混流泵叶轮的水力设计方法研究
叶轮的水力设计..
第三章 离心泵和混流泵叶轮的水力设计泵是一种应用广泛的通用机械，著名的数学家欧拉在一些假设条件下，推出了叶片泵的Euler 方程，该方程建立了泵的理论扬程与叶轮进出口运动速度间的定量关系。
近300年来，以致使叶片泵设计的理论基础。
所以，Euler 方程也被称为叶片泵的基本方程。
在叶片泵内流体在叶轮中的流动都是三维空间的流动，为了简化计算，早期的研究把流体在叶轮内的流动看作是流体微团沿着叶轮流道中心线的运动。
根据这一假设，建立了叶片泵一维流动理论，也称微元流束理论。
根据这一设计理论建立的设计方法称为一元设计方法。
后来人们在轴对称流动理论的基础上提出了叶片式机械的二元流动理论。
二元流动理论认为，叶轮内的流动是轴对称的，叶轮内的轴面速度沿过水断面是不均匀的，即轴面液流速为二元流动。
二元流动较一元更为科学，更接近真实的流动状况，但二元理论在实际上应用并不多，仅适合于高比速混流泵的设计。
第一节 泵的主要设计参数和结构方案的确定 一、设计参数和要求流量、扬程、转速（或由设计者确定）、装置汽蚀余量（或给出装置的使用条件）、效率（要求保证的效率）、介质的性质（温度、重度、含杂质情况、腐蚀性等）、对特性曲线的要求（平坦、陡降、是否允许有驼峰等）。
二、确定泵的总体结构形式和泵的进出口直径 1． 进口直径选取原则：经济流速；汽蚀要求。
泵的进口流速一般取3m/s 左右。
ss v Q4D π=2．泵出口直径s d D )7.0~1(D =三、泵转速的确定确定泵转速应考虑下面几个因素： （1）泵转速越高，泵的体积越小；（2）确定转速应考虑原动机的种类和传动装置；（3）提高转速受汽蚀条件的限制，从汽蚀比转数公式：4/3rNPSH Qn 62.5C =四、计算比转数n s ，确定水力方案4/3s H Qn 65.3n =在确定比转数时应考虑下列因素：（1） n s =120~210的区间，泵的效率最高，n s 〈60的效率显著下降； （2） 可以采用单吸或双吸的结构形式来改变比转数的大小； （3） 可以采用单级或多级的结构形式来改变比转数的大小； （4） 泵特性曲线的形状与比转数的大小有关。
混流泵叶轮设计关键参数分析
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
混流泵叶轮设计关键参数分析
基于正反问题迭代设计方法，通过给定不同的速度矩分布规律、叶片进出口边位置等关键参数，设计了一系列混流泵叶轮。
在此基础上，基于S 混流泵是一种广泛应用于污水处理、水利水电工程、电站循环水系统等
方面的泵型。
其介于离心泵与轴流泵之间，有效地吸收了两者的优点，并弥补了两者的缺点。
然而，目前混流泵设计过程中一些关键参数( 如：速度矩分布规律、叶片进出口边位置等) 的给定较多依赖于设计者的经验。
本文基于正反问题迭代设计方法，通过给定不同参数设计了一系列混流泵叶轮，并通过模拟不同参数下叶轮内的三维流流场，分析关键参数对叶轮设计的影响，为设计工作提供了有益的借鉴。
1、混流泵叶轮设计
传统设计方法在计算轴面速度时，在一定假设下，采用轴面流线迭代
法，求解轴面速度沿任意准正交线的梯度方程。
然而，这种计算方法满足过流通道内流体的连续方程。
为使轴面流场同时满足叶轮内流体运动的连续方程与运动方程，本文通过S1 与S2 流面迭代计算求解轴面流场，控制方程为：式中：τ为叶片的排挤系数；W 为流体运动的相对速度矢量；C 为流体运动的绝对速度矢量，F 为单位质量流体的质量力；Er 为单位质量流体相对运动的机械能。
两类相对流面迭代计算收敛后，得到轴面速度分布，采用逐点积分法完
成叶片骨线绘型，在保角变换平面内对叶片骨面进行加厚，并对叶片头部及尾部进行修圆，完成新一轮叶轮的反问题设计。
正反问题迭代设计方法具体步骤如下：①基于传统的二元理论设计初始叶轮。
②进行正问题计算，得到同时满。
离心混流泵水力设计
离心混流泵水力设计离心/混流泵是水泵的常见形式，广泛应用于工业、农业等各个领域。
本文以一个离心式水泵为例，简要介绍相关过流部件的水力设计过程。
叶轮是泵的最核心过流部件，泵的流量、扬程、效率、抗汽蚀性能和特性曲线的形状与叶轮的水力设计密切相关，叶轮设计需要经过三方面的主要步骤。
主要参数和结构方案确定首先根据设计要求，如流量、扬程、转速、汽蚀余量等参数，对泵的主要参数和结构方案进行确定。
泵进口直径Ds指的是泵吸入法兰处管的直径。
泵出口直径Dd是泵排出法兰处管的内径。
按照经验公式进行计算。
其中，转速的确定需要考虑几个因素：转速越高，体积越小、重量越轻à高转速转速和比转速有关，比转速和效率有关à转速和比转速协同确定转速考虑原动机的类型和传动装置à同步转速3000、1500、1000、750、600、500（rpm），滑差转速提高，过流部件的磨损加块，机组的振动、噪声变大à转速有上限转速提高，更容易发生空化à转速有上限之后根据公式计算比转速：比转速应当兼顾一下几个因素：120~210之间效率高，小于60，效率显著下降单吸式、双吸式相互转换，调整ns特性曲线形状与ns大小有关多级泵的比转速按照单级叶轮计算至此，泵进出口直径、转速、比转速等参数就已经确定了。
结构形式是单级/多级、单吸/双吸也已经确定了。
值得注意的是，各个参数之间具有一定的关联性，也会受到实际因素，如尺寸标准化、同步异步转速等的制约。
因此，主要参数和结构方案的确定过程有可能是一个反复尝试的过程。
最终确定后，可参照同类产品或经验公式近似估算效率、轴功率等参数，具体计算此处不再赘述。
叶轮主要尺寸初步计算叶轮的尺寸较多，按照位置，大致上可以分为进口尺寸和出口尺寸两类。
其中叶轮进口尺寸影响汽蚀性能；出口尺寸影响扬程、流量；进出口尺寸共同影响效率。
初始设计时，最小轴径（通常是联轴器处的轴径），按扭矩确定。
叶轮的水力设计
第三章 离心泵和混流泵叶轮的水力设计泵是一种应用广泛的通用机械，著名的数学家欧拉在一些假设条件下，推出了叶片泵的Euler 方程，该方程建立了泵的理论扬程与叶轮进出口运动速度间的定量关系。
近300年来，以致使叶片泵设计的理论基础。
所以，Euler 方程也被称为叶片泵的基本方程。
在叶片泵内流体在叶轮中的流动都是三维空间的流动，为了简化计算，早期的研究把流体在叶轮内的流动看作是流体微团沿着叶轮流道中心线的运动。
根据这一假设，建立了叶片泵一维流动理论，也称微元流束理论。
根据这一设计理论建立的设计方法称为一元设计方法。
后来人们在轴对称流动理论的基础上提出了叶片式机械的二元流动理论。
二元流动理论认为，叶轮内的流动是轴对称的，叶轮内的轴面速度沿过水断面是不均匀的，即轴面液流速为二元流动。
二元流动较一元更为科学，更接近真实的流动状况，但二元理论在实际上应用并不多，仅适合于高比速混流泵的设计。
第一节 泵的主要设计参数和结构方案的确定 一、设计参数和要求流量、扬程、转速（或由设计者确定）、装置汽蚀余量（或给出装置的使用条件）、效率（要求保证的效率）、介质的性质（温度、重度、含杂质情况、腐蚀性等）、对特性曲线的要求（平坦、陡降、是否允许有驼峰等）。
二、确定泵的总体结构形式和泵的进出口直径 1． 进口直径选取原则：经济流速；汽蚀要求。
泵的进口流速一般取3m/s 左右。
ss v Q4D π=2．泵出口直径s d D )7.0~1(D =三、泵转速的确定确定泵转速应考虑下面几个因素： （1）泵转速越高，泵的体积越小；（2）确定转速应考虑原动机的种类和传动装置；（3）提高转速受汽蚀条件的限制，从汽蚀比转数公式：4/3rNPSH Qn 62.5C =四、计算比转数n s ，确定水力方案4/3s H Qn 65.3n =在确定比转数时应考虑下列因素：（1） n s =120~210的区间，泵的效率最高，n s 〈60的效率显著下降； （2） 可以采用单吸或双吸的结构形式来改变比转数的大小； （3） 可以采用单级或多级的结构形式来改变比转数的大小； （4） 泵特性曲线的形状与比转数的大小有关。
潜水混流泵水力设计与CFD分析的应用
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
潜水混流泵水力设计与CFD 分析的应用
为提高水泵的效率，提出了采用高效、泄漏损失小的闭式叶轮，配套
设计空间导叶。
本项目水力部件是2 种叶轮和4 种导叶体进行组合，有8 种水
力设计方案。
利用CFD 分析工具进行潜水混流泵水力性能预测，筛选确定了最优水力设计方案生产样机。
一、前言潜水混流泵水力部件包括叶轮和导叶体。
通常的水力设计方法
是利用已有的干式混流泵开式叶轮的水力模型进行相似换算，得到实际泵叶轮
水力流量：2000m3/h;设计点扬程：8.5m;转速：735r/min;水泵效率：≥75%;配套电动机功率：≤75kW。
二、潜水混流泵水力部件设计方案 1.潜水混流泵叶轮设计
在参考优秀的混流泵水力模型的基础上，确定设计高效的闭式固定叶片
的混流泵叶轮。
叶片轮毂整体铸造，叶轮有前后盖板。
这样避免了泄漏损失，
易于生产加工。
叶轮叶片数采用4 片和5 片两个水力设计方案，叶轮叶片使用
扭曲三角形设计方法。
2.潜水混流泵导叶设计
潜水混流泵导叶采用空间导叶，空间导叶和其他导叶类似，尤其是和流
道式导叶更相似。
空间导叶起到整个压水室的作用，将叶轮出口处的液体收集
起来输送到出水管路，同时将速度能变为压力能。
空间导叶绘型采用扭曲三角
形法。
长导叶叶片比较长。
短导叶叶片较短，导叶叶片距离导叶体出口预留水
流扩散的距离。
本项目导叶体一共4 种设计方案：791 翼型加厚长导叶、圆弧翼型加厚长导叶、791 翼型加厚短导叶和圆弧翼型加厚短导叶。
混流泵径向正导叶的水力设计
叶 （ 正导 叶） 加 上 类 球 形 泵 壳 的 结构 型 式 ，以满
部 分 的液 体 ，不 受 任 何 外 力 的 作 用 而按 其 本 身 惯 性 作 自由运 动 。这 样 ，就 必 须 把 导 叶 叶 片 做 成 该 液 流 的流 线 形状 。 把液 体 动 能 转 换 为 压 力 能 势 必
Ｍ（ ％）
图 ４ 叶片角分布规 律
／ 叶栅导叶后盖板／ 叶栅导 叶前盖板
设计要求是根据现有 的混 流泵 叶轮 、混流泵 设 计 条件 和 主要 参 数 ，以及 必 须 是 径 向 正导 叶加 上类球形 泵壳 的结构 ，设计 出径 向正导叶。结构
图如 图 ２ 示 。 所
一
／
ｌ
一
／ 叶栅导叶后盖板／ 叶栅导 叶前 盖板
半 左 右 ，所 以 导 叶 的设 计 应 特 别 注 意 ，要 求尽
量 减 小 导 叶 本 身 的 水 力损 失 。在 设 计 工 况 下 ，液 流 自叶 轮 流 人 导 叶 时 ，要 求 不 产 生 撞 击 损 失 。将
导叶进 口边设计 成与叶轮 出 口边平行 ，并留有较 大 间隙 ，以保 证 流速均 匀及 良好 的绕流 。
２２ 设计条 件 ．
Ｏ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ｏ Ｏ Ｏ ０ ０
混流泵设计 条件和主要参数如下 ：设计 （ 额
定 ） 流 量 Ｑ １ ８ｏｍ／，扬程 Ｈ＝ １ ＝ ８７ 。 ｈ Ｉ３ｍ，转 速 ｎ ＝ １８ ｍｉ，介 质为 清水 ，温 度 ２ 。 ７ ０ｄ ｎ ０ｃ ｃ
、
，
ｒ
．
＿ ＼
＼ ＼ ＼Ｍ（ ％）２３ 一 Nhomakorabea维设计 ．
大型混流式水泵水轮机转轮的研究的开题报告
大型混流式水泵水轮机转轮的研究的开题报告一、选题背景及意义大型混流式水泵水轮机是目前大型水电站中使用最广泛的一种水轮机。
其具有简单、稳定、高效、可靠等优点，已经成为水电站主要设备之一。
而水轮机转轮是其核心部件，其结构设计和制造工艺对水轮机的性能和使用寿命有着重要的影响。
因此，对大型混流式水泵水轮机转轮的研究具有重要的现实意义和经济效益。
二、研究目的本研究旨在通过对大型混流式水泵水轮机转轮的研究，探究其结构设计和制造工艺，并分析其对水轮机性能和使用寿命的影响，为水轮机的优化设计和可靠运行提供科学依据。
三、研究内容及方法1. 对大型混流式水泵水轮机转轮的结构设计进行研究，包括转轮的几何形状、叶片数目、角度和曲率等要素的确定；2. 分析不同制造工艺对水轮机转轮的材料、强度、耐腐蚀性等性能的影响；3. 组织实验，测试不同设计和制造方法下的水轮机转轮的性能和使用寿命，通过数据分析和对比分析不同方案的优缺点；4. 利用计算流体力学（CFD）软件对水轮机转轮进行数值模拟，分析其流场特性和叶片表面压力分布等参数；5. 在研究的基础上，提出可行的结构设计和制造工艺方案，并为广大水轮机制造企业提供科学参考。
四、研究预期成果1. 提出一套可行的大型混流式水泵水轮机转轮的结构设计方案；2. 创新性地提出一种高效、低成本的转轮制造工艺方案；3. 研究表明，设计和制造工艺对水轮机性能和使用寿命有着非常显著的影响；4. 为大型水电站水泵水轮机的优化设计和可靠运行提供了科学依据。
五、研究进度安排1. 第1-2个月：文献综述和理论准备；2. 第3-6个月：转轮结构设计和制造工艺研究；3. 第7-10个月：实验测试和数据分析；4. 第11-12个月：计算流体力学数值模拟和研究总结撰写。
六、研究经费预算1. 实验测试费用：60000元；2. 计算流体力学软件费用：20000元；3. 研究人员工资：100000元；4. 其他杂项费用：5000元。
高比转数混流泵叶轮水力设计CAD系统的研究的开题报告
高比转数混流泵叶轮水力设计CAD系统的研究的开题报告【摘要】高比转数混流泵是一种应用广泛的水泵，具有大流量、高扬程等优点，可广泛应用于农业灌溉、城市供水等领域。
本文将研究高比转数混流泵叶轮水力设计CAD系统，在分析泵站设计原则的基础上，通过理论计算和实际测试，建立了高比转数混流泵叶轮水力设计CAD系统，实现了泵站水力设计的自动化和精确化，为泵站设计和运维提供了有力的支持。
【关键词】高比转数混流泵；叶轮设计；水力CAD系统；泵站设计【正文】1. 研究背景高比转数混流泵是一种混合了轴流泵和离心泵的水泵，具有大流量、高扬程等优点，广泛应用于农业灌溉、城市供水等领域。
其叶轮水力设计是保证泵站性能的关键，因此需要建立高比转数混流泵叶轮水力设计CAD系统，实现泵站水力设计的自动化和精确化。
2. 研究内容（1）分析泵站设计原则。
泵站的设计应根据泵站所处的具体地理条件、所需的水量和水压等因素进行综合考虑。
（2）建立高比转数混流泵叶轮水力设计CAD系统。
通过理论计算和实际测试，建立高比转数混流泵叶轮水力设计CAD系统，实现泵站水力设计的自动化和精确化。
该系统可根据泵站地理条件、所需的水量和水压等因素进行综合计算和设计，实现对叶轮的水力设计、叶轮流道形状的优化等功能。
（3）测试系统的可行性和有效性。
使用该系统进行泵站水力设计，并将设计结果与实际情况进行对比，测试系统的可行性和有效性。
3. 研究意义建立高比转数混流泵叶轮水力设计CAD系统，可以实现泵站水力设计的自动化和精确化，提高泵站的运行效率和效益。
同时，该系统可以为泵站设计和运维提供有力的支持，有利于实现泵站的可靠运行和长期稳定性。
4. 研究方法（1）理论分析法：分析高比转数混流泵原理，建立泵站水力设计的数学模型。
（2）实验测试法：通过对高比转数混流泵的实际测试，验证数学模型的正确性和优化叶轮流道形状的有效性。
5. 预期结果完成高比转数混流泵叶轮水力设计CAD系统的建立，实现泵站水力设计的自动化和精确化，提高泵站的运行效率和效益。
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关 键词 ： 混流 泵
叶轮
水 力设计
数值模 拟
１ 前
言
２ ）无法控制叶片上载荷分布 ； ３ ）虽 然 这些方 法 能保 证 叶 片表 面光 滑 ，但 不 能保证相对速度光滑连续 ； ４ ）无法计算汽蚀性能； ５ ）无法计算速度场和压力场。 因此 ，能控制 叶片载荷和形状并 能计算 速度
２２ 设计步 骤 ．
２ 叶 轮 的水 力 设 计
混流 泵 比转 速在 离心 泵 和轴 流 泵 比转 速之 间 。 它 对 水 的作 用 ，既 有 离 心 力 做 功 也 有 升 力 做 功 。
在一维设计分析程序 （ 即泵设计点及非设计 点平均流线性能预测程序） 中，利用设计模式下 的 向导模 式 ，按 照下 面 的步 骤 创建 一 个 新 的整 级
场 和压 力 场 的混 流 泵 叶 片 三元 设 计 软 件 具有 重 要
混流 泵在 性 能方 面介 于 离心 泵 和轴 流泵 之 间 ，
是一种 中低扬程泵 ，一般是单级泵。其 比转速范 围 ，通常为 凡＝０ — ０ ，目前最 高达 到 ｎ １０ 。 。 ０ ６０ ３ 。 １０ ＝ 混流泵主要应用于农业排灌水、市政给排水工程 、 电厂供循环水、水利上跨流域调水等。
（）选择模型 １ 在新的设计中给技术基础指定想要使用的模型
类型。一维设计分析程序提供了 ２ 种不同的模型类 型： （）双区叶轮模型 ； （）单区叶轮模型。在 Ａ Ｂ 本文中我们采用了双区叶轮模型技术为基础。
（）选 择模式 ２ 创 建一 个 新 的设计 时 ，要 选 择 在 设 计 模 式 下
—
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２１ 年第 １ ０２ 期
， 番 柱 采 Ｊ ．
・３ ２・
混流泵叶轮的水力设计方法研究
张鑫太 冀春俊 高 国红 张守立
（一 １大连理工大学能源与动力学院，１ ０３ － Ｎ ２；２ １ 鼓风机集团股份有限公司， ８９ １ ６ Ｘ １０６ ） １
摘要 ：本文 利用 目 前著名 的水泵设计软件完成一 台混流泵叶轮的水力设计 。此法与 以往传统 的设计方法相 比具有
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Ｂｔａ Ｂｆｆｉ … ｑｅ ｃｉ ｙ 蹦 ｉｉ ｔ ｉ ｂｊ ｃ． Ｔ ｏｔｊ１一 ｆ６＿ ｔ １ １ｏ ｌ
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（０ ） Ｐ ０ 、体积流量 （） Ｑ 、转速 （）和设计 中使用 Ｎ 的流体类型。 （） 给定 设计 压力 ５ 指定 类 型 和所 设 计 级需 要 产 生 多 少 压 头或 者
１ 由于做了很多假设 ，叶片前端来流速度计 ） 算不准确 ，造成冲击 ，引起较大的冲击损失 ；
・
２ ４・
小 番 粒 采
… … … … … … … … … … … … … … … … … … …
２１年第 １ ０２ 期
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来 操作 。
（ ３ ）给定输人麟 出单位制 在一 维 设 计 分 析 程 序 中 ，可 以指 定几 何 的单 位制为英制或者公制 。一旦选择好某种单位制后 ， 所有的值都在这种单位制下。 （）给定上游来流条件 ４
上 游 来 流 条 件 给 定 进 口总 温 （Ｏ ） 总 压 ＴＯ 、
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由 于混 流 泵 具 有 流 量 、 扬 程 的变 化 范 围 大 ，
的实用价值 。将其应用 于混流泵叶片设计中 ，效
果较好 。 ２１ 设计条 件 ．
高效区宽 ，合理设计可避免性能 曲线上的马鞍形 现象 ，运行稳定等特点。所 以 ，混流泵的使用范
围正在 向传统离心泵和轴流泵的范围扩大。 混流泵的开发、生产和应用 ，与离心泵 、轴
Ｖ ｌ ｏ ｕ￣
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设计 。
因而 ，设计人员对 中低 比转速混流泵借 助离心泵
的一元理论 进行设计 ，对高 比转速混流泵借用轴 流泵的升力法或奇点法进行设计 。但这些方法经 验性较强 ，设计优劣在很大程度上依赖于设计者
的经验和水力性能试验后进行的改进 。这些经典
设计 方法 主要存 在 以下几 方面不 足 【 ３ Ｊ ：
流 泵相 比在 完 善 程 度上 还有 差 距 ，它 的一 系 列 优
本文通过一个混流泵叶轮的设计案例来说明利
用软件设计过程。混流泵设计条件及主要参数如下： 点正逐渐被更多 的人所认识 ，在 国民经济各个部 设计 （ 额定）流量 ０ １８ ， ＝３５ｍ 扬程 Ｈ １．Ｉ ＝ ７ ，转 ６ｎ 门中正在 发挥作用 。因此 ，研究高效 的混 流泵水 力模 型是很 有必 要 的 ｆ】 ｌ。 ＿ ２ 速 ｎ １８ ｍｎ 介质为清水 ， － ４０ ｉ， ｄ 温度 ２ 。 ０