有朋友希望我談一談離心泵葉輪的優(yōu)化設(shè)計。為此,，首先必須要弄清楚優(yōu)化的目的：改善吸入性能,？提高泵的效率？調(diào)整Q-H曲線的上升幅度……其次再根據(jù)具體需要進行優(yōu)化,。

影響離心泵性能的主要水力零件是葉輪,，另外，還包括與其配合的蝸殼/導(dǎo)葉等過流零件,。其實，對于離心泵葉輪的優(yōu)化設(shè)計,，作者在微信公眾號《泵沙龍》里不少文章中都有部分涉及,，如：《全面理解汽蝕及其對離心泵的影響》、《全面理解離心泵吸入比轉(zhuǎn)速》,、《葉輪幾何參數(shù)對離心泵性能的影響》等等,。

流體機械屬于一門半理論、半經(jīng)驗的學(xué)科,，還存在很多無法準(zhǔn)確設(shè)計/模擬/預(yù)測的地方,，例如不同結(jié)構(gòu)、不同溫度,、不同泵送介質(zhì)下無法準(zhǔn)確地模擬出流體真實的流態(tài)及其對泵性能的影響,。因此，本文只能從定性的角度,、結(jié)合經(jīng)驗及同行們的研究成果來簡要談一談如何優(yōu)化離心泵的葉輪來改善泵的吸入性能和水力性能,。僅供參考,。

經(jīng)常會看到來自各種專家的期刊文章，介紹汽蝕所造成損傷的類型,、原因和解決方案,。然而，對于普通工程師和現(xiàn)場操作人員來說,，汽蝕現(xiàn)象的診斷及避免/消除并不簡單,，往往很難糾正。

葉輪葉片有兩種彎曲型式：前彎曲和后彎曲,。由于后彎葉片葉輪在動力,、賦予流體高旋轉(zhuǎn)力及防止脫流方面更有效，因此離心泵通常均采用后彎曲葉片葉輪,。

對于泵本體來說,，泵的汽蝕行為和吸入性能在很大程度上受葉輪入口（eye處）的幾何形狀及面積的影響。葉輪入口處的許多幾何因素都會影響汽蝕,，例如入口和輪轂直徑,、葉片進口角和上游液流的入射角、葉片數(shù)量和厚度,、葉片流道喉部面積,、表面粗糙度、葉片前緣輪廓等,。另外,，還與葉輪葉片外徑和導(dǎo)葉（對于導(dǎo)葉式泵）或蝸舌（對于蝸殼式泵）之間的間隙大小相關(guān)。

多年來,，許多作者研究并報告了上述一些因素對泵汽蝕的影響,。在 Schiavello 和 Visser（2008年） 文獻中可以找到涵蓋汽蝕所有方面的優(yōu)秀教程。Palgrave 和 Cooper,，1986 年,，對汽蝕進行了視覺研究，并提出了基于入口角和入口直徑估計 NPSHi 的一般表達式,。Schiavello等人,，1989年，對汽蝕試驗臺進行了視覺研究,，并比較了具有不同葉尖與輪轂無沖擊的葉輪設(shè)計對其吸入性能的影響,。Hergt等人，1996年,，記錄了不同葉輪直徑,、葉片入口角度和葉片數(shù)量的葉輪的吸入性能。

1）葉輪入口直徑/入口面積

為了改善離心泵的吸入性能,，設(shè)計人員普遍通過加大葉輪入口直徑的方法來實現(xiàn),。今天,，這種設(shè)計方法在離心泵的工程設(shè)計中還在一直使用。

在軸徑相同,、葉輪口環(huán)處的直徑間隙相同的情況下,，吸入性能越好（葉輪入口面積越大，吸入比轉(zhuǎn)速值越高）,，則葉輪口環(huán)處的間隙面積越大,，這意味著泄漏量越大，而泵的效率就越低,。

不過,，對于通過加大葉輪入口直徑來改善吸入性能的方法，必須特別注意：不能導(dǎo)致吸入比轉(zhuǎn)速值嚴(yán)重超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（如UOP 5-11-7）規(guī)定的值,，否則將導(dǎo)致泵的穩(wěn)定運行區(qū)間變得很窄,。

2）葉片前緣形狀

Ravi Balasubramanian等對不同的葉輪葉片前緣形狀進行了研究，結(jié)果表明,，只要滿足前緣葉片厚度的機械和制造約束,，采用拋物線輪廓可以提高葉輪的吸入性能。橢圓輪廓的吸入性能次之,，該形狀是前緣的默認(rèn)輪廓選擇,，因為此輪廓可以輕松滿足葉片前緣厚度的機械和制造限制^[1]。

3）葉輪蓋板進口部分的曲率半徑

由于葉輪進口部分的液流在轉(zhuǎn)彎處受到離心力作用的影響,，靠前蓋板處壓力低,、流速高，造成葉輪進口速度分布不均勻,。適當(dāng)增加蓋板進口部分的曲率半徑,，有利于減小前蓋板處（葉片進口稍前）的絕對速度和改善速度分布的均勻性，減小泵進口部分的壓力降,，從而降低NPSHR,，提高泵的抗汽蝕性能。

4）葉片進口邊位置和進口部分形狀

葉片進口邊輪轂側(cè)向吸入口方向延伸,，即采用后掠式的葉片進口邊（進口邊不在同一軸面，外緣向后錯開一定的角度）,，可使輪轂側(cè)液體流能夠提前接受葉片的作用,、并增加壓力。

葉片進口邊前伸并傾斜,，使得各點的圓周速度不同,，一般軸面速度沿進口邊近似均勻分布，則進口邊各點的相對液流角不同,。為了符合這種流動情況,，減小沖擊損失,，葉片進口應(yīng)做成空間扭曲形狀，這就是目前很多低比轉(zhuǎn)速葉輪葉片進口部分也做成扭曲葉片的原因^[2],。

5）葉片進口沖角

設(shè)計工況采用稍大的正沖角,，以增加葉片的進口角，減少葉片進口處的彎曲,，減少葉片的排擠,，增加葉片進口過流面積，從而改善吸入性能,。同時,，還會改善大流量下的運行環(huán)境，以減少流量損失,。但是,，沖角不能太大，否則會影響效率^[3],。

6）葉片入口厚度及光潔度

適當(dāng)減小葉片入口的厚度,，并對葉片入口進行修圓，使其接近流線型,。減小葉片厚度不僅會擴大葉輪吸入流道的面積,、降低流速、增加壓力（葉片進口形狀對壓降影響十分敏感）,，而且使葉輪和葉片入口部分的表面光潔度得到改善,、減少阻力損失。這些措施均有利于改善泵的吸入性能,。

7）平衡孔

葉輪上的平衡孔,，其中的泄漏對進入葉輪的主流起到一定的破壞作用（平衡孔面積應(yīng)不小于密封間隙面積的5倍，以減小泄露流速,，從而減小對主流的影響）,。研究表明，在葉輪上開平衡孔時,，將使葉輪后側(cè)的渦流強度降低,，其中一些渦流甚至消失，泵的吸入性能得到改善^[4],。

8）葉輪出口直徑

葉輪直徑的小幅度減小只會略微增加NPSHR,。但當(dāng)直徑減小5% 至10%時， NPSHR將明顯增加,，這是因為葉片長度減小會增加特定的葉片載荷,，從而影響葉輪入口處的速度分布。

注意事項：

1）盡量避免采用加大葉輪入口面積的方法來改善吸入性能 - 避免吸入比轉(zhuǎn)速嚴(yán)重超標(biāo)【如,，對于BB2型泵,，通?？刂圃?4400（m³/h, m）以內(nèi)】^[5]，否則極易引起入口回流,，導(dǎo)致泵不穩(wěn)定運行區(qū)域擴大,。

2）應(yīng)避免出現(xiàn)葉片流道綜合癥汽蝕。這種汽蝕破壞是由于導(dǎo)葉（對于導(dǎo)葉式泵）或蝸舌（對于蝸殼式泵）與葉輪葉片外徑之間的間隙太小所引起的,。當(dāng)液體流經(jīng)該小通道時,，液體的流速增加引起液體壓力的下降、局部汽化,，產(chǎn)生汽泡,，然后在較高的壓力下破裂，導(dǎo)致汽蝕,。