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                  輸送水時(shí)葉片數對離心油泵性能的影響

                  2020-10-19 08:38:10  來(lái)源:水泵網(wǎng)

                    一般地說(shuō),葉片數對離心泵性能的影響是非線(xiàn)性的,存在著(zhù)優(yōu)葉片數;優(yōu)葉片數與比轉速有關(guān)。對對數螺旋線(xiàn)葉片單級離心泵性能進(jìn)行了理論研究,得到優(yōu)葉片數為7片。這些研究成果豐富了關(guān)于葉片數對離心栗性能影響方面的認識。

                    原機喊工業(yè)部教育司科技基金和甘肅工業(yè)大學(xué);鸸餐Y助項目。

                    水泵技術(shù)2000.3 Y型離心油泵在陸上油田和煉油廠(chǎng)中應用比較普遍,因內不少泵制造廠(chǎng)都生產(chǎn)這種型號的油泵。研究被輸送液體不同粘度下葉片數對Y型離心油泵性能的影響,從而確定優(yōu)葉片數對豐富離心油泵設計理論和提高性能都有不可忽視的價(jià)值。

                    本課題選擇65Y60型離心油杲為研究對象,研究葉片數對該離心油泵性能的影響,借此得到了優(yōu)葉片數,為離心油泵的設計提供依據。本文中僅給出輸送清水時(shí)的實(shí)驗結果。

                    2實(shí)驗裝置研究模型為65Y60型離心油泵,它主要用于輸送溫度不超過(guò)450T的熱油,其設計參數為:Q=25m3/h,/f=60m,n=2950r/min,比轉速ns=3.65/1瓜/奶!=410為65Y60型離心油泵的結構剖面圖。實(shí)驗時(shí),保持泵體流道和葉輪幾何形狀不變,僅改變葉片數。5個(gè)實(shí)驗葉輪的葉片數分別為3、4、5、6和7,其它幾何參數分別是:葉輪進(jìn)口直徑A=72mm、出口直徑D2=213mm、出口寬度62=7.5mm、出口角炔= 30°。其中葉片數為5的葉輪為該泵的原配葉輪。實(shí)驗葉輪由該泵的制造廠(chǎng)采用與原配葉輪相同的方法制造。

                    實(shí)驗液體為清水。水從凈容積為1.35m3的水箱經(jīng)過(guò)球闊和長(cháng)為14m、內徑為65mm的吸入管道流人泵內,然后經(jīng)過(guò)總長(cháng)度約為4.5m、內徑為50nun的排出管道和LW-50型渦輪流量計以及閘閥流回水箱。利用閘閥調節泵工況點(diǎn)。利用渦輪流量計測量水的體積流量。分別將泵入口和出口的測壓環(huán)通過(guò)塑料導壓管連接到1151PD型電容式差壓變送器兩端的測壓孔上,測量出泵出口與進(jìn)口的液體靜壓力差,從而計算出泵的揚程。實(shí)驗前,利用精度為0.05級的YS-60型活塞式壓力計對差壓變送器及其二次儀表進(jìn)行標定。栗由額定功率為22kW的兩極電動(dòng)機通過(guò)JC1A型轉矩轉速傳感器(扭矩儀)驅動(dòng)。利用扭矩儀測量輸入到泵軸上的扭矩和轉速,從而確定泵的軸功率。實(shí)驗證明,流量、揚程、軸功率和效率的總實(shí)驗結果與討論利用計算機程序將實(shí)驗原始數據進(jìn)行處理,得到規定轉速為2950r/min時(shí)的流量、揚程、軸功率和效率的離散點(diǎn),然后采用5次多項式對離散點(diǎn)進(jìn)行擬合,后得到光滑的實(shí)驗曲線(xiàn)。本文直接給出這種光滑的實(shí)驗曲線(xiàn)。

                    葉片數對栗性能的影響水泵技術(shù)表示了配帶不同葉片數葉輪時(shí),栗的性能曲線(xiàn)。(a)表示揚程隨流量的變化,(b)表示效率隨流量的變化。當葉片由3片增加到5片時(shí),不但揚程曲線(xiàn)整體向上平移,而且流量范圍也變寬了。但是當葉片由5片增加到7片時(shí),不但揚程曲線(xiàn)整體向上平移量很小,而且揚程曲線(xiàn)還出現了駝峰,流量范圍也變窄了。因此較多的葉片數會(huì )引起揚程曲線(xiàn)出現駝峰。當流量大于27m3/h(Z =6)和32m3/h(Z二7)以后,揚程很快跌落。說(shuō)明泵內已經(jīng)發(fā)生了汽蝕。由(b)可知,2=5的葉輪不的葉片數是優(yōu)的。

                    表示了優(yōu)工況參數隨葉片數的變化。由圖可知,隨著(zhù)葉片數的增大,優(yōu)工況的揚程幾乎線(xiàn)性增加,但是優(yōu)工況的流量和效率在Z =5時(shí)值大,所以輸送清水時(shí),對本文實(shí)驗的葉輪來(lái)說(shuō),Z =5是優(yōu)葉片數。

                    葉片數對葉輪內部流動(dòng)的影響為了說(shuō)明不同葉片數時(shí)離心泵性能的變化原因,采用丨5的計算方法分別計算優(yōu)工況下5個(gè)實(shí)驗葉輪的內部清水流動(dòng)。與以往不同的是,計算時(shí),通過(guò)葉片尾部滿(mǎn)足Kutta條件來(lái)確定滑移系數。表示計算流場(chǎng)時(shí)得到的滑移系數分別與中Wiesner、教科書(shū)丨7中Stodola經(jīng)驗公式的對比。其中Wies-ner的滑移系數公式為:(M效率度的圓周分速度,為葉輪圓周速度。Stodola的滑移系數公式為由圖可知,由流動(dòng)計算確定的滑移系數隨葉片數按線(xiàn)性規律變化,它與葉片數的關(guān)系為  水泵技術(shù)Wiesner經(jīng)驗公式的計算值都比通過(guò)流場(chǎng)計算得到滑移系數平均大7.Stodola經(jīng)驗公式的計算值在葉片數Z= 3的時(shí)候,比通過(guò)流場(chǎng)得到滑移系數小22;隨著(zhù)葉片數的增大兩者之間的差別減小。由此可見(jiàn),使用Wiesner經(jīng)驗公式計算理論揚程時(shí),會(huì )使理論揚程比實(shí)際需要的小,葉輪直徑也;而使用Stodola經(jīng)驗公式計算理論揚程時(shí),會(huì )使理論揚程比實(shí)際需要的大,葉輪直徑也大,特別是在葉片數小于5時(shí)。

                    葉片表面流體動(dòng)力負荷系數葉片表面流體動(dòng)力負荷系數ATT/W反映了流體作用在葉片表面壓力差的大小|8.流體動(dòng)力負荷系數越大,流道內的二次流越強,流動(dòng)在葉片的壓力面和吸力面越容易分離,結果葉輪的水力損失增大,揚程下降。為此,將大流體動(dòng)力負荷系數隨葉片數的變化關(guān)系畫(huà)于中。葉片由3片增加到5片,大流體動(dòng)力負荷系數由7. 86降低到4.55,下降到約為原來(lái)的58,大致與葉片數成反比;葉片由5片增加到7片,大流體動(dòng)力負荷系數由4.55降低到4. 07,下降到約為原來(lái)的89.由于下降量小,大流體動(dòng)力負荷系數不再與葉片數成反比,因此5葉片葉輪內的二次流強度與7葉片葉輪大體相當。這說(shuō)明,葉片由3片增加到5片,雖然與流體接觸的葉片表面由原來(lái)的6個(gè)增加到10個(gè),凈增4個(gè),表面摩擦損失有所增加,但是由于葉輪內部二次流強度大幅度減弱了,二次流引起的水力損失減少很多,所以總的來(lái)說(shuō)降低了水力損失,提高了水力效率,進(jìn)而大幅度提篼了泵的效率〗葉片由5片增加到7片,摩擦表面還是凈增4個(gè),但是由于葉輪內部二次流強度并沒(méi)有十分明顯的減弱,二次流引起的水力損失減少很小,所以總的來(lái)說(shuō)水力損失增加,水力效率下降,泵效率降低。

                    泵效率預測泵效率等于容積效率、水力效率和機械效率之積。在優(yōu)工況,容積效率等于泵體積流量除以通過(guò)葉輪理論體積流量。泵體積流量已經(jīng)在性能實(shí)驗時(shí)測量出。理論體積流量等于通過(guò)葉輪前口環(huán)、后口環(huán)和平衡孔的泄漏體積流量之和。采用丨2丨的方法,按前后口環(huán)的實(shí)際幾何尺寸,計算通過(guò)前口環(huán)的泄漏流量。

                    通過(guò)后口環(huán)和平衡孔的泄漏流量的計算方法原則上與前口環(huán)的相同,但是由于后口環(huán)與前后口環(huán)的直徑、間隙大小和長(cháng)度完全相同,同時(shí)考慮到平衡孔的節流作用,所以通過(guò)后口環(huán)和平衡孔的泄漏量要比前口環(huán)小。計算時(shí),僅計算通過(guò)前口環(huán)的泄漏流量,近似取通過(guò)后口環(huán)和平衡孔的泄漏量為通過(guò)前口環(huán)的泄漏流量的70,二者之和作為總的泄漏量。

                    在優(yōu)工況,水力效率等于泵的實(shí)際揚程除以理論揚程。實(shí)際揚程已經(jīng)由性能實(shí)驗得到。理論揚程由理論流量、葉輪出口幾何尺寸和流場(chǎng)計算中得到的滑移系數計算。

                    機械效率等于泵軸功率減去機械摩擦功率的差除以軸功率。機械摩擦功率包括葉輪圓盤(pán)摩擦功率和軸承、軸密封等摩擦副的機械摩擦功率。其中圓盤(pán)摩擦功率是主要的。采用1丨的方法計算圓盤(pán)摩擦功率,然后擴大1.5倍,作為總的機械摩擦功率。

                    表1給出了計算的優(yōu)工況容積效率、水力效率和機械效率。由表可知Z=5葉輪的容積效率和水力效率比其它葉輪高。

                    給出了優(yōu)工況,泵效率的計算值與實(shí)驗值的對比。預測的效率的變化趨勢與實(shí)驗值比較吻合,但是由于容積效率和機械效率計算可能不十分準確,所以?xún)烧咧g還存在一定差距。這需要進(jìn)一步研究。

                    表1計算的優(yōu)工況效率葉片數容積效率(%)水力效率(%)機械效率當葉片由3片增加到5片時(shí),離心泵的效率逐漸提高,但是超過(guò)5片以后,效率反而下降,所以在葉輪目前的幾何參數條件下,5個(gè)葉片是優(yōu)的。

                    通過(guò)計算優(yōu)工況的葉輪內部流動(dòng),可以確定滑移系數,滑移系數與葉片數成正比。

                    隨著(zhù)葉片數的增加,葉片表面流體動(dòng)力負荷系數下降,但是超過(guò)5片以后,負荷系數下降幅度較小,因此流體表面摩擦損失增大。(下轉第13頁(yè))水泵技術(shù)2000.3量的嚴重不足,水環(huán)變得極不穩定,工作中常出現不正常特性一達到某一壓縮比后,吸氣量急劇減少,越過(guò)此點(diǎn),氣量在穩定狀態(tài)下變化,見(jiàn)M2對栗結構的影響而減少,引起泵的實(shí)際量 1.2;雙吸栗,6/r2>2),不但影響泵的吸、排氣效果,增加葉輪的鑄造難度,更影響泵結構的合理性。

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