常规转速切线泵设计方法

何希杰,岳国朋

(石家庄杂质泵研究所,河北 石家庄 050035)

1 概述

高速部分流泵 HSPEP(High Speed Partial Emission Pump),也叫切线增压泵(Tangent Pump),是一种小流量、高扬程、低比转速离心泵。当泵转速超过3600 r/min时,称为高速泵,低于此转速时称为常规转速部分流泵CSPEP(Conventional Speed Partial Emission Pump)。高速部分流泵具有转速高、单级扬程高、使用寿命长、扬程曲线平坦、结构简单、零部件三化程度高等优点,因此在航空航天、石油化工、化肥、制药及消防等领域得到了广泛的应用。这种泵可以部分代替传统离心泵、往复泵和旋流泵等,具有较广阔的发展前景。

2 现有设计方法

水力设计,就是根据给定的性能计算和确定常规切线泵叶轮和泵体的主要几何参数。切线泵性能主要由转速n、叶轮出口直径D2和喉部直径d0来决定。文中详细地研究了包括叶轮直径D2和喉部直径d0在内的切线泵设计方法。切线泵泵体及叶轮结构如图1所示。

图1 切线泵及叶轮结构

2.1 叶轮直径

切线泵扬程 H的计算公式为[1],[2]

式中,u2为叶轮圆周速度,m/s;J为扬程系数。

由式(1)可以得叶轮出口直径D2的计算式[3]

孔繁余在文[4]中给出了J=0.67时的简化公式

2.2 喉部直径

泵体喉部直径d0的计算式为[5]

式中,h为流量系数,v0为喉部平均流速,m/s。

文[4]中给出喉部直径简化计算式

切线泵设计的关键是选取扬程系数J和流量系数h,不同作者给出了不同的J和h范围值,见表1。

从表1中可以看出,扬程系数和流量系数变化范围较大,选取时没有一定规律,给设计人员初始设计时带来诸多不便。

表1 J和h值范围

3 新计算公式

3.1 数学模型

在数理统计和回归分析中常用数学模型为[14]

式中,r为相关系数,0＜|r|＜1。其计算值大于自由度v=n-2和置信度p=1%或者p=5%时的临界相关系数rcr值[15],回归方程才有意义,否则就无意义。

对于指数回归方程

可令 Y= lny,a= lnA,X= lnx,则有

式(9)即可按照式(7)计算。

3.2 新公式提出

表2 常规转速切线泵参数

检查式(10)和式(11)是否有意义。当自由度v=n-2=14和置信度p=5%时,查出临界相关系数[15],rcr=0.497311,|r|＞rcr,所以上述两式成立。因此,计算叶轮直径D2和喉部直径d0的公式为

根据文[4]中的数据,采用上述方法可得到常规转速切线泵其它参数的计算式。叶轮出口宽度b2的计算式为

4 举例计算

现将文献 [4]中常规转速切线泵参数及叶轮直径计算结果列于表3中。

表3 切线泵参数与计算值

从表3可以看出,文中提出的叶轮直径D2的计算式平均相对误差W为1.77%,完全可以满足计算精度的要求。

5 结束语

文中采用数理统计和回归分析方法,对常规转速切线泵数据进行研究,并通过大量计算,提出了切线泵几何参数的设计方法。列举4台常规转速切线泵叶轮直径设计实例,采用本文中公式计算的叶轮直径与实际值的平均相对误差为1.77%,表明文中提出的设计方法是与设计习惯完全一致的,避免了选取扬程系数和流量系数时的随意性和不确定性。本方法可以在设计新切线泵和改进现有产品中应用。

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