闭式污水泵叶轮与泵体的水力设计及优化

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1、##流体机械#""!年第#4卷第!#期闭式污水泵叶轮与泵体的水力设计及优化!江苏大学曹卫东李红朱荣生施卫东摘要引用优化设计的概念讨论污水泵叶轮特性曲线的趋势，通过对约束条件的分析，给出了叶轮各结构参数对水泵性能的影响状况，重点推荐了水泵各分效率的统计图表，并对各主要参数的选取给出统计值和推荐值。关键词污水泵优化约束统计!引言式（!）是依据污水泵本身的工作要求、特点及用户的使用反馈而逐渐形成的统计公式，它对于在水泵运行质量的考核中，效率往往是作为指导污水泵叶轮的设计是可行的（是能够获得认目标函数。而建立以!、!、"、、#、$等水"##!#"$可的）。由于水泵性能主要是由叶轮确定，叶轮的泵叶轮

2、及泵体几何参数为向量空间，%&’"%为目出口尺寸!、"及叶片型线无疑是最关键的。通##标函数的数学模型几乎是不可能的，其中"%为过式（!）计算出来的"要比常规清水泵大得多，#包括水力损失、容积损失、机械损失的总和。因为这样可以保证叶轮的无堵塞性能。特别是"的实际水泵内流的复杂性、多因素综合作用性、现有#理论的不完善，使得大部分水泵的设计仍旧是沿预先确定，对于最终确定外径!#，并适当控制圆用在一元理论基础上的经验公式和相似换算办盘摩擦损失是有益的，对预测未来流量/扬程特法，并最终通过试验来判别损失和效率。性曲线也至为关键的。在不能建立目标函数为"%的优化方法情况（#）如何确定叶轮外径!，使得

3、设计点的流#下，本文主要将以优化设计的思想探讨双、三叶片量、扬程满足规定值。最后的实测+/’曲线能式污水泵的水力设计的有关问题。够与预测的曲线相符合将是另一目标。假定曲线#理论基础及数学表达+")+（"’）为预定参照。叶片泵的基本方程：#(!目标函数,#-,#/,!-,!.)+（#）（!）过流及污水的排送能力目标要求在叶轮*#流道的设计时考虑增加面积、减少堵塞。叶轮进假定叶轮进口无旋-,!)"，则,!-,!)"（+）!*+口直径!")&（’*(），&一般取为,("左右，这由出口速度三角形知：有利于提高水泵叶轮效率、增加叶轮进口流速、保-0#证污水杂质得以迅速通过、减少沉淀和堵塞。除-,#)

4、/,#/01!#"非对汽蚀性能、无堵塞性能有特别要求的泵，&值式中/———有限叶片数修正系数才可适当增加，或将!直接圆整放大。"叶轮出口圆周速度：在污水泵行业中，叶轮出口宽度"的选取是#$!#(,#)（,）不同于一般清水泵的。剔除特殊使用场合的污水2"泵，统计了近百个规格，上千台双（三）叶片、闭式叶轮出口轴面速度：叶轮污水泵的叶轮出口宽度"#，回归分析有：’-0#)（.）$!#"#%##-!("-."#*+"#)"("+#$()（!）将式（+）3（.）代入式（#），并整理得：(万方数据!收稿日期：#""!—"4—!4<=>?!6，@=?0!，!$$0ABCDEFGHID@JKL!"!!!!

5、!"!##$’（"）比转数超过"4$37$$时，即可考虑使用（%）#()（#）"#$$#$%!"!#&&’$!%(三叶片，另外考虑污水泵叶轮的耐磨性及铸造工建立目标函数：艺性，叶片出口厚度不少于"))，因此大致可算出!!!!!"!##$排挤系数：)*（+)%)$）()*+［（%）$!$*+,"#$$#$%!"!#&&’$!%/-（$）］（-）"!(0%,#’%)$!"!&’$!%假定&’$!%.$，由式（#）可以看出扬程随流量式中-———叶片厚度下降速率与##’（/#$(%!"!#&&’$!%）系数有关，由于/———叶片数水力损失大致与流量成二次抛物线关系，容积损失大致随流量成指数下降如图

6、0所示，实际水泵的特性曲线将以一个不断改变的速率下降，因此求取这一目标函数实际上演化为如何确定未知参数、、、、"等在其#维空间内的最优#’#&"!$!%!取值问题。图!污水泵各分效率与比转数的关系&*!（7）&’$!%(0%&，由于这种闭式叶轮设计!0!8图0水力损失、容积损失与流量的关系中加宽了%，&将变小，取值也应该比常规离!1!主要约束条件的分析!*!$!%（0）由于目前水泵各损失在理论上是不完善心泵小。实践表明049:$!%:!59时，污水泵将取得较优特性曲线，比转数较小时，叶轮出口安放角的，故仍使用试验来确定。由于双、三叶片污水泵取大值，反之，取小值。过大或过小对水泵扬叶片数较少

7、，虽然叶轮出口宽度增加了，但其叶轮$!%外径"与常规清水泵外径相差不大，圆盘摩擦程、效率的贡献是有限的，却对特性曲线的形状产!生较大的影响。从式（#）大致可以看出越小，损失相近，因此可以认为同一参数污水泵与常规$!%离心泵的机械损失效率、容积损失效率是特性曲线的下降速率越大，对于防止大流量处超#*#&功率非常有益。如果太大，除了特性曲线比较近似相等的，而通过测试污水泵总效率换算出其$!%水力效率随比转数的分布如图!所示。