单级双吸离心泵设计方法

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2013年 9月 河 北 工 程 技 术 高 等 专 科 学 校 学 报第 3期 JOURNAL OF HEBEI ENGINEERING AND TECHNICAL COLLEGESep．2013No．3文章编号 ：1008—3782(2013)03—0001—06单级双吸离心泵设计方法何希杰，劳学苏(石家庄杂质泵研究所，河北 石家庄 050035)摘要：采用回归分析方法，研究了单级双吸离心泵水力模型参数和有关设计资料，通过大量计算，给出了单级双吸离心泵设计方法，首次提出了单级双吸离心泵水力效率 、容积效率 玑、机械效率 和泵过流部件几何参数的设计计算公式 ，列举了计算实例。研究结果表明，叶轮直径计算平均相对误差为 1．17％，泵效率计算平均相对误差为2．92 ，完全可以满足设计时的精度要求。文中成果为单级双吸离心泵设计、研究及现有产品改造提供有用的参考。

关键词 ：单级双吸离心泵；几何参数 ；效率；回归分析；计算公式中图分类号 ：TH311 文献标 识码 ：A叶轮和泵体是泵的关键部件，其水力设计直接影响到整台泵的性能。叶轮和泵体的水力设计，就是根据给定的泵性能参数计算和确定叶轮和泵体的主要几何尺寸和形状，包括进口出口尺寸计算，轴面流线形状与数目的确定，流线分点、叶片剪裁图、泵体主要尺寸、各断面形状的确定，以及泵内各种水力损失计算等有关内容。

单级双吸离心泵是工业中使用最广泛的泵类。双吸泵结构比较简单，价格便宜，当流量大于 160～230 1Tl。／h时，双吸泵不但效率高而且NPSH也低。新式双吸泵都设计成双蜗壳结构，这样在整个流量范围内其径向力是平衡的，轴向力在理论上也是平衡的。双吸泵常常在吸上条件下工作，可以在无排出阀的系统中大范围运行，满足变流量要求。

目前，单级双吸离心泵的水力设计没有系统、完整的独立方法，也尚未见到有关单级双吸离心泵完整系统的专门设计方法的报道和资料。单级双吸离心泵设计一直沿用单级单吸离心泵的设计方法，即采用单吸离心泵的一些计算公式和有关数据进行设计计算。单级双吸离心泵与单级单吸离心泵不同，泵轴两端采用双支撑并穿过叶轮，泵的水力损失、容积损失和机械损失也与单级单吸离心泵不同。文中采用回归分析等数学模型，研究了单级双吸离心泵优秀水力模型参数和有关研究成果，通过计算，首次提出了单级双吸泵水力效率 、容积效率仉、机械效率％、叶轮和泵体几何参数的计算公式，弥补了单级双吸泵没有本身专用设计方法的不足。

1 数 学橙 刭1．1 线性回归方程线性 回归方程为 ]·[ ]Y == A —l—BXB 一： 二竺 兰∑XY一∑X∑Y收稿 日期 ：2013-05—14作者简介：何希杰(1936一)，男，辽宁沈阳人，教授级高级工程师，博士生导师。

2 河 北 工 程 技 术 高 等 专 科 学 校 学 报式中，r为相关系数，0< <1，其计算值大于自由度口一 一2和置信度 P=：=1 或者 P一5％时的临界相关系数 rcr值时Ⅲ，回归方程才有意义，否则就无意义。

1．2 指数方程指数方程的形式为 ：Y一 口 (2)令 y—lny，A—lna，X=lnx，则可将式(2)改写为Y — A + bX (3)式(3)即变为式(1)的形式，可以按照式(1)的线性回归方法计算相关参数。

1．3 相对误差泵参数实际值与计算值之间的相对误差可表示为一 } l×100％ (4) lP J ?
式中， 为相对误差，P 为参数的实际值，Pj为参数的计算值。

2 泵内损失与效率截至目前，单级双吸离心泵尚没有单独计算机械效率 ‰、容积效率 仉和水力效率 n的公式，也没有整台泵效率的估算公式，文中采用数学方法对现有单级双吸泵的研究成果进行大量计算，首次提出了单级双吸泵机械效率、容积效率和水力效率的计算公式，现介绍如下。

离心泵效率是泵的有效功率 P 和轴功率 P的比值，用公式表示为一 百J-e一 仉 ·仉 · (5)式中， ，仉，r／m分别为水力效率、容积效率和机械效率。

由于泵内存在各种损失，泵的有效功率总是小于轴功率，故泵的效率永远小于 1。

离心泵内的各种损失，可以分为机械损失、容积损失和水力损失。

2．1 机械损失和机械效率机械损失是指泵的轴封、轴承及叶轮圆盘摩擦损失所消耗的功率。

总的机械损失功率△P 为轴封和轴承摩擦损失功率Ap：与叶轮圆盘摩擦损失所消耗的功率△Pa 之和，即Ap 一 △P + △P df机械损失的大小可以用机械效率 来表示.

P — Ap △P一 — 一 1一根据文[4]和文[5]中的图线，查得单级双吸离心泵圆盘摩擦损失功率△P 和轴功率P的比值与泵比转速 ” 之间的数据，如表 1所示。

表 1 双吸泵圆盘损失功率与轴功率的比值与比转速的关系根据表 1中的数据通过回归分析可以得到效率比值 Ap ／P与比转速 lr 之间的关系：下
Ap=
一 0．050 65 × (而Jr／s) ¨ (6)其中 ：=：一0．976 665 61。相关系数 ，．为负值，说明比值 Ap ／P与 为负相关，即随着比转速ns增大而比值第 3期 何希杰等：单级双吸离心泵设计方法 3AP ／P减小。

因为轴承、轴封摩擦损失占机械损失中的比例比较小，故用圆盘摩擦损失近似的代替机械损失，故将式(6)圆整后得到单级双吸离心泵机械效率公式一 [ _o．。5×( 。]× ％ ㈩2．2 容积损失和容积效率离心泵叶轮出口和人1：1的压差，使通过叶轮的一部分液体从泵腔经叶轮密封环间隙向入口逆流。这样，通过叶轮的流量 并没有完全被输送到泵的出口，其中泄漏量为g，这部分液体将从叶轮上获得的能量消耗于泄漏的流动过程中，所以，容积损失的实质也是能量损失。容积损失的大小用容积效率仉来表示。

容积效率是通过叶轮除掉泄漏之后的液体的功率和通过叶轮液体功率之比，可表示为刀 一 —
pgQ,H,-
—
pgqH ,
一 —
p -
—
Ap~、 pgQ Ht P根据文[43和文[5]中图线查得单级双吸泵容积损失功率 △P 与轴功率P的比值与比转速 。之间的数据，如表 2所示 。

表 2 双吸泵 △P ／P与比转速 的关系根据表 2中的数据通过回归分析可以得到比值 △P ／P与比转速 。之间的关系：- o． ×( 厂”他 ㈣其中 ，．=一0．993 988 43。

将式(8)圆整后可以得到单级双吸离心泵容积效率 的计算公式：玑一=[ _o．。24×( r ]× ㈤2．3 水力损失和水力效率离心泵内的水力损失，与泵过流部件几何形状、壁面粗糙度和液体粘度密切相关。水力损失包括叶轮和压水室内的沿程摩擦损失、局部损失和旋涡损失等。

水力损失的大小，可以用水力效率 来表示。水力效率就是离心泵经水力损失后的功率与未经水力损失前的功率之比：． P — APh一 — 根据文[4]和文E5]中图线查得单级双吸离心泵水力损失功率 AP 和轴功率 P比值与比转速 之间的数据 ，如表 3所示 。

表 3 比值 Aph／P与比转速 的关系同理，可以得到比值 APh／P与比转速 。之间关系的回归方程为等_o． 34×( 蛆 ㈣其中r=～0．981 885 33。

考虑泵设计和加工技术的进步，将式(1O)圆整后就可以得到单级双吸离心泵水力效率 计算的具体表达式 ：4 河 北 工 程 技 术 高 等 专 科 学 校 学 报[ -o．12×( ]×10 ?3 叶轮和泵体计算公式根据现有单级双吸离心泵优秀水力模型数据 及有关设计资料，采用回归数学模型进行计算，得到单级双吸离心泵叶轮和泵体几何尺寸的计算公式。

(1)叶轮人口直径 D。

D。 ? ( r∞(2)叶轮出口直径 DD 4。×( (13(3)叶轮出口宽度 b4× ( ?(4)叶片出口角2叭×((5)叶片数 Z双吸离心泵叶片数，一般取为 z一6。为了保证扬程性能曲线不出现驼峰，应该满足下列条件 ：p2≤ 90Z · 。 (16)(6)叶片包角— 95．95×( r(7)泵体基圆直径 D。

D。 7。×( r。

(8)泵体宽度b。

3．。7×( ㈣4 流线分点方法流线分为直线部分和曲线部分，其数学分点方法见文献[8]。

4．1 直线部分直线部分数学分点：一 ⅡAf-1r0其中,Ao一舞 ， ，缸 一 嚣式中：△ 为流线分点作图法中两射线夹角，一般取 △ =3。～5。或者 10。； ，at，G~i-1分别为流线分点起始点、第2点、第 i-1点处流线(切线)与泵轴中心线的垂直线的夹角；r。为流线分点起始点半径，一般取 r。一Dz／2。

4．2 曲线部分曲线部分分点，如图1所示，其数学分点公式为第 3期 何希杰等：单级双吸离心泵设计方法 5y=y0-Rsin0一 ( + eo)+(2-zx~／4．3 流线为水平直线时的分点．y0l·＼— l0 凰表 4 双吸离心泵有关数据和计算结果从表 4中可以看出，叶轮直径计算值的平均相对误差为 1．17 ，完全可以满足双吸离心泵设计的精度要求。

5．2 效率公式的计算精度5．2．1 分效率计算精度根据文献[9]和文献Bo-I，列出单级双吸离心泵容积效率、水力效率、机械效率及泵的总效率，见表 5，同时将计算值及误差也列于表中。

表 5 双吸泵效率实际值和计算值及误差从表 5中可以看出，各种效率计算值与实际值的平均相对误差为：容积效率是 1
． 21％，水力效率是6 河 北 工 程 技 术 高 等 专 科 学 校 学 报 20133．05 ，机械效率是 1．18％，可以满足计算时的精度要求。

5．2．2 泵效率计算精度离心泵水力效率、机械效率和容积效率之积等于总效率。现在将单级双吸离心泵优秀水力模型实际效率与计算效率 以及相对误差 列于表 6中。

表 6 双吸泵实际效率和计算效率从表 6中可以看出，双吸泵计算效率与实际效率平均相对误差为 2．92 ，可以满足双吸泵设计时的精度要求。

6 结束语文中采用回归分析对现有单级双吸离心泵优秀水力模型数据和有关研究成果进行了系统的研究，通过大量计算，首次提出了双吸泵水力效率、容积效率、机械效率、叶轮和泵体几何参数的计算公式，并列举了计算实例。结果表明，文中提出的计算公式的叶轮直径计算平均相对误差为 1．17％，泵容积效率、水力效率和机械效率的误差分别为 1．21％，3．05 和 1．18 ，整体效率误差为 2．92％，可以满足单级双吸离心泵设计时的精度要求。此成果对双吸泵设计和研究具有较高的实用价值。

参 考 文 献何希杰，劳学苏．离心泵系数法设计新的统计曲线和公式EJ]．水泵技术，1997(5)；3O一37.

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(下转第 16页)16 河 北 工 程 技 术 高 等 专 科 学 校 学 报 2013(2)资料要签字齐全，字迹清晰，纸质优良，保持整洁。

(3)所有资料必须用碳素墨水或黑色墨水笔书写，禁止复写和使用复印件。

(4)文字材料以A4纸为准，左边留出 2．5厘米宽的装订线，应用棉线装订，以立卷形式归档。

5 结语通过加强水利工程管理资料整理的工作，使基层的工程管理人员在日常的工作中丝毫不敢懈怠，彻底戒除了以前工作中存在的麻痹大意、敷衍应付的侥幸心理，改变了基层闸所落后的管理局面，提高了工程管理人员的工作积极性，促进了日常管理工作有条不紊、科学规范的开展，为基层水利工程管理规范化、制度化、现代化建设的开展提供了有力的保障。

参 考 文 献[1] SL 75—94，水闸技术管理规程Is].

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(1．Management Ofice of South Canal of Hebei Province，061001，Cangzhou，Hebei．China；2．Cangzhou Bureau of Water Affairs，061000，Cangzhou，Hebei，China)Abstract：The reorganization of project data is the core and basis of standardization，legalization andmodernization of water conservancy project management．This paper briefly introduces the principle andformulating of project data reorganization，as well as the combination of data reorganization and projectmanagement．It also puts forward some attentive problems in project data reorganization.

Key words：hydraulic project；project management；project data reorganization (责任编辑 ：翟 国静)(上接 第 6页)esigning M ethod of Single-stageouble-suction Centrifugal PumpHE Xi—jie，LA0 Xue—SU(Shijiazhuang Slurry Pump Institute，050035，Shijiazhuang，Hebei，China)Abstract：The geometrical parameters and relative information of single—stage double—suction centrifu—gal pump were researched by using the regression analysis，the designing method of double—suction cen—trifugal pump was obtained after a lot of calculation．The calculating formulae of hydraulic efficiency，vol—umetric efficiency，mechanical efficiency and geometrical parameters of wetting parts were proposed．Thecalculating examples were enumerated．The result showed that the relative average error of impeller diam—eter was 1．17％ ，one of pump efficiency was 2．92 ，the accuracy requirement in the design could be saris—fled．The result can provide a useful reference for single—stage double—suction centrifugal pump design，re—search as well as product reform.

Key words：single—stage double—suction centrifugal pump；geometrical parameter；efficiency；regres—sion analvsis；calculating method (责任编辑：翟国静)D D