的容積效率只有50%。

4 經驗總結

4.1 減少平衡機構的泄漏量提高泵效率。由“多級離心泵平衡機構泄漏量統計表”可以看出，泵流量較大時泄漏量對效率影響較小，但流量12m3/h，泄漏量6m3/h，■就達到了50%。如果平衡機構泄漏量減少1.2m3/h，■就可以減少10%。所以減小平衡機構的泄漏量對提高低比轉速多級離心泵的效率非常明顯。在平衡機構中平衡鼓的泄漏量最大，平衡盤次之，雙平衡鼓和平衡盤聯合結構的泄漏量最小。與平衡盤結構相比，雙平衡鼓和平衡盤聯合結構不但泄漏量小，裝配時的拉量比平衡盤的拉量大，在泵運行期間不易發生平衡盤端面磨損；而且拉量的裝配誤差對泄漏量和軸向力的影響較小，不易產生推力軸承過熱等問題。

4.2 在設計時，葉輪和導葉按照“泵設計流量+平衡機構泄漏量=葉輪和導葉的設計流量”進行設計。一般此類泵平衡機構泄漏量在6m3/h左右，揚程越高泄漏量越大。可先按照設計流量增加6m3/h進行葉輪、導葉和平衡機構的計算，再根據得出的平衡機構進行泄漏量的計算。得出泄漏量后與先前設計時曾加的泄漏量比較。如果不同，根據計算得出的泄漏量加上泵的設計流量重新設計葉輪和導葉，確定平衡機構，再次計算泄漏量，直到“泵設計流量+平衡機構泄漏量=葉輪和導葉的設計流量”為止。

4.3 泵的效率會隨級數增加而降低。由平衡機構的泄漏量計算公式可以看出，泄漏量q與平衡機構的前后壓力差有關，與泵的流量大小無關。泄漏量q與■成正比，平衡機構前后壓差 隨泵的揚程的升高而增加，所以揚程越高，泄漏量越大。由此得出，低比轉速多級離心泵的效率會隨著級數的增加而有所降低。選型時泵級數較多，應該適當地加大電機的配帶功率。

平衡鼓泄漏量q=3600？滋F■

？滋-泄漏系數，其大小與平衡鼓結構間隙有關。

F-泄漏間隙，單位為m2。

？駐p-平衡鼓前后壓力差，單位為MPa。

？籽-介質密度，kg/m3。

4.4 此類泵在小流量運行時應注意汽蝕問題。在小流量運行時泵的容積效率很低，大部分的泵送介質會經平衡回水管回流到首級葉輪的入口，泵送介質的溫升會較大。該泵試驗時，泵運行在5m3/h，使用溫度計測量平衡回水管的溫升達到10℃。由此可以看出，此類型泵在輸送氣化壓力對溫升比較敏感的介質時，應該注意泵的汽蝕余量能否滿足工況要求。介質溫度升高，氣化壓力也升高，泵容易發生汽蝕。在實際應用中一些將鍋爐給水泵平衡機構回水管接到除氧器上，而非接到泵的吸入段上，就是為了將已經溫升的鍋爐水引到別處，以降低泵的必需汽蝕余量。

5 結束語

此次我廠設計生產的低比轉速多級離心泵DY12-80bX8已經在用戶現場安裝調試完畢，裝置已經投產。自從開車以來用戶反饋運轉良好，暫無售后服務記錄。由此可見，該泵可以推廣使用。

參考文獻

[1]沈陽水泵研究所，中國農業機械化科學研究院.葉片泵設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1983.

[2]關醒凡.現代泵理論與設計[M].北京：中國宇航出版社，2011.

作者簡介：何銘（1984-），男，遼寧沈陽人，畢業于沈陽工業大學，助理工程師，主要從事離心泵設計工作。endprint