离心泵诱导轮的设计研究

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2023年第24期·89·文章编号：2095-6835（2023）24-0089-03离心泵设计相关问题研究杨建枝（平煤神马机械装备集团有限公司，河南平顶山467021）摘要：在设计离心泵时，根据要求计算水泵的功率计算公式不一致，通过推导相关公式的关联性，给出了选择公式的理论依据；按多级离心泵标准要求，泵使用挠性联轴器，现行弹性套柱销联轴器标准未给出弹性套孔系相关尺寸等，不能设计出完整的挠性联轴器图纸。

通过研究分析，给出了一种解决方法；通过分析半联轴器受力特点，对其使用材料的选择，也给出了理论依据。

关键词：离心泵；功率计算公式；挠性联轴器；尺寸中图分类号：TB2文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2023.24.025水泵的品种繁多，分类方法各不相同，按其作用原理水泵可分为叶片式水泵、容积式水泵及其他类型水泵。

叶片式水泵的使用范围比较广泛，其中轴流泵和混流泵的适用范围侧重于低扬程、大流量，在排水工程中应用广泛，而离心泵的使用范围介于两者之间，工作区间最广，产品的品种、规格也最多，排水工程中使用的多为离心泵。

离心泵是利用叶轮旋转使输送介质产生离心力来工作的，通过叶轮的连续转动，使输送介质不停地吸入与排出，达到输送介质的目的，其主要零件有叶轮、泵轴、泵壳、泵座、轴封装置、轴承、联轴器等[1]；基本性能参数通常有流量（排水量）、扬程（总扬程）、轴功率、效率、转速、真空高度及汽蚀余量[2]。

在进行离心泵设计时，需要根据用户要求的流量、扬程等工况参数，确定设计水泵的电机功率等；不同文献给出的离心泵功率计算公式和计算方法不一致，且同一个参数的名称和表示符号也不一样。

同时，按离心泵标准要求，离心泵使用挠性联轴器，弹性套柱销联轴器属于挠性联轴器的一种，加工工艺较为简单，但现行弹性套柱销联轴器标准未给出弹性套孔相关尺寸等，不能设计出完整的挠性联轴器图纸。

离心泵诱导轮知识介绍今天为大家直接上干货，介绍一下离心泵诱导轮的知识，诱导轮虽小，但知识却不少呀！1.什么是诱导轮诱导轮是一个轴流叶轮，直接装在离心泵第一级叶轮的上游，并随其一起同步转动，也被称为前置诱导轮。

离心泵装有诱导轮后会具有较高的吸入性能，同时诱导轮属于轴流式叶轮，具有轴流式叶轮的汽蚀特性，如不存在促进汽泡和液体分离的离心力作用，这样，产生的汽泡将随同液体一起流走，不易造成整个流道的堵塞等。

其外特性的表现形式是在汽蚀过程中性能曲线下降平缓，无明显的陡降阶段，因而诱导轮可以在一定程度的汽蚀工况下工作。

另外，在设计泵诱导轮时，可采取一些措施，提高其抗汽蚀性能。

通常诱导轮是作为轻负荷的轴流式叶轮来进行设计的，选择较大的疏密度、较小的冲角、较大的进口过流面积、叶片最大厚度离进口较远的变化规律等。

以使绕流诱导轮液流的压力均匀，且在离进口较远的地方出现最低压力。

高抗汽蚀性能的诱导轮是在一定程度上牺牲能量指标换来的，故诱导轮本身的效率较低。

2.离心泵诱导轮的作用卧式多级离心泵利用诱导轮产生的扬程对后面的离心叶轮起增压作用。

而诱导轮只需要很低的吸入余量，但相当于提高了整个泵的吸人性能。

在离心式叶轮中，当空泡发展到一定程度，就会影响到外特性使性能下降，这是由于液流在离心轮的流道中液体是由轴向至径向（主要在径向）流动，因液体的密度比气体大，在离心力的作用下，液流中的空泡很容易分离出来，并迅速扩大从而堵塞流道，使泵的吸人性能急剧恶化。

而离心泵诱导轮叶片间的流道相对较长，并且是轴向的，在叶轮外缘相对流速最大，所以首先在叶轮外缘发生空泡，靠近轮毂中心的液体受离心力作用，压缩外缘的空泡，使它只能靠外缘沿轴向移动，到高压区之后溃灭，这样大大限制了空泡的发展。

只有当诱导轮所有的流道内全部充满空泡（这时离心轮也随之发生空泡而断流），泵的工作状态才被破坏。

诱导轮示意图3.离心泵诱导轮的种类离心泵诱导轮叶型一般可分为两种：等螺距诱导轮，其叶片进出口安放角相等；不等螺距诱导轮，其进口安放角小，出口安放角大。

.38 •2020年第3期诱导轮性能影响因素的数值模拟及试验研究张晓娜安阳堵宝鑫(北京航天动力研究所，北京；100076)摘要：诱导轮汽蚀性能是提高泵抗汽蚀性能的关键因素，也是降低火箭发动机储箱重量的关键因素。

本文采用AN-SYS Fluent软件对9种不同叶片进出口安装角变螺距诱导轮方案进行了数值模拟计算，全面分析了叶片进口、出口安装 角对诱导轮水力性能及汽蚀性能的影响规律。

同时通过水力试验台采用2台基础泵分别对9个诱导轮方案进行水力性 能和汽蚀试验，获取了诱导轮叶片进口、出口安装角对泵水力性能及汽蚀性能在水介质下的影响规律，为设计高汽蚀 变螺距诱导轮提供了依据和经验。

关键词：变螺距诱导轮进口、出口安装角汽蚀性能数值模拟试验中图分类号：TH311 文献标识码：A引言火箭发动机的高速高压和高效化发展，对泵汽 蚀性能提出了更高的要求。

而诱导轮作为提高离心 泵汽蚀性能和降低发动机储箱重量的关键件得到了 广泛的应用。

近年来，国内外研究者对诱导轮设计 方法开展了大量而深入的研究。

从研究结果来看，相比于等螺距诱导轮，变螺距诱导轮以较小的叶片 进口安装角获得了较小的进口流量系数，从而保证 诱导轮具有良好的汽蚀性能，同时，以较大的叶片 出口安装角获得了足够的扬程，从而能够更好的满 足离心泵进口能量需求。

因此，在变螺距诱导轮的 研究方面出现了许多优秀的设计理念和方法。

在变 螺距诱导轮设计中，朱祖超等[1]阐述了变螺距诱导 轮的设计原理，建立了汽蚀性能和出口扬程的理论 计算公式，从而为高汽蚀性能诱导轮高速离心泵机 组的设计奠定了理论基础。

孙建等[2]较为系统完善 地提出了一套变螺距诱导轮的设计步骤。

刘厚林 等[3]研究了角度变化系数m对诱导轮性能的影响，认为诱导轮的扬程与效率、临界空化余量随着角度 变化系数的增加而逐渐降低。

宋沛原等[4]针对轮毂 形状对诱导轮性能进行了研究，认为轮毂型线对诱 导轮扬程有显著影响。

带诱导轮的离心式航空燃油泵空化特性分析*罗丹1王维军1*赵鑫1谭向军1吴大转2（1.航空工业成都凯天电子股份有限公司；2.浙江大学能源工程学院）摘要：为了研究离心式航空燃油泵空化流场特性，基于RNG k-ε湍流模型与ZGB空化模型，对某带诱导轮的离心式航空燃油泵三维内流场进行了数值计算，分析了诱导轮与离心叶轮叶片表面的空化区演变、燃油泵内部不同过流部件中的空泡区占比、叶顶泄漏涡空化、回流涡空化等流动现象。

结果表明，诱导轮对空化的抑制有积极作用，三种不同工况下的空化余量NPSH值一样；诱导轮叶片表面的空化包括叶顶空化、云空化、叶梢空化等不同类型；空化数σ=0.0953时为临界空化点，诱导轮与叶轮区的空泡体积占5%~10%；回流涡空化首先产生于诱导轮叶顶背面附近，随着空化数的降低，回流涡空化区逐步与云空化融合；无论有无空化，燃油泵进口段始终存在明显的二次流。

关键词：航空燃油泵；空化；诱导轮；泄漏涡；二次流中图分类号：TH311；V228.1文章编号：1006-8155-（2022）06-0022-06文献标志码：A DOI：10.16492/j.fjjs.2022.06.0004Cavitation Characteristics Analysis of Centrifugal AviationFuel Pump with InducerDan Luo1Wei-jun Wang1*Xin Zhao1Xiang-jun Tan1Da-zhuan Wu2（1.AVIC Chengdu Caic Electronics Co.，Ltd.;2.College of Energy Engineering,Zhejiang University）Abstract：In order to study the cavitation flow field characteristics of centrifugal aviation fuel pump,the three-dimensional internal flow field of a centrifugal aviation fuel pump with inducer was numerically calculated by RNG k-εturbulence model and ZGB cavitation model.The flow phenomena such as the evolution of cavitation zone on the blade surface of inducer and centrifugal impeller,the proportion of cavitation zone in different flow passage parts in the fuel pump,tip leakage vortex cavitation and back flow vortex cavitation are analyzed.The results show that the inducer has a positive effect on cavitation suppression,and the NPSH value of cavitation allowance is the same under three different working conditions.The cavitation of inducer blade surface includes tip cavitation,cloud cavitation,tip cavitation and so on.Cavitation numberσ=0.0953is the critical cavitation point and the cavitation volume in the inducer and impeller area accounts for5%~10%.The back flow vortex cavitation first occurs near the top and back of the inducer blade.With the decrease of the cavitation number,the back flow vortex cavitation area gradually merges with the cloud cavitation.No matter there is cavitation or not,there is always obvious secondary flow in the inlet section of the fuel pump.Keywords：Aviation Fuel Pump;Cavitation;Inducer;Leakage Vortex;Secondary Flow*基金项目：流体机械及工程四川省重点实验室（西华大学）开放课题资助（szjj2019-029）；航空工业成都凯天电子股份有限公司预研项目（Y2049、Y2173）*通讯作者：王维军，***************0引言离心式航空燃油泵属于低压油泵[1]，主要用于为航空小型无人机、靶机、航天飞航导弹燃油系统提供一定流量和压力的燃油，输送介质包括RP-3航煤、高密度烃等燃料。

特种高端离心泵设计理论与关键技术研究及工程应用一、项目简介本项目属于流体机械（泵）技术领域。

离心泵是海水淡化、石油化工流程的核心流体输送装备，其耗电量约占全国总发电量的20％。

目前我国常规离心泵产品已实现产业化，然而在高温（850℃）、低温（-196℃）、高压等极端工况使用的特种离心泵产品在设计方法、可靠性等方面与国外相比仍存在较大差距，涉及海水淡化高压泵、高温光热发电熔盐泵、LNG深冷潜液泵等高端离心泵产品仍属于“卡脖子技术”。

项目组在“十一五”、“十二五”国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助下，长期坚持自主科技创新，产学研用多方协作，服务国家海水淡化、绿色能源发展等国家战略工程和国民经济建设，从离心泵高低温介质内流数值方法的基础研究出发，攻克极端工况水力设计、转子系统可靠性等关键技术难题，自主创建了水力优化设计和强度校核软件平台，实现了特种高端离心泵的国产化和工程应用。

主要科技创新如下：①提出了考虑热效应的空化模型，突破了热敏低温流体汽化潜热引起的饱和蒸汽压变化及湍动能引起的空化预测难题，为低温热敏介质离心泵设计提供了理论基础；建立了离心泵目标函数与设计变量之间的径向基神经网络模型，形成了特种离心泵多学科优化平台，大幅提高了离心泵的水力性能和诱导轮空化性能。

②发明了叶轮自身平衡轴向力的多级离心泵结构，创新研制了中间接管和出液管分离的双管结构、新型重载轴承结构和润滑冷却系统，解决了多级叶轮水力自动平衡、泵体和接管受热膨胀不均开裂、流体激振诱导转子系统偏心不稳定运行等一系列难题。

③提出了水力部件高、低温工况配合间隙的准确计算方法，研究了各零部件之间最佳配合方式，解决了导流壳和叶轮、轴和轴承受热膨胀、冷收缩不均引起的抱死故障，大幅提高了高温熔盐泵和低温潜液泵的运行可靠性及使用寿命。

④研制了多种结构形式的高温熔盐泵，自主掌握了400～850℃范围高温机组关键技术，应用于中科院第四代核能MSR熔盐堆实验项目、青海德令哈50MW太阳能光热发电示范项目；研制了国内首套国产化400℃高温纯镍熔融碱泵、750℃海绵钛高温熔渣泵，在新疆天业、山东滨化、攀钢钛业等单位成功应用。

离心泵叶轮设计范文离心泵是一种常见的流体机械设备，广泛应用于工农业生产、城市供水和排水等领域。

其工作原理是利用叶轮受离心力作用，将流体加速并转化为压力能，从而实现输送的目的。

离心泵的叶轮是其核心部件，直接关系到泵的性能和效率。

叶轮的设计需要考虑多个因素，包括流体的流动特性、流量需求、扬程要求、泵的转速、叶轮材料等。

在离心泵叶轮的设计过程中，首先需要确定泵的工况参数，包括流量Q、扬程H、泵的转速N等。

这些参数可以通过工程实际需要来确定，也可以根据已有的类似泵的性能曲线来选择。

接下来，需要确定叶轮的进出口直径D1和D2，以及出口角β2、进口直径D1一般根据泵的流量来确定，而出口直径D2则常常使用等速线绘制法来确定。

该法通过绘制流速三角形和散失系数曲线来确定出口直径，从而使得出口速度恒定。

然后，需要根据进口和出口直径来确定叶轮的元素形状。

叶轮通常采用流线型的设计，使得流体能够顺利进入和流出。

叶轮的元素形状可以使用叶片角、曲率半径和叶片厚度等参数来描述。

在确定叶轮的元素形状后，还需要进行叶轮的流场分析。

这可以通过CFD仿真等方法来实现，以验证叶轮是否满足设计要求，以及是否能够提供理想的流体流动状态。

另外，还需要进行叶轮的强度和动力分析。

叶轮的强度分析主要包括静力学和动力学两个方面，以确保叶轮在工作过程中能够承受流体的压力和惯性力。

动力分析则主要是考虑叶轮的转动惯量和动力平衡等问题。

最后，在叶轮设计完成后，需要进行叶轮的制造和装配。

制造时需要考虑叶轮的材料选择和加工工艺，保证叶轮的质量和精度。

装配时需要注意叶轮与轴的连接方式，以及叶轮与泵壳等配合关系。

总之，离心泵叶轮的设计是一项综合性的工程，需要综合考虑多个因素，从而得到理想的叶轮形状和性能。

随着计算机技术的发展，仿真分析在叶轮设计中的应用越来越广泛，可以提高设计效率和精度。

在实际应用中，还需要根据具体情况进行不断的优化和改进，以满足不同领域和需求的泵的要求。

离心泵叶轮水力设计离心泵叶轮的流道形状是其水力设计的一个重要方面。

流道形状的优化可以降低水流速度的变化，减小能量损失，提高泵的效率。

一般来说，对于离心泵叶轮的水力设计来说，流道形状应该尽量保持平滑，避免出现过于复杂的几何结构，以减小流阻和涡流损失。

叶片角度也是离心泵叶轮水力设计的重要因素之一、叶片角度的选择直接影响着叶轮的流道流速和角动量的大小。

一般来说，在离心泵叶轮的水力设计中，叶片角度应该根据流体性质和工作条件的不同而有所调整。

例如，对于高粘度液体的泵来说，叶片角度一般选择较小，以减小流体的阻力和摩擦损失。

除了流道形状和叶片角度外，离心泵叶轮的几何参数也是水力设计的重要考虑因素。

例如，叶轮的进口直径、出口直径、叶片数等。

这些参数的选择应该根据需要泵送流量和扬程的不同进行调整。

一般来说，随着泵送流量的增大，叶轮的进口直径和出口直径也应该相应增大，以保持叶轮的稳定运行和高效性能。

在离心泵叶轮的水力设计中，还需要考虑到流动的非定常性以及液体的旋转运动对叶轮的影响。

非定常流动包括流场的非均匀性和流体的非线性特性。

为了减小非定常性的影响，可以通过减小流道的长度和宽度来降低流动的不均匀性。

而液体的旋转运动主要是由于叶轮的旋转导致的，对于这种情况，可以通过增大出口直径和叶片角度来减小涡流的损失。

总之，离心泵叶轮的水力设计是离心泵性能优化的关键步骤之一、在水力设计过程中，需要综合考虑流道形状、叶片角度和叶轮几何参数等方面的因素，以提高离心泵的效率和性能。

此外，还需要考虑流动的非定常性和液体的旋转运动对叶轮的影响，以减小能量损失和涡流损失，提高泵的工作效率。

只有在水力设计的合理指导下，离心泵才能够实现更高的效率和更好的性能。

收稿日期:1996-10-17朱祖超　浙江大学化工机械研究所　博士生,310027　杭州市王乐勤　浙江大学化工机械研究所　副教授汪希萱　浙江大学化工机械研究所　教授　博士导师高速泵变螺距诱导轮的设计分析朱祖超　王乐勤　汪希萱 【摘要】　通过分析诱导轮设计的理论基础,建立了比较完善的变螺距诱导轮设计方法,给出了其主要参数的计算公式,按照本文方法设计的一台高速泵变螺距诱导轮取得了很好的汽蚀性能。

叙词:高速泵　诱导轮　设计1　引言宇航技术和石化工业的飞速发展对高速诱导轮离心泵的汽蚀性能提出了更高的要求。

诱导轮既要具有较好的汽蚀性能,又要保证产生的扬程能够满足离心轮入口的能量要求,从而使高速泵能够无汽蚀地运行。

诱导轮的汽蚀性能主要由其入口决定,要使诱导轮具有较高的汽蚀性能,就要取较小的进口流量系数和进口叶片角,而诱导轮的扬程主要由出口决定,要使诱导轮产生较高的扬程,就要取较大的叶片出口角,因此应将诱导轮设计成变螺距结构。

但目前国内外公开发表的文献对高速泵变螺距诱导轮的理论研究和设计方法却很少报道。

本文主要对变螺距诱导轮的理论基础和设计方法进行分析探讨。

2　诱导轮设计理论基础诱导轮设计的原则是使诱导轮产生的扬程能够满足离心轮入口的能量要求,从而保证泵机组的汽蚀破坏发生在诱导轮的汽蚀断裂之后。

2.1　诱导轮的汽蚀性能在进口流场均匀的条件下,诱导轮的汽蚀余量N P S H i 可计算如下N P S H i =C 212g +λW 212g (1)式中　C 1、W 1——分别为诱导轮进口前液流的绝对速度和相对速度 λ——汽蚀系数根据进口速度三角形和进口流量系数的定义Oind =C 1/U t ,即可导出N P S H i =0.0117(1-Rd 21)-1Q 1n1(1+λ)O 31ind +λO-1ind (2)式中　Q ——流量 n ——转速 D t ——诱导轮叶尖直径Rd 1——进口轮毂比 O ind ——进口流量系数1997年12月农业机械学报第28卷第4期当λ=2O 2ind1-2O in d(3)时,N P S H i 将取得极小值N P S H i =0.0352(1-Rd 21)-1Q 1(n O ind )31(1-2O 2in d )-1(4)因此设计时应尽量满足式(3)的要求。

浅谈诱导轮出口螺距对离心泵空化性能的影响摘要：离心泵靠叶轮旋转产生的离心力来输送液体，?在流量大、而扬程不高的工作场合中应用比较广泛。

诱导轮是一种轴流式叶轮，其加设在离心泵主叶轮之前，主要目的是提升叶轮入口压力，改善泵的空化性能。

本文研究了诱导轮出口螺距对离心泵空化性能的影响，旨在为提升离心泵抗空化性能提供一定参考与借鉴。

关键词：离心泵；诱导轮；出口螺距；空化性能；影响离心泵通过叶轮旋转而使水发生离心运动来工作，当泵壳和吸水管内充满水后，在电机驱动下，泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，借助离心作用，水被甩向叶轮外缘，再经过蜗形泵壳流道流向水泵的压水管路。

离心泵的各部分构造主要包含泵体、泵轴、叶轮、轴承、密封环、填料函等部分，其中叶轮是离心泵的核心部分。

如果液体温度保持不变，当压力降到特定临界值时，离心泵中的液体就会发生汽化，就称之为离心泵空化。

其主要原因是离心式叶轮高速运转过程中，叶轮进口存在低压区，导致气体极易被析出，受离心力作用而进一步导致所输送的介质发生液体与气体分离。

离心泵发生空化后，就会产生比较大的振动和噪声，导致过流部件腐蚀和性能降低。

解决方法一般是在高速离心泵前加装诱导轮。

因为诱导轮属于轴流式叶轮，本身具有较好的轴流式叶轮的几何特性与空化特性，在运转过程中不会产生离心力叶轮产生的空泡被压控在诱导轮外缘低压区，并聚集在叶轮内，因而不会堵塞流道。

此外，诱导轮产生的扬程还能提高离心轮进口的压力和离心轮的空化余量。

随着各领域对离心泵抗空化性能要求的提高，诱导轮也得你到了越来越广泛的应用，关于诱导轮对离心泵空化性能影响的研究，也逐渐受到重视。

本文在计算工作状态泵的空化余量基础上，确定了诱导轮的设计参数，在确保诱导轮进口螺距和其它参数不发生变化的情况下，将出口螺距逐渐增大，来研究出口螺距对离心泵空化性能的影响。

一、诱导轮设计（一）装置空化余量与泵的必需空化余量计算根据之前的设计，诱导轮扬程一般取为（1）在上式中，表示诱导轮需提供的扬程；表示泵所需的空化余量；表示装置空化余量。