WQ型无过载潜水排污泵双流道叶轮等角螺线叶片型线设计实践

GM城建/水工业通用机械(；lin Citv (omtructionH.?/(/ hidustn GM城建/水工业通用机械WQ型无过载潜水排污泵双流道叶轮等角螺线叶片型线设计实践GM城建/水工业通用机械华东交通大学科研处（江西 吉林油田集团公司 （吉林 江西双菱水泵厂 （江西330013）张霖131100）林立山341000）赖水生曾金根GM城建/水工业通用机械GM城建/水工业通用机械【摘要】介绍了WQ型潜水排污泵的仝扬程（无过 栽）设计流程，着重介绍了双流道叶轮爭角螺线叶片型 线设计的方法和实际效果.经测试，机纽效率高于相关 标准且水泵都具冇佥扬程（无过載）特性。【关键词】无过找潘水排污泵 等角螺线 叶片型 线设计过载的泵.实质上是泵的功率曲线在全扬程范围有绘大 值 IL最大值不趙过泵的配套动力。泵的功率曲线涉及的因素很多，简化后泵的最大功率和最大流屍公式为: P用K、卫 7TG 2墙 0 2 /（4 n m）Q吸yK仏 lg 0 2 vD4 s /2式中K、功率修正系数，Al0ll）GM城建/水工业通用机械氐流联修正系数，KR.O51.15；I图1 WQ型潜水排污泵1进水段2叶轮3觸壳4. 5.轴承6电缆7上轴承匾8.密封團 9定子10.轴II.转子12机座13.密討座14.机械密封随着我国建设资源节约型和坏境友好型社会的深 人，资源和环保问题将日益凸显就要。潜水排污泵是一 种电动机水泵合一，基建投入少（基本没有）、使用维 护方便的污水排放设备，是许多污水处理厂和建设工地 排污的首选设备。然而，污水处理和排放工况复杂，许 多原因会引起设备过载，加上大部分潜水排污衆为离心 泵，而离心泵起动时扬程较低易过载而影响泵正常工作 其至烧毁。据行业统计表明，在返修的工程潜水泵中， 行近70%是过载引起的.我厂的情况也大致如此。因 此，生产无过载亲不仅是市场和用户的迫切需要，也是 厂家和设计人员孜孜以求的目标.同时也符合国家大环 境的更求。二、无过载潜水泵设计的理论依据所谓全扬程泵是指泵在全扬程范围内运行都不会2GM 用uwv.hjx.iwi 2009年弟4期GM城建/水工业通用机械城建/水工业通用机械GM *.*G.V in Cit Construction & Water Industry rGM城建/水工业通用机械GM城建/水工业通用机械旳一一叶轮出口恻周速度)D厂i叶轮出口直径；叶轮岀口宽度；九一淆移系数；02出口叶片排挤系数；02叶轮出口叶片安放角；nm泵的机械效率；泵的容枳效率。以上Qz公式就是全扬程水泵设计的理论依据(数学模型)。事实上，无过载特性的获得是许多水 力总数的优化组合的结果。三、WQ型全扬程双流道潜水排污泵设 计流程双涛道排污泵由于流道对称，平衡性好，运行平 稳，通过能力和抗缠绕能力较强，效率高且高效区宽等 优点，因而广泛应用于造纸、制糖、化工等输送料浆和 建筑工地排污、污水处理及市政环保等领域。从2001年 起陆续设计开发了 1.57.5kW共6个功率系列20多个规 格的WQ型双流道潜水排污泵，都臭有全扬程特性。现 将笔者的设计流程和体会总结出来，希望对设计人员有 所帮助。1 叶轮水力设计(1) 几何尺J计算1) 叶轮进口直径QD产K、Qin) 10乩=4.05.02) 叶轮出口直径0D2=KD2 (Qin) 1/5 K (9.5-10.0)(砒 100) “ 实际设计中取K0=98 (n/100) w3) 叶轮出口宽度6当叶轮流道出口大致为圆形时，取b2= (0.65- 0.75) D1当叶轮流道出口不为圆形时，取较小值， 取砖(0.45 - 0.60)久 但出口面枳之和应大致等于叶 轮进口面积之和。(2) 叶轮轴面图绘制按泰考文献2绘制。(3) 叶轮叶片型线绘制叶轮叶片型线设计有的 为几段圆弧，有的为变角螺线，有的为等角螺线。圆弧 设计和制造简单，但水力性能较差，效率偏低变角螺 线模型复杂，制進较困难，而且笔者试验中发现其与 等角螺线相比并无明显性能优势，等角螺线具有模型简 单，制造韬确，丸水力性能好，效率高(见后面试验检 测结果)。(4) 叶轮叶片包角和出口角的确定 无过载泵 的叶片包角一般取=135 200.,出口角一般取 0产12 -18 0 本文取 0=180 , 0 2=】2。2压水室(蜗売)水力设计1) 用水室流道宽度艮B3= b2+ a)+ 72+ (5-20)式中6叶轮前盖板厚度；叶轮后盖板厚度I2) 压水室流道基圆直刼3；D3= (1.15-1.25) D23) 压水室隔舌安放角a。a o=2O* 404) 压水室第vin断面面积的确定。设计的都是螺旋 形压水室，断面为矩形。压水宅第VID断面面积的确定一 般有模型相似法、速度系数法和面积比法三种。按文献 2、4介绍的速度系数法设计出來的第vni断面面积太 小，样机达不到姜求。用文献11、5介绍的一般消水 泵的无过载设计方法加以适当修正用于WQ型双流道全 扬程潜污泵的设计，取得了较好效果。Y=FF式中 Y面积比；E-叶轮出II面积，呂一压水室民喉部面积。=心2 0如2,去t双流道泵02=0.740.8对于-般清水泵，建议取r=1.02.0,笔者在设计 WQ型双流道全扬程潜污泵时取厶1.5 1.8。根据面积比计算出的压水室喉部面积斤即为第皿断 面面积，然后按照一般离心泵的压水室设计方法可设计 出压水室。四、双流道叶轮等角螺线叶片型线设计在设计实践中发现，叶轮叶片工作型线(图2)对泵 的性能影响较大，特别是对于泵的功率曲线的平坦度和 流量一扬程曲线葩驼峰度影响较大。在几年来的泵无过载设计实践中，对叶轮叶片工 作型线进行了探索试验，总的來说等角螺线叶片型线效 果最理想：效率高且稳定性好，大部分设计都是一次成 功。GM城建/水工业通用机械GM城建/水工业通用机械GM.用 QQ2009年第4 期 www.iyjx.nei 00GM城建/水工业通用机械Gl in ( in Construction A ahr IndustryeGM城建/水工业通用机械GM城建/水工业通用机械1.等角螺线介绍所谓等角螺线是指自极点出发，其运动方向始终 与向径保持定角G的动点轨迹（如图3）。P=e式中 aIan：0极角。2等角螺线叶片型线把等角螺线用到叶轮叶片型线设计上，型线的极 坐标方程即为：dm停沁列式中rt叶轮进口半径：02叶轮出口叶片安放角；o极角（当时，即为叶片包角e）。根据本文第三部分的设计流程确定的r,、2、K 02等舉数后，即可以确定叶轮叶片型线的极坐标方程。五、双流道叶轮等角螺线叶片型线设计 实际效果现将按此方法设计并已投放市场多年应用的几个 规格的WQ型全扬程双流道潜水排污泵的实际检测结果 及与相关标准要求对比情况如下表（本厂水泵微机试验 台为江苏大学设计的B级精度开式台）。可见，这些泵都具有无过载特性，可以在全扬程 范围内运行，且效率都达到或超过标准指标，有些还高 出许多个百分点，证明此设计方法是可行的。GM城建/水工业通用机械GM城建/水工业通用机械几种型号排污泵实测结果对比表型号规格额定点机组效卓（%）关死点全开点 （故大流最点）JBAT5118-2001 &污 水污物潜水电泵 要求CJrT3O381995 潜水排污泵要 求实测（%）扬程/m输入功率/kW扬程/m输入功率/kW50WQ15-10-1.532.335.438.76140.846.71.3850WQI0-15-1.530.331.933.215.90.947.31.4865WO31033&640.740.620.61.3211.92.065WQ2515336.839.953.722.41.568.22.528OWQ5O 10-3(4)41.343.748.020.017342.4两标准耍求配套电动机为括号内的4kWGM城建/水工业通用机械GM城建/水工业通用机械参考文献【1袁寿其低比转速离心泵理论与设计N.北京：机械 工业出版社，1997.2关醒凡现代泵技术手册M.北京：宇航出版社， 1995.金树德，陈次昌现代水泵设计方法M.北京：兵器 工业出版社,1993.【4）陈兴，张凤媛闭式双流道泵设计实践几水泵技 术，2003（3）.5J关醒凡，等全扬程泵理论与设计实践卩】水泵技 术,1995（5）.【6|袁寿其无过载排污泵研究现状与展望【几水泵技 术，2002（3）. GM（收稿日期:2009/01/18）GM城建/水工业通用机械GM城建/水工业通用机械GM 用vnnv.ujx.iK l 2009年釈期