根據(jù)傳統(tǒng)的觀點(diǎn),比轉(zhuǎn)速低于30就不宜設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)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(jì)研究者的首要任務(wù)之一。

根據(jù)對(duì)高速離心泵的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jí)葉輪,在第一級(jí)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(jí)葉片前彎過渡到第二級(jí)短葉片間的流道內(nèi)而急劇增加,液流的單位能量以動(dòng)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(dòng)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(jì)過程和方法。

文獻(xiàn)6~8通過對(duì)低比轉(zhuǎn)速離心泵進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究得出,采用復(fù)合葉輪設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)方法的各項(xiàng)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(jì)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(shí)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(jì)原理并對(duì)低比轉(zhuǎn)速高速復(fù)合葉輪離心泵的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析。