在水泵运行质量的考核中， 效率往往是作为 目标函数。而建立以 ! 、 !# 、 # 、 #、 $ $ 等水 !# 、 泵叶轮及泵体几何参数为向量空间， %&’% 为目 标函数的数学模型几乎是不可能的， 其中 % 为 包括水力损失、 容积损失、 机械损失的总和。因为 实际水泵内流的复杂性、 多因素综合作用性、 现有 理论的不完善， 使得大部分水泵的设计仍旧是沿 用在一元理论基础上的经验公式和相似换算办 法， 并最终通过试验来判别损失和效率。 在不能建立目标函数为 % 的优化方法情况 下， 本文主要将以优化设计的思想探讨双、 三叶片 式污水泵的水力设计的有关问题。 # 理论基础及数学表达

　　建立目标函数的目的是定性地模拟出未来产 品特性曲线与目标曲线的吻合程度， 由于仅统计 出了水泵设计点的容积效率#& 及水力效率#’ ， 在 上求解最小值非常困难， 整个运行区间 （$ 3 $*, ） 只能考虑在设计点附近 ) % $ 曲线的运行趋势 尽量满足需求， 此时起主导作用的参数是叶轮出 口安放角。在系数 # 里， / #$ (% !!#& &’ &’ #’（ $! % ） $! %

　　分析， 给出了叶轮各结构参数对水泵性能的影响状况， 重点推荐了水泵各分效率的统计图 表， 并对各主要参数的选取给出统计值和推荐值。 关键词 污水泵 优化 约束 统计

　　作者简介： 曹卫东， 助理研究员。通讯地址： 1(1#(% 江苏省镇 江市丹徒路 %#( 号江苏大学 4 信箱。

　　中加宽了 % ! ， &*! 将变小， $! % 取值也应该比常规离 污水泵将取 心泵小。实践表明 04 9 :$! % : !5 9 时， 得较优特性曲线， 比转数较小时， 叶轮出口安放角 取大值， 反之， 取小值。 $! % 过大或过小对水泵扬 程、 效率的贡献是有限的， 却对特性曲线的形状产 生较大的影响。从式 （ #） 大致可以看出 $! % 越小， 特性曲线的下降速率越大， 对于防止大流量处超 功率非常有益。如果$! % 太大， 除了特性曲线比较 平坦外， 叶轮的高效点也会往后漂移。为了控制 水泵出水量， 并且减小流道弯曲程度， 应当减小 并增加叶片包角至 05$ 9 左右。 $! % ， （4） 泵体第八断面面积应该比一般离心泵大 !4; 左右。采用螺旋型压水室的效率稍高。 求解目标函数

　　该机的研制成功， 填补了国内船用及撬装螺杆7活塞串联空压机的空白， 其机型属于目前国际先进机型之一。

　　它的研制成功， 打破了国外厂家在此产品上长期对我国的垄断地位， 使我国拥有了自主知识产权的新型压缩机技 术。 （撬装） 螺杆7活塞串联空压机组将螺杆压缩机和活塞压缩机两者优化结合成一整体， 配置 89: - 13&(# 型船用

　　#(! 目标函数 （!） 过流及污水的排送能力目标要求在叶轮 流道的设计时考虑增加面积、 减少堵塞。叶轮进 口直径 ! ) & （ ’ * (） ， 这 & 一般取为 ,( 左右，

　　有利于提高水泵叶轮效率、 增加叶轮进口流速、 保 证污水杂质得以迅速通过、 减少沉淀和堵塞。除 非对汽蚀性能、 无堵塞性能有特别要求的泵， &值 才可适当增加， 或将 ! 直接圆整放大。 在污水泵行业中， 叶轮出口宽度 # 的选取是 不同于一般清水泵的。剔除特殊使用场合的污水 泵， 统计了近百个规格， 上千台双 （三） 叶片、 闭式 叶轮污水泵的叶轮出口宽度 # ， 回归分析有： # ) (#$ ()

　　（） 比转数超过 4$ 3 7$$ 时， 即可考虑使用 三叶片， 另外考虑污水泵叶轮的耐磨性及铸造工 艺性， 叶片出口厚度不少于 ))， 因此大致可算出 排挤系数： /! ( 0 %!! &’ ! % $ 式中 - — — —叶片厚度 — —叶片数 /—

　　了高效换热器及闭式循环水冷却系统， 实现了 ;8: 可编程序控制器的自动保护和控制。该机组布置紧凑， 运行平 稳， 自控完善、 灵敏， 振动小， 可靠性高。机组经过国家压缩机制冷设备产品检测中心测试， 各项性能均达到设计要

　　求。经过三年的海洋石油勘探作业， 获得了用户的好评， 替代了进口产品， 取得了良好的社会、 经济效益。 （李蔚蔚）

　　参考文献 朱荣生 . 单流道泵试验研究 . 农业工程 ( 关醒凡， 学报， ；%） (44)（ 1 % 金树德， 陈次昌 . 现代水泵设计方法 . 北京： 兵 器工业出版社， (44% 查森 . 叶片泵原理及水力设计 . 北京： 机械工业 出版社， (433 机械工业出版 ) 关醒凡 . 泵的理论与设计 . 北京： 社， (430 何季雄 . 优化设计 . 北京： 机械工业出版社， (44(

　　设计水泵尚需更多的实践来检验， 利用式 （0） 利用 % 1 、 三叶 *1 的回归经验公式来设计这种二、 片叶轮或许更有指导意义。尽管水泵性能是一个 系统问题， 涉及到诸如进口冲角、 过流断面面积变 化情况、 叶片绘型、 泵体等因素的共同作用。但通 过对优化目标在理论上的分析， 特别是对约束条 件的探讨， 对于设计污水泵叶轮、 泵体以及预测性 能曲线的走势还是十分有益的。

　　式 （!） 是依据污水泵本身的工作要求、 特点及 用户的使用反馈而逐渐形成的统计公式， 它对于 指导污水泵叶轮的设计是可行的 （是能够获得认 可的） 。由于水泵性能主要是由叶轮确定， 叶轮的 出口尺寸 !# 、 # 及叶片型线无疑是最关键的。通 过式 （!） 计算出来的 # 要比常规清水泵大得多， 这样可以保证叶轮的无堵塞性能。特别是 # 的 预先确定， 对于最终确定外径 !# ， 并适当控制圆 盘摩擦损失是有益的， 对预测未来流量 / 扬程特 性曲线也至为关键的。 （#） 如何确定叶轮外径 !# ， 使得设计点的流 量、 扬程满足规定值。最后的实测 / ’ 曲线能 够与预测的曲线相符合将是另一目标。假定曲线; ’） 叶片泵的基本方程： , # -,# / , ! -,! #. ) * 由出口速度三角形知： -,# ) /, # / 式中 -0# 01 !# — —有限叶片数修正系数 /—

　　!1! 主要约束条件的分析 （0） 由于目前水泵各损失在理论上是不完善 的， 故仍使用试验来确定。由于双、 三叶片污水泵 叶片数较少， 虽然叶轮出口宽度增加了， 但其叶轮 圆盘摩擦 外径 ! 与常规清水泵外径相差不大， 损失相近， 因此可以认为同一参数污水泵与常规 离心泵的机械损失效率 #* 、 容积损失效率 #& 是 近似相等的， 而通过测试污水泵总效率换算出其 水力效率#’ 随比转数的分布如图 ! 所示。应该 说按此法确定的 #’ 、 #& 还是比较可靠的。我们借 用文献 ［］ 统计的常规离心泵的机械效率、 容积效 率与比转数的关系曲线， 比较后发现污水泵的总 效率在统计范围内随着比转数的增加而不断增 加， 不象一般离心泵在 #- ( !$$ 左右时效率最高， 这主要是由于设计时增加 % ! 的结果。 （!） 有限叶片数修正系数 ! （ 也称滑移系数） 的计算目前仍然没有精确的计算公式， 这也是影 响水泵设计理论的一个重要课题。特别是对于 二、 三片叶片的叶轮， 理论计算往往与实际有较大 0 ， 一般 . ( $1 02 . 叶片数少取大值， 对于二、 三叶片数叶轮， 3 $14， 万方数据 在接近 $14 端取 . 值， ! 介于 $1#56 到 $1- 之间。 的出入， 普夫莱德尔推荐 ! (

　　的方法计算出来的叶轮外径非常接近， 这也从另 一方面表明了对水泵各分效率的统计、 对有限叶 片数修正系数的估计是可靠的。

　　在国内首台 89: - 13&(# 型船用 （撬装） 螺杆7活塞串联空压机组自 (443 年 (# 月由 （机械部） 合肥通用机械研究

　　所研制成功并投入运行以来 （(443 年 (# 月 13 日合肥电视台一套新闻报道） ， 通过中国海洋石油物理勘探公司及中 国石油天然气总公司物探局的随船作业运行， 经过研究开发人员的不懈努力， 不断对机组进行改进和完善， 至今累 计运行三年， 研制开发获得了圆满的成功。