基于Excel的离心泵设计方法

杨 光 蔡志刚

（郑州电力机械厂，河南 郑州 450004）

基于Excel的离心泵设计方法

杨 光 蔡志刚

（郑州电力机械厂，河南 郑州 450004）

本文通过一个示例，介绍在模型泵的试验数据基础上，遵循泵的基本设计原理，通过电子表格“Excel”的函数计算与图表等功能，计算出拟设计的泵的叶轮尺寸、转速、级数、效率等数据，绘制出设计的泵产品的预计性能曲线。该方法可大幅度提高采用模型换算方法进行水泵设计计算的精度、数据的完整性，同时可以有效缩短产品设计计算周期。该方法可以作为改变泵的叶轮尺寸、转速、级数时，预测泵的性能变化使用。

离心泵；相似定律；性能曲线；Excel

1 水泵设计基础

1.1离心泵相似定律：

式中：Qm、Q—模型泵、设计泵的流量；nm、n—模型泵、设计泵的转速；Pm、P—模型泵、设计泵的轴功率；ρm、ρ—模型泵、设计泵输送介质的密度。

1.2相似定律的应用：

在不改变叶轮的几何形状时，泵的流量与转速成正比，泵的扬程与转速的平方成正比，泵的轴功率与转速的三次方成正比。根据这一关系，可得到改变泵转速时的参数值。泵的特性曲线上的某一点，在改变泵的转速时将沿相似/等效抛物线移动。

式中：K是抛物线方程系数。

1.3离心泵切割定律：

式中：a、b经实践证明分别近似等于1和2。

1.4切割定律的应用：

在不改变泵的转速时，叶轮的直径改变时，泵的流量与叶轮直径成正比，泵的扬程与叶轮直径的平方成正比，泵的轴功率与转速的三次方成正比。根据这一关系，可得到改变泵转速时的参数值。泵的特性曲线上的某一点，在改变泵的叶轮直径时将沿切割抛物线移动。

1.5 遵循基本定律的泵设计方法

遵循上述基本定律，在已知一个模型特性曲线的前提下，可以通过改变泵的转速、叶轮的尺寸、叶轮的级数等方法，将模型泵的最佳工况点（高效运行点）变化至所需求的泵工况点（新泵设计点），从而设计出满足参数需求的新的泵产品［1］。

2　基于Excel的离心泵设计方法

2.1数学和图表工具

特性曲线的变换计算繁琐复杂，在缺少专业水泵设计软件的情况下，如果手工完成工作量大、易出错、不直观，如需绘制新的特性曲线就更加费时费力。Excel电子表格拥有完备的计算、函数、求解、图表功能，如果灵活运用，完全可以达到事半功倍的效果。

2.2设计方法

根据设计泵的设计参数，计算设计泵比转速Ns，并在模型库里找取和设计泵比转速接近的模型泵，参数见表1。

表1　泵参数

计算设计泵、模型泵的比转速：

模型泵确定后，将模型泵转速为2985rpm时的特性曲线数据输入“Excel”表格，见表2。

表2　模型泵试验数据

根据相似定律，将模型泵的特性数据从2985rpm换算至1485rpm，为便于计算引用，在Excel中，将模型泵转速数据所在单元格命名为“n0”，设计泵转速数据所在单元格命名为“nn”.利用Excel数学计算功能，把设计泵的流量、扬程、功率、效率计算出来，计算表达式如下：

上述计算式等号右侧的参数在Excel数据表中可以直接引用，计算结果为转速。

图1　控制设计泵转速的控件

表3　换算出模型泵在1485rpm的特性数据

换算到1485rpm时的相关数据，见表3。

在转速换算过程中，可以利用Excel“开发工具”“插入”下的控件添加表单控件，控制设计泵转速所在单元格数值在需求范围内按需要步长任意调节，见图1。

根据设计泵设计点的流量、扬程及公式“K=H/Q2”，计算出系数“K”；再根据公式“H=KQ2”，求得对应转速直径下的抛物线上的扬程值，见图2。

图2　计算出相似抛物线数据

至此，模型泵特性数据表1、随转速直径变换的设计泵特性数据表2、相似抛物线数据图2均已得出，并整理到一起，以备绘图使用。

在整理好的特性数据表中选择所需数据，利用Excel图表功能，插入所需布局的X-Y散点图，填写坐标、标题，设定合适的主、次坐标轴和坐标值。将数据换算至所需转速和叶轮级数，通过控件精确调整直径或转速，直至曲线通过设计点，见图3、图4。

图3　图表生成的模型泵与设计泵性能曲线图

图4　使设计泵曲线通过设计点

此时，程序所显示的叶轮级数、直径、转速即是拟设计的泵参数，将曲线图放至标准图框，输出设计计算结果，见图5。

XXX设计曲线图：

选用模型号M001，模型泵叶轮级数=8，模型泵转速= 2985rpm。设计泵转速=1485，设计泵流量=200m3/h，设计泵扬程=330m。

设计泵叶轮级数=7，设计泵叶轮直径=模型泵直径× 0.97。根据设计结果，确定离心泵的整体设计方案，进而开展产品的后续设计。

图5　设计泵的方案及性能曲线

3　结论

目前离心泵的水力设计方法一般有模型换算法和速度系数法，上面介绍的方法就是模型换算法，又称相似设计法，该方法可大幅度提高离心泵设计的精度、数据的完整性，同时可以有效缩短产品设计周期。该方法可作为改变泵的叶轮尺寸、转速、级数时，预测泵的性能变化使用。

［1］关醒凡.现代泵技术手册［M］.中国：宇航出版社，1995.

Designing Method of Centrifugal Pump based on Excle

Yang Guang Cai Zhigang
（Zhengzhou Electric Power Machinery Factory，Zhengzhou Henan 450004）

This paper，through an example，on the basis of the experimental data of a pump model，following the basic design principle of pump，through the spreadsheet excel function calculation and chart function，calculated the impeller size，speed，order，efficiency and other data of the designed pump，draw out the expected performance curve of designed pump.The method can greatly improve the accuracy of pump design and calculation by model conversion method，data integrity，and can effectively shorten the product design cycle.The method can be used to predict the change of pump performance when the impeller size，rotation speed and series of the pump are changed.

centrifugal pump；similar law；performance curve；Excel

TH311

A文献标识码：1003-5168（2015）12-0048-4

2015-12-5

杨光（1976.10-），女，硕士，高级工程师，研究方向：泵类产品的开发与研究；蔡志刚（1965.12-），硕士，高级工程师，研究方向：泵类技术研发。