离心泵级间导叶的设计计算
高速离心泵级间流道的作用是将第一级复合叶轮流出的高速液流收集起来并送入第二级复合叶轮。级间流道的设计应考虑降低液体的流速，实现动能向压力能转化，减小液体的水力损失。级间流道主要有蜗壳形流道和导叶两种结构形式。蜗壳形流道的设计与蜗壳的设计基本相类似，从第一级叶轮出口到第二级叶轮进口的级间流道为圆管形状，但其加工性能较差。

a) 流道式导叶 Passage diffuser b) 轴向导叶 Axial passage
图4-6 高速离心泵的级间导叶
Fig.4-6 Interstage passage of high-speed centrifugal pump

4.5.1 导叶的结构
目前可用于低比转速高速离心泵的级间导叶主要有两种结构形式，即流道式导叶和轴向导叶（图4-6）。流道式导叶的正反导叶是连续的整体，从正导叶到反导叶出口形成单独的小流道，各流道的液流不能混合，因此其水力性能较好，但结构较复杂，径向尺寸较大，加工性能较差。轴向导叶没有正导叶，而在轴向转弯处加导向叶片，其优点是能够缩小径向尺寸，加工性能较好，但水力性能较流道式导叶差。
低比转速高速离心泵的最大结构特点就是小型化，因此级间导叶应具备外形尺寸小，且能够保证在收集和输送液流的过程中损失最小。综合流道式导叶和轴向导叶的优点，我们提出了如图4-7所示的混合式导叶。该导叶具有流道式导叶和轴向导叶的优点，从轴向导叶进口到反导叶出口及第二级复合叶轮进口均匀变化，形成单独的小流道，又具有较小的外形尺寸。从第一级复合叶轮出来的高速液流顺着旋转方向进入混合式导叶的轴向导叶，经轴向导叶的降速扩压，通过光滑连接的弯曲流道，轴向进入第二级复合叶轮。混合式导叶的加工性能很好，车铣加工后进行打磨，大大提高了流道表面光洁度，可有效地减低了水力损失。

图4-7 混合式导叶
Fig.4-7 Mix diffuser

4.5.2 混合式导叶的设计计算
混合式导叶设计的主要参数为轴向导叶的进出口直径D4和D5、导向角a4和扩散角q4、喉部面积F4和叶片数Z4、以及反导叶的主要参数等。水泵设计时导向角a4应不大于第一级复合叶轮前盖板的倾斜角，扩散角一般取q4=6～8°。

4.5.2.1 进出口直径D4和D5
如图4-7所示，在轴向导叶的入口槽前端设计有圆周方向的圆槽，以有利于液流以较小的水力冲击损失顺利进入轴向导叶的扩散段。轴向导叶的进口直径实际上就是反导叶的进口直径。轴向导叶的出口直径D5可取为：

(4-45)

进口直径D4就等于出口直径D5减去轴向导叶喉部处的深度a4，即：

(4-46)

4.5.2.2 喉部面积F4和叶片数Z4
由于第一级复合叶轮出来的液流速度很高，混合式导叶应取较大的喉部面积F4以降速扩压，使液流均匀进入第二级复合叶轮，即：

(4-47)

上式中的F是按式(4-42)计算得到的蜗壳喉部面积F，具体设计时应以单级扬程代入计算。导叶叶片数小于复合叶轮的总叶片数，可取Z4=6～8。

4.5.2.3 反导叶的设计计算
反导叶的设计应考虑与第二级复合叶轮进口能够平滑通畅地衔接。在轴向导叶出口与反导叶进口之间设计了圆滑转接的圆弧，反导叶出口直径D6约等于第二级复合叶轮的进口直径Dj2，并向轴向方向延伸以便液流能够均匀进入第二级复合叶轮。反导叶进口安装角b5略大于第一级复合叶轮的叶片出口安装角b2。反导叶的其他主要尺寸的确定可参阅文献12。

4.6 小结
长、中、短叶片相间的复合叶轮是设计高性能低比转速高速诱导轮离心泵的关键。通过对低比转速高速复合叶轮离心泵设计方法的分析研究，得出了如下的一些研究结果：
1) 阐述了高效复合叶轮设计的物理原理，通过对复合叶轮流道B-B的位流分析和几台低比转速高速复合叶轮离心泵的试验结果，提出了以叶轮内部不出现负的相对速度为确定叶片数的准则和叶片数计算的经验公式。
2) 建立了一套比较完善的低比转速高速复合叶轮离心泵的设计方法，为高速离心泵的进一步优化设计、制造和推广应用奠定了理论基础。
3) 给出了低比转速复合叶轮的进口叶片数Zl和总叶片数Zt，进出口直径D1和D2，叶片进出口安装角β1和β2，叶片进出口宽度b1和b2，以及短叶片起始处的直径Di和安装角βI等主要参数的计算公式。
4) 给出了蜗壳的设计方法和主要参数的计算公式。
5) 通过对流道式导叶和轴向导叶的分析，提出了一种新型结构并具有外形尺寸小、水力性能好和加工性能好等优点的混合式导叶，并阐述了其设计方法。

[@more@]参考文献：
[1] 朱祖超等，超低比转速诱导轮离心水泵机组的研制，水泵技术，1993(5)
[2] 朱祖超等，复合叶轮高速离心泵的结构设计，流体机械，1995,23(10)
[3] 朱祖超等，低比转速高速复合叶轮离心泵的经验设计，流体机械，1996,24(2)
[4] ［苏］П.Р. ХЛОПЕНКОВ, 设计高效离心泵叶轮的物理原理，水泵技术，1982(3)
[5] Kamijo K, The Development of small Liquid Oxygen and Small Hydrogen Turbopumps of a LE-5Rocket Engine,AIAA-81-1375, AIAA/SAE/ASME, 17th Joint Propulsion Conference, Colorado,1981
[6] 查森 关敏，低比转速离心泵提高效率的研究，江苏工学院学报，1986(4)
[7] 文培仁等，小流量化工用离心泵的开发研究，流体工程，1993(1)
[8] 袁寿其，低比速离心泵理论和设计方法的研究，江苏理工大学博士论文，1994.8
[9] Stepanoff.A.J, Centrifugal and Axial Flow Pumps, 2nd ed, Newyork, Johnwiley &Sons Inc, 1957
[10]沈阳水泵研究所编，离心泵设计手册，机械工业出版社，北京，1983
[11]查森主编，离心泵设计基础，机械工业出版社，北京，1992
[12]关醒凡，泵的理论与设计，机械工业出版社，北京，1987
[13][德国]C.普费莱德纳尔，奚启棣译，叶片泵与透平压缩机，机械工业出版社，北京，1983
[14]沈天耀编著，离心叶轮的内流理论基础，浙江大学出版社，杭州，1987
[15] Rodgers.C, Impeller Stalling as Influenced by Diffusion Limitation, Transaction of the ASME, Journal of Fluids Engineering, March, 1977
[16] Rodgers.C, A Diffusion Factor Correlation for Centtrifugal Impeller Stalling, Transaction of the ASME, Journal of Engineering for Power, VOL 100, October, 1978
[17] S.Chu R.Dong, Relationship Between Unsteady Flow, Pressure Fluctuations, and Noise in a Centrifugal Pump—Part A: Use of PDV Data to Compute the Pressure Field.. Transaction of the ASME, Journal of Fluid Engineering, Vol 117, March 1995
[18] S.Chu R.Dong, Relationship Between Unsteady Flow, Pressure Fluctuations, and Noise in a Centrifugal Pump—Part B: Effects of Blade-Tongue Interactions. Transaction of the ASME, Journal of Fluid Engineering, Vol 117, March 1995

[19][波兰] A.T.特罗斯科兰斯基，叶片泵计算与结构，机械工业出版社，北京，1981