根據傳統的觀點,比轉速低于30就不宜設計離心泵,主要原因是在小流量工況下葉輪流道內容易產生回流和脫流,特別是對高速離心泵更容易發生這種情況,從而導致小流量工況下的工作不穩定現象以及效率偏低。如何設計低比轉速高速誘導輪離心泵使之具有較高的效率、揚程系數和汽蝕性能及穩定的揚程流量特性線便是泵設計研究者的首要任務之一。

根據對高速離心泵的設計和實踐,發現采用長、中、短葉片相間的復合葉輪是設計高性能高速離心泵的最有效途徑之一[1]~[3]。復合葉輪具有有效阻止渦流及脫流的產生和發展,能夠改善葉輪流道里的擴散程度,并能夠提高揚程系數的優點。由于設計了復合葉輪,就突破了傳統的離心泵比轉速為30的下限,并可延拓到16以下,這就大大拓寬了離心泵的應用范圍。

最早提出復合葉輪結構的學者是前蘇聯的П.Р.ХЛОПЕНКОВ,他認為復合葉輪實質上是一種兩級葉輪,在第一級葉輪的流道內,主要以壓力的形式增加液流的單位能量,液流與葉片相互作用的過程隨著液流從第一級葉片前彎過渡到第二級短葉片間的流道內而急劇增加,液流的單位能量以動能的形式迅速增加[4]。文獻5表明了轉速為50000r/min的日本le-5液體火箭發動機液氫渦輪泵也采用了這種結構的葉輪,但沒有給出詳細的設計過程和方法。

文獻6~8通過對低比轉速離心泵進行設計和研究得出,采用復合葉輪設計能使離心泵取得較為理想的性能指標,但研究工況是針對轉速為2900r/min不帶前置誘導輪的離心泵進行的,因此帶有一定的局限性和片面性。由于傳統的離心泵速度系數設計方法的各項系數都是在比轉速大于30和轉速低于3000r/min的工況下取得的[9]~[12],因此設計低比轉速和超低比轉速(ns<30)高速復合葉輪離心泵時就不能全部照搬現有的速度系數。本章主要闡述高效復合葉輪的設計原理并對低比轉速高速復合葉輪離心泵的設計方法進行分析。