离心泵结构设计方面的影响

在离心泵结构设计方面，影响泵汽蚀特性的主要可以分为泵体设计和叶轮设计两个方面。结果表明，影响离心泵汽蚀性能的直接因素是叶轮入口处的局部流动均匀性，因此叶轮结构设计比泵体设计对离心泵汽蚀的影响更大，是主要影响因素。

(1)叶轮结构对离心泵汽蚀性能的影响。

离心泵叶轮结构对泵的汽蚀性能有重要影响，合理的叶轮结构可以提高泵的汽蚀性能。

1)叶片入口厚度。叶片的挤压作用增加了入口处的流体速度，导致压力损失。选择较小的叶片进口厚度可以减小叶片对液体流动的冲击，增加叶片进口处的过流面积，减少叶片的挤出，从而降低叶片进口的速度和相对速度，提高泵的抗汽蚀能力。

2)叶轮进口流道的表面粗糙度。带有离心泵的叶轮进口转轮表面粗糙度可分为两类:一类是孤立的粗糙凸起(如转轮表面突出明显的夹渣或加工与非加工之间明显的过渡边缘等。)，另一种是沿着整个表面的某一部分均匀分布的粗糙凸点。结果表明，孤立粗糙突起会在液体流动中产生额外的冲击和涡流，因此与相同高度的孤立粗糙突起相比，空化风险要小得多。因此，对粗糙转轮表面，特别是带有孤立粗糙突起的表面进行研磨是提高离心泵抗汽蚀性能的措施。

3)叶片进口的喉部面积。叶片进口的喉部面积对离心泵空化性能有很大影响。如果叶片进口的喉部面积较小，即使合理设计了叶片进口的过流面积与叶轮进口的截面积之比，仍可能达不到理想的汽蚀性能。如果叶轮进口喉部面积过小，叶轮进口处液体流动的速度会增大，导致离心泵抗汽蚀性能下降。

4)叶片数量。离心泵叶轮的叶片数对泵的扬程、效率和汽蚀性能影响很大。诚然，使用较少的叶轮叶片可以减少摩擦面，制造简单，但其对流体的导向效果变差；而使用较多的叶片可以降低叶片载荷，改良一次汽蚀特性，但过多的叶片会增加拥挤程度，减小相邻叶片间的宽度，从而容易形成气泡群堵塞流道，导致泵的汽蚀性能较差。因此，在选择叶轮叶片数量时，一方面要尽量减少叶片的拥挤和摩擦面，另一方面要使叶片通道有足够的长度，以保证液体流动的稳定性和叶片对液体的充分作用。目前，对于叶片的数量没有明确的和公认的规则。然而，大量研究表明，对于特定的离心泵设计，应用CFD流场数值模拟方法可以确定叶轮叶片的范围。

(2)叶轮进口参数对离心泵汽蚀性能的影响。

叶轮进口参数是决定叶轮叶片进口面积的相关结构参数，包括叶片进口角、叶轮进口直径、叶片进口流道宽度和直径。

1)叶片进口攻角δ β一般取正攻角(3° ~ 10°)。由于采用了正角度，增加了叶片进口角，可以减少叶片弯曲，增加叶片进口流通面积，减少叶片拥挤。所有这些因素都会降低v0和ω0，提高泵的抗汽蚀能力。而且当离心泵的流量增大时，入口相对流动角增大，正角度可以避免泵在大流量运行时出现负攻角，导致λ2急剧增大(如下图所示)。大量研究表明，增大叶片进口角，保持正攻角，可以提高泵的抗汽蚀能力，对效率影响不大。然而，当攻角选定时，存在一个离心泵。并不是攻角越大越好。要根据实际情况分析选择。

2)叶轮入口直径。叶轮入口处液体流动的速度和相对速度都是吸入管径的函数当叶轮进口直径小于这个值时，随着叶轮直径的增大，进口处的速度降低，离心泵的汽蚀性能不断提高。但当叶轮直径超过值时，对于给定的流量，随着入口直径的增大，叶轮入口处会形成滞止区和回流，使离心泵的汽蚀性能逐渐恶化。

3)叶片进口通道的宽度。在离心泵工况不变的情况下，增加叶片入口处的转轮宽度会降低液流速度的轴向分速度，从而改良离心泵的空化特性，对离心泵的水力效率和容积效率影响不大。

4)直径。减小叶轮直径会增加叶轮转轮的实际进口面积，从而提高离心泵的汽蚀性能。

5)叶轮前盖板的曲率半径。当流体通过离心泵吸入口流向叶轮入口时，由于流道的收缩，流体的流量增大，产生压力损失。同时，由于在这个过程中流体流动的方向由轴向变为径向，弯管处的不均匀流场也会造成压力损失。可以看出，叶轮前盖的曲率半径直接影响压力损失，进而影响离心泵的汽蚀特性。采用较大的曲率半径可以减弱前盖弯曲处的流速变化，使流速均匀稳定，提高离心泵的汽蚀性能。