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不锈钢冲压焊接离心泵水力设计

2．1冲压焊接离心泵水力设计方法

不锈钢冲压焊接离心泵是20世纪70年代开始研制的新产品，国内自20世纪80

年代中期开始进行此方面的研究。此类泵一般为低比转速离心泵，较初的水力设计

通常是按照现有的低比转速离心泵设计方法来进行，尤其是加大流量设计和无过载

设计应用更多。但是，冲压焊接离心泵有其自身的特点13^5，6】：①叶片为不锈钢板，厚

度比铸造泵叶片薄70％以上，叶片的排挤系数很小；0叶片表面十分光滑，介质的

边界层小得多，使得过流通道相对增大。所以采用低比转速离心泵的设计方法来设

计冲压焊接离心泵时，泵在实际运行中偏工况现象十分严重。

在分析了国内外理论研究和工程实践的基础上，国内的一些*和学者认为产

生偏工况运行的主要原因是：目前应用的设计方法没有考虑流体的粘性效应。为了

解决冲压焊接离心泵的这些问题，国内的*和学者提出把“理想流体”作为参照

量，把粘性边界层作为动边界条件的粘性流水力设计方法13，4'5,61。此方法针对冲压焊

接离心泵内粘性流的不同特点，分别建立泵吸入口、叶轮和压水室三组不同的粘性

流方程组，分别求解粘性流过流通道及速度场的畸变值，按畸变值设计泵的叶型和

流道，以此应用于低比转速冲压焊接离心泵的设计，解决低比转速冲压焊接离心泵

存在的“偏工况”运行问题，提高泵的运行效率，改善泵的汽蚀性能。

2．2采用扭曲叶片的冲压焊接叶轮的设计

冲压焊接离心泵多为低比转速离心泵，叶片通常采用圆柱形，从所能查阅到的

资料来看，采用粘性设计方法设计的叶轮叶片也都采用了双圆弧直叶片。对于一些

采用空间扭曲叶片的低比转速冲压焊接离心泵的设计，未见有相关研究，所以并无

现成的设计方法可遵循。而且，不锈钢冲压焊接离心泵叶轮是分为几个部分进行冲

压，然后进行组合焊接，这一点与传统的铸造方法有很大差别，所以在进行不锈钢

冲压焊接泵的设计时要充分考虑到结构特点，在保证水力性能指标要求的前提下，

尽可能地使结构设计满足冲压焊接工艺地要求。

本研究在国内研制冲压焊接离心泵经验的基础上，根据现有的离心泵设计方法，

并结合冲压焊接离心泵自身特点及成形工艺来进行采用空间扭曲叶片叶轮的设计，

然后对叶轮内部流场进行数值模拟，并将模拟结果与试验结果进行比较，来检验设

计方法及叶轮结构合理与否。

(6)叶片形状和进口边位置

传统的低比转速叶轮，为有利于铸造工艺的进行，通常将叶片设计成直叶片，

而很少采用扭曲叶片。为减小叶轮进口处的冲击损失及提高泵的抗汽蚀性能，本研

究将叶片设计为进口处部分扭曲的扭曲叶片。扭曲的叶片刚好紧贴于前盖板进口根

部的圆上，与之形成良好的吻合，以减少叶轮进口处的水利损失，并提高泵的抗汽

蚀性能。不锈钢冲压焊接叶轮的叶片很薄，与通常的低比转速离心泵相比，叶片前

伸对进口段的排挤影响不大。而且薄叶片前伸不但可以增加扬程曲线的稳定性，泵

的效率也能略有提高
1．叶轮前盖板

目前，国内绝大多数冲压焊接叶轮前盖板都做成平面，而很少采用锥面。这是

因为其叶片几乎都为直叶片，冲裁后的平面叶片经弯曲后与锥面前盖板的吻合情况

不够理想。焊接后存在一定的缝隙，使得叶轮流道间产生串流，同时对叶片与前盖

板焊接处的强度产生不良影响。采用扭曲叶片后，即可突破这种限制。将前盖板做

成带有一定锥度的形状，对叶轮前盖板与叶片组合焊接时的定位十分有利。

2．叶片形状改进

由于工艺水平的限制，目前国内冲压焊接叶轮的叶片大部分为直叶片。叶片与

前盖板、后盖板相互接触的边缘上分布有数个凸点，