离心泵诱导轮的设计研究

1 前言

    随着航空、航天、机械等工业的发展，离心泵向高速、高压和高效的方向发展，这必然会产生离心泵的汽蚀问题。泵发生汽蚀时会引起噪音振动增大，性能下降，寿命缩短。诱导轮具有较高的抗汽蚀性能，被广泛应用在一些汽蚀性能要求较高的水泵中。目前诱导轮的设计多应用传统设计方法，传统的设计方法限制了模型生成和修改的速度，延长了设计周期。是专业从事三维机械设计、工程分析和产品数据管理的软件，它提供了强大的三维建模工具，极大地提高了设计工程师的设计效率，能够更快的将高质量的产品投放市场，在航空、航天、机械等领域拥有广泛的用户。

2 诱导轮的工作原理

    2.1 诱导轮抗汽蚀性能好

    诱导轮是轴流式叶轮，不存在使汽泡和液体分离的离心力作用，外缘汽泡流到高压区域时，受压凝结。另外，轮毂处的液体流向外缘，同样会使汽泡凝结，从而提高抗汽蚀性能。

    2.2 诱导轮可减小泵的汽蚀余量

    一般诱导轮后不加导叶，则诱导轮出口的旋转速度以V_uR=C的规律变化到主叶轮进口前，使主叶轮进口处有一个较大的旋转分量。加诱导轮后w_o减小，泵汽蚀余量NPSHr=λ₁v0²/2g+λw0²/2g减小，抗汽蚀性能提高。

3 诱导轮三维设计

    3.1 设计步骤

    (1)确定诱导轮形状。常用的诱导轮轴向截面形状如图1所示。图a）是以前多采用的圆柱形诱导轮，尽管加工简单，但性能不够；图b）是外圆锥诱导轮，这种形式能增加进口的过流面积，以提高诱导轮本身的抗汽蚀性能。另一方面，为了使主叶轮有较高的效率，其进口直径（等于诱导轮出口直径）又不能过大。故将轮缘作成锥形就可以满足这两方面的要求；图c)是内外锥形诱导轮，这种形状把轮毂作成一定的锥度以减小轮缘的锥度。

图1 诱导轮轴向截面形状

    (2)确定叶片数。叶轮和诱导轮合装后所产生的扬程并不等于叶轮和诱导轮单独所产生扬程的总和。如果配合恰当，叶轮和诱导轮合装后的扬程会等于或大于叶轮产生的扬程，如果配合不恰当，则有可能小于叶轮所产生的扬程。为了防止产生交替叶片汽蚀，希望叶片数为奇数。如果叶栅稠密度、展弦比和轴向长度等设计参数允许时，优先选用三叶片诱导轮。诱导轮叶片数和主叶轮叶片数互成倍数，能增加流动的对称性。