维普资讯 http://www.cqvip.com 已开发的系列轴流泵水力模型研究介绍 关醒凡 袁建平 施卫东 杨敬江 （江苏大学流体机械工程技术研究中心；２１２０１３） 摘要：本文介绍现已开发的系列轴流泵水力模型（比转数ｎ。＝５００、７００、１０００、１２００、１３５０）的主要几何 参数、性能及曲线、模型设计概况等问题和推广应用情况。 关键词：轴流泵水力模型研制过程 １０００、１２５０、１４００等五种模型，统一要求模型 １ 前言 直径为３００ ｍｍ，流量为０．３５ ｍ ／ｓ，效率为 ８Ｏ％ ８２％，汽蚀比转数为９００—１０００。１９８１ 轴流泵属低扬程泵，在水利、市政、电厂 和船坞等部门有着广泛应用。目前，在我国水 利工程中已拥有大型泵站３００多座，已启动 的南水北调东线工程将新建大型泵站７５座， 这些泵站几乎全部使用轴流泵。轴流泵由于扬 程低，而且重新设计往往预计性能与实测偏 差较大，一般均采用相似换算，因而优秀的 水力模型是决定泵性能的关键…。１９８０年以 前，国内基本没有开展轴流泵模型研究，当 时应用的ｎ ＝７００模型，一种来自美国，一种 来自前苏联；而ｎ。＝５００的模型也来自前苏 联。１９６８年全国研制的轴流泵模型集中在上 海水泵厂进行试验，试验结果为：ｎ ＝７００模 型，Ｑ＝０．２６—０．２８ ｍ ／ｓ，－ｑ＝７７％一７９％； 年全国研究的轴流泵模型集中到中国农机化 研究院进行对比试验，试验结果（按ｎ 择优） 见表１。 从表１可见，国内轴流泵模型技术指标比 前有了明显提高，并为国内制造轴流泵的工厂 广泛采用。１９８２年以后，中国水科院、江苏大 学［２３［３）、扬州大学、上海７０８所、华中科技大学 等都进行了有关轴流泵模型的研究。 ２ 研究成果 本课题组在研究成功７９１模型以后，结合 水利部南水北调办公室和江苏省水利厅的课 题，连续开展了系列轴流泵水力模型的研究， 几种模型转轮如图１所示。系列轴流泵模型最 ｎ。＝５００模型，ｐ＝０．２６ ｍ ／Ｓ，－ｑ＝８２％。显 然，这两种模型的性能指标很落后。１９６９年原 农业机械部在汉阳召开会议，研究轴流泵模 型的研究问题，规定研究ｎ。＝５００、７００、 优性能参数列于表２，综合性能曲线如图２所 示。 在表１及图２的轴流泵模型当中， ＂（％） Ｃ ｎ‘ 研制单位 表１ １９８１年（北京）中国农机院集中试验结果（ｔｌ，＝１４５０ ｒ／ｍｉｎ） 名义比转数 转轮型号 Ｑ（ｍ ／ｓ） （ｍ） ７００ ｌ０００ ｌ２５０ ｌ６００ ＺＢＭ８ｌｌ一７００ ＺＢＭ７９ｌ—ｌｏｏ０ ＺＢＭ７９ｌ一１２５０ ｌ４ＺＭ一１６０（２） ０．３５０ ０．３５０ ０，３６２ ０．３６０ ６．５３ ４．４３ ３，４６ ２．５Ｏ ８１．３ ８４．５ ８１．５ ８１．５ ｌｏｏ７ ｌ１７０ ｌ３３５ ｌｏｏＯ ７６７ ｌ０２０ ｌ２５６ ｌ５９７ 江苏大学（甘肃工大） 江苏大学（甘肃工大） 河海大学，高邮水泵厂 华中科技大学 一２Ｏ一 水泵技术２００２．４ 维普资讯 http://www.cqvip.com 一 图１ 模型转轮图片 ＺＢＭ９８１—５００模型曾在无锡水泵厂试验台上 型装置试验。试验结果表明，表２给定的性能 指标是可靠的。这些模型已被无锡水泵厂、高 邮水泵厂、上海水泵厂、长沙水泵厂、武汉水 泵厂等泵厂广泛采用，并在引滦人津、东深供 进行了复试，ＺＢＭ９５１—７００模型曾在北京中国 农机院试验台上进行过复试，ＺＢＭ７９１—１０００ 模型参加过１９８１年北京集中对比试验， ＺＢＭ９９１—１２００模型参加过北京的模型装置试 验，ＺＢＭ９３１—１３００模型在扬州大学进行过模 水、南水北调、太湖流域综合治理望虞河泵站 等许多大中型工程上广泛应用。 表２ 系列轴流泵模型性能参数（ｎ＝１４５０ ｒ／ｒａｉｎ Ｄ：３００ ｍｍ） 名义比转数 ５００ ７０ｏ 转轮型号 ＺＢＭ９８１—５（）ｏ ＺＢＭ９５ｌ一７ｏｏ Ｑ（ｍ ／ｓ） ０．３７５ ０．３５４ （ｎ】） １Ｏ．Ｏ ６．７８ 钾（％） ８５．５ ８６．３１ Ｃ ¨２４ ｌ１１９ ｎ， ５７６ ７５０ ｌＯ０ｏ １２００ １３００ ＺＢＩ７１７９ｌ～１０００ ＺＢＭ９９１—１２００ ＺＢＭ９３ｌ一１３００ ０．３５０ ０．３４０ ０．３５６ ４．４３ ３．５ ３．２５ ８４．５ ８４．２４ ８３．１ １ｌ７０ １２２６ １２７４ １０２０ １２０６ ｌ３０４ ３ 模型设计有关问题 轴流泵从轮缘到轮毂出口的叶片角度相差 约２０。一３０。，叶片的扭曲度很大，一旦偏离设 位置时，使叶片工作面从轮缘向轮毂有一向下 倾斜的趋势，以防出现径向流动。 （３）尽量增加轮毂断面的叶栅稠密度ｌ／ｆ， 增加液流的稳定性，防止出现二次回流。 （４）合理选择各种几何参数。 各模型的主要几何参数列于表３。 计工况，效率明显下降，因而轴流泵高效范围 较狭窄，可用的扬程调节范围只有１．５ ｍ左 右。当流量约为设计流量的７０％，扬程约为设 ４ 结论 计扬程的１．３倍时，就进入不稳定区，泵有明 显的噪声和振动。因而，设计轴流泵模型除设 目前国内除高比转数的轴流泵模型较少 外，已基本满足需要，但与国外先进模型相比， 表３模型主要几何参数 模型转轮 型号 ＺＢＭ９８１—５００ ＺＢＭ９５１—７００ 计点要有高的效率外，还要考虑如何扩大高效 范围，减小不稳定区，为此做了如下处理： （１）在设计中叶片出口环量分布规律的选 择是最关键的问题。我们改变按自由旋涡理论， 即 Ｒ＝ｃｏｎｓｔ的规律的传统设计方法，而是 叶片数 Ｚ ５ ４ 轮毂比 外缘Ｉ１ 栅 轮毂断面 稠密度 厚度 ｄ ｈ／Ｄ ０．５６７ ， ｆ／ｆ （ｍｍ） １３ １３ Ｏ ９１ ０７９２ ．０，５ 计算出轮缘断面的 ，然后使 线性增加的规律设计叶片。 向轮毂按 ＺＢＭ７９１～１ｏｏＯ ＺＢＭ９９１—１２００ ＺＢＭ９３１—１３００ ３ ３ ３ ０，４６６ ０．３６ Ｏ，３６ ０，６７ ０，６ ０５ ．１６ ｌ１ １２ （２）在确定转动中心与各翼型剖面的相对 水泵技术２００２，４ —２１ — 维普资讯 http://www.cqvip.com （ｍ—Ｈ／ Ｏ Ｄ ８ ：ｆ ６ ｍ ｆ ｔ４ ｆ ２ ｍ ｛ｆ； 。ｌ｝ 【 ・ 、ｌＬ ｉ ｌｌ ＩＩ Ｉ ｌ！ ＋｛－． 、、Ｊ Ｌ‘Ｉ—Ｉ＿ 一一一－ ｛｛ ～＼ ８ 配 ｊ＞ ！ ． ６％ ，７２ 门、 ｒ ４论 Ｉ ＼， ｌ｛． ｝｝ １８２％代 工＇‘ ｊ，、 ／ ｌ Ｊ ｉ １、． 。Ｘ ｌ８４％ 、 。锄 ＼、ｔ＼ Ｉ ｛ Ｉ ｛ ｌ／ｉ ｊｆ ｔ Ｉ －‘ｏ．２． Ｏ０＋２０ ＋４０ ｝Ｉ ７ 卜 ｆ— Ｌｉ ． 广Ｔ一 ｌ｝１ ｌ 书 ｆ ｌ｛ －４一。 厂 ： ］ ｛ｉ ｌｌ ｆ ｉ Ｉ！ １Ｉ ｌ Ｉ ｉ ｌ ；；｝ ｆ ｛｝ 、 ｌ ‘｝ ｌ广ｒ Ｉ １ ．Ｉ｛； ：ｉ｛，ｌ；．Ｉ ｆ ；ｊ｝ Ｉ｝ Ｏ．１Ｏ ｛｝ Ｏ．２Ｏ Ｉ｝； Ｏ．３０ ０，４Ｏ Ｏ．５０ ０．２Ｏ ０．３Ｏ ０，４０ ０．５０ ０．６Ｇ 流量／Ｑ（ｍ３／ｓ） （１）ｎ。＝５００ ８．０ 流量，Ｑ㈣ （２），ｌ。＝７００ ８．０ Ｏ ＼ ＼＼＼ ＾邑Ｈ，＾ ＼＼ ８ ＼ Ｏ ６．Ｏ ｇ ４．０ ＼ ＾＼ Ｏ Ｏ ６ ４ Ｄ ＼ 彩 ％ Ｄ ２ ６．０ 、＼ ＼＼ ＼ ．＼ ＼ ＼＼ ■ 郧％ ．－（ 。＼＞ｆ ＼ ％ ８ ｝％ 巍 黜 量４．ｏ ＼ ８０％ ８１： ａ２％－－－８４％ ． ２，０ ＼ 、 ＼ ＼ 、 ．＼ 、 舻 ８１％￣ ～２．０ ｌ １ ．４ｏ ｌ Ｉ ‘ ＋２ｏ＋４。 －２。０ａ ＼、 ‘＼ ＼ ＼ 。＼ －４。 ０．１５ ０．２５ ０．３５ ０．４５ ０．０ ０．２０ ｌ ～ ＼０ａ＋２ ．２口 Ｏ．４０ ０．５０ Ｏ．３Ｏ ￣Ｂ．／Ｑ（ｍ３／ｓ） （３）ｎｌ＝１０００ ８．５ 【 （４）‰＝１２００ ７．Ｏ 、 Ｅ 罨５．５ ；畦ｊ ４．Ｏ ‘、 ｓｏ ＼ ０ ： ，＼ 、 ８０％ ８３％ ＼ ‘＿、； ２．５ ＼ 幺＼ １．０ ０．１０ ０．２Ｏ ０‘３Ｏ ０．４０ ０．５Ｏ 流ｆ／Ｑ（ｍ３／ｓ） （５） ：１３００ 图２ 系列轴流泵模型综合性能曲线 ２２ （下转第４４页） 水泵技术２００２．４ 维普资讯 http://www.cqvip.com 体壁时的冲刷，也带走了大量的轴承温升所产 ３ 改进后的下轴承设计 通过分析，我们认为必须从两个方面来改 进下轴承设计，第一：重新选型，选用能够承 受更大轴向力的轴承；第二：将轴承从空间狭 小、高温的电机腔内下移到温度较低的水泵油 腔内。水泵油腔面积比轴承腔面积大得多，有 利于散热；另外油腔内的变压器油对轴承的冷 却效果更好。基于这两点，我们选用了推力调 心滚子轴承，它比角接触球轴承能够承受的轴 向力更大。由于下轴承直接固定在低温的、注 满变压器油的油腔内（见图２），不但变压器油 生的热量。通过布置在轴承内的温升监控装置 显示，在额定负荷下，轴承温度不超过４５℃， 比改进前下降了３５℃。 ４ 结语 轴承温升检测结果表明，轴流型潜水泵承 受轴向力的下轴承选用推力调心滚子轴承，并 且从高温的电机腔下移到低温的水泵油室，其 承载能力提高，温升大幅降低，能有效解决大 中型轴流潜水泵轴承温升偏高、使用寿命低的 难题。 （本文编辑王振华） 对轴承有很好的冷却作用，输送介质流过导叶 （上接第ｌ９页） 型污水泵的切割计算，利用上述公式一次成功， 流量、扬程均满足要求，效率略有下降。 ２．对双流道叶片绘型按文献［１］中所述方 法不能准确绘出Ａ—Ａ截面图， 必须先求出 角，才能准确绘出。 ３．双流道叶轮切割规律与一般离心泵切 割规律相同。 ７ 结 论 和泵体设计中基本几何参数值进行了统计叶篓 按 和虿 ，参考文献 ＾用＾ １ 关醒凡编著．现代泵技术手册．北京：宇航出版社，１９９５ 年９月 （本文编辑王振华） 比转数绘出了基本参数的统计曲线这一方法是 可行的、可靠的，可以指导设计。 （上接第２２页） 诸方面仍有差距，有待研究提高。另外，在突 １ 关醒凡编著．现代泵技术手册．宇航出版社。１９９５ ２ 施卫东，关醒凡．３０。斜流泵模型装置的试验研究．中国 农村水利水电，１９９７，（３） ３ 施卫东，关醒凡．ＺＢＭ一７５０型轴流泵水力模型的研究． 农业机械学报，１９９９，（４） 破轴流泵传统设计理论，克服和改善轴流泵的 缺点，如高效范围窄、适应扬程变化小、存在 较大的不稳定区、汽蚀性能相对较差等方面有 待改进。 参考文献 （本文编辑王振华） 一４４一 水泵技术２００２．４