根據(jù)傳統(tǒng)的觀點(diǎn),比轉(zhuǎn)速低于30就不宜設(shè)計離心泵,主要原因是在小流量工況下葉輪流道內(nèi)容易產(chǎn)生回流和脫流,特別是對高速離心泵更容易發(fā)生這種情況,從而導(dǎo)致小流量工況下的工作不穩(wěn)定現(xiàn)象以及效率偏低。如何設(shè)計低比轉(zhuǎn)速高速誘導(dǎo)輪離心泵使之具有較高的效率、揚(yáng)程系數(shù)和汽蝕性能及穩(wěn)定的揚(yáng)程流量特性線便是泵設(shè)計研究者的首要任務(wù)之一。

根據(jù)對高速離心泵的設(shè)計和實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)采用長、中、短葉片相間的復(fù)合葉輪是設(shè)計高性能高速離心泵的最有效途徑之一[1]~[3]。復(fù)合葉輪具有有效阻止渦流及脫流的產(chǎn)生和發(fā)展,能夠改善葉輪流道里的擴(kuò)散程度,并能夠提高揚(yáng)程系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。由于設(shè)計了復(fù)合葉輪,就突破了傳統(tǒng)的離心泵比轉(zhuǎn)速為30的下限,并可延拓到16以下,這就大大拓寬了離心泵的應(yīng)用范圍。

最早提出復(fù)合葉輪結(jié)構(gòu)的學(xué)者是前蘇聯(lián)的П.Р.ХЛОПЕНКОВ,他認(rèn)為復(fù)合葉輪實(shí)質(zhì)上是一種兩級葉輪,在第一級葉輪的流道內(nèi),主要以壓力的形式增加液流的單位能量,液流與葉片相互作用的過程隨著液流從第一級葉片前彎過渡到第二級短葉片間的流道內(nèi)而急劇增加,液流的單位能量以動能的形式迅速增加[4]。文獻(xiàn)5表明了轉(zhuǎn)速為50000r/min的日本le-5液體火箭發(fā)動機(jī)液氫渦輪泵也采用了這種結(jié)構(gòu)的葉輪,但沒有給出詳細(xì)的設(shè)計過程和方法。

文獻(xiàn)6~8通過對低比轉(zhuǎn)速離心泵進(jìn)行設(shè)計和研究得出,采用復(fù)合葉輪設(shè)計能使離心泵取得較為理想的性能指標(biāo),但研究工況是針對轉(zhuǎn)速為2900r/min不帶前置誘導(dǎo)輪的離心泵進(jìn)行的,因此帶有一定的局限性和片面性。由于傳統(tǒng)的離心泵速度系數(shù)設(shè)計方法的各項系數(shù)都是在比轉(zhuǎn)速大于30和轉(zhuǎn)速低于3000r/min的工況下取得的[9]~[12],因此設(shè)計低比轉(zhuǎn)速和超低比轉(zhuǎn)速(ns<30)高速復(fù)合葉輪離心泵時就不能全部照搬現(xiàn)有的速度系數(shù)。本章主要闡述高效復(fù)合葉輪的設(shè)計原理并對低比轉(zhuǎn)速高速復(fù)合葉輪離心泵的設(shè)計方法進(jìn)行分析。