【论文精选】微型离心泵诱导轮与叶轮轴向距离匹配特性研究

来源：农业工程学报

《农业工程学报》2020年第36卷第12期刊载了中国农业大学等单位冷洪飞、姚志峰、汤远、王超越与赵浩儒的论文——“微型离心泵诱导轮与叶轮轴向距离匹配特性”。该研究由国家自然科学基金面上项目（项目号：51879266）资助。

微型离心泵作为动力装置，在航天设备中有着广泛的应用。如空间站的温度控制系统，火箭发动机推进系统，宇航员出舱时所穿宇航服内的温度控制系统中，离心泵都是关键设备。其中，在空间站和宇航服中使用的离心泵要求结构紧凑，性能稳定，且不可维修的特点。其性能将直接影响宇航员和航天设备的安全，这就对离心泵的稳定运行提出了极高的要求。诱导轮与叶轮匹配不合理，是影响微型离心泵运行稳定性的原因之一，其中诱导轮与叶轮的轴向距离便是重要影响因素之一。

该研究以一台前置诱导轮离心泵为研究对象，采用数值方法，定量分析了不同轴向距离对离心泵能量特性、汽蚀特性和压力脉动特性的影响。选取5种轴向距离，对离心泵进行三维流场数值预测。结果表明，轴向距离增加后，扬程和效率均有所增加，汽蚀余量降低，但叶轮内压力脉动幅值升高。其中，在额定工况下，当轴向距离增大至1.0S（S为诱导轮轴向长度与叶栅稠密度的比值）时，扬程提高了0.61 m，效率提高了5.8%，临界汽蚀余量降低了0.4 m；轴向距离继续增大后，各项性能变化不大。因此，综合考虑诱导轮与叶轮轴向距离对泵外特性，汽蚀特性和压力脉动的影响，建议选取轴向距离为1.0S，此时能使诱导轮与叶轮的流动匹配达到最佳，有利于离心泵稳定运行。

本文的研究对象目前已经在地面试验中通过了试验验证，后续将进一步优化设计，用于火箭推进设备中。研究结论也将用于其他航天设备领域的动力系统中，文章的研究成果对微型离心泵诱导轮与叶轮的匹配设计具有指导意义。