输送水时叶片数对离心油泵性能的影响

作者：匿名　来源：本站原创　发布：2017年2月20日　修改：2017年2月20日　所属分类：行业新闻　访问统计：1679

 一般地说，叶片数对离心泵性能的影响是非线性的，存在着最优叶片数；最优叶片数与比转速有关。对对数螺旋线叶片单级离心泵性能进行了理论研究，得到最优叶片数为7片。这些研究成果丰富了关于叶片数对离心栗性能影响方面的认识。

　　原机喊工业部教育司科技基金和甘肃工业大学校基金共同资助项目。

　　水泵技术2000.3 Y型离心油泵在陆上油田和炼油厂中应用比较普遍，因内不少泵制造厂都生产这种型号的油泵。研究被输送液体不同粘度下叶片数对Y型离心油泵性能的影响，从而确定最优叶片数对丰富离心油泵设计理论和提高性能都有不可忽视的价值。

　　本课题选择65Y60型离心油杲为研究对象，研究叶片数对该离心油泵性能的影响，借此得到了最优叶片数，为离心油泵的设计提供依据。本文中仅给出输送清水时的实验结果。

　　2实验装置研究模型为65Y60型离心油泵，它主要用于输送温度不超过450T的热油，其设计参数为：Q=25m3/h，/f=60m，n=2950r/min，比转速ns=3.65/1瓜/奶。“=410为65Y60型离心油泵的结构剖面图。实验时，保持泵体流道和叶轮几何形状不变，仅改变叶片数。5个实验叶轮的叶片数分别为3、4、5、6和7，其它几何参数分别是：叶轮进口直径A=72mm、出口直径D2=213mm、出口宽度62=7.5mm、出口角炔= 30°。其中叶片数为5的叶轮为该泵的原配叶轮。实验叶轮由该泵的制造厂采用与原配叶轮相同的方法制造。

　　实验液体为清水。水从净容积为1.35m3的水箱经过球阔和长为14m、内径为65mm的吸入管道流人泵内，然后经过总长度约为4.5m、内径为50nun的排出管道和LW-50型涡轮流量计以及闸阀流回水箱。利用闸阀调节泵工况点。利用涡轮流量计测量水的体积流量。分别将泵入口和出口的测压环通过塑料导压管连接到1151PD型电容式差压变送器两端的测压孔上，测量出泵出口与进口的液体静压力差，从而计算出泵的扬程。实验前，利用精度为0.05级的YS-60型活塞式压力计对差压变送器及其二次仪表进行标定。栗由额定功率为22kW的两极电动机通过JC1A型转矩转速传感器（扭矩仪）驱动。利用扭矩仪测量输入到泵轴上的扭矩和转速，从而确定泵的轴功率。实验证明，流量、扬程、轴功率和效率的总实验结果与讨论利用计算机程序将实验原始数据进行处理，得到规定转速为2950r/min时的流量、扬程、轴功率和效率的离散点，然后采用5次多项式对离散点进行拟合，最后得到光滑的实验曲线。本文直接给出这种光滑的实验曲线。

　　叶片数对栗性能的影响水泵技术表示了配带不同叶片数叶轮时，栗的性能曲线。（a）表示扬程随流量的变化，（b）表示效率随流量的变化。当叶片由3片增加到5片时，不但扬程曲线整体向上平移，而且流量范围也变宽了。但是当叶片由5片增加到7片时，不但扬程曲线整体向上平移量很小，而且扬程曲线还出现了驼峰，流量范围也变窄了。因此较多的叶片数会引起扬程曲线出现驼峰。当流量大于27m3/h（Z =6）和32m3/h（Z二7）以后，扬程很快跌落。说明泵内已经发生了汽蚀。由（b）可知，2=5的叶轮不的叶片数是最优的。

　　表示了最优工况参数随叶片数的变化。由图可知，随着叶片数的增大，最优工况的扬程几乎线性增加，但是最优工况的流量和效率在Z =5时值最大，所以输送清水时，对本文实验的叶轮来说，Z =5是最优叶片数。

　　叶片数对叶轮内部流动的影响为了说明不同叶片数时离心泵性能的变化原因，采用丨5的计算方法分别计算最优工况下5个实验叶轮的内部清水流动。与以往不同的是，计算时，通过叶片尾部满足Kutta条件来确定滑移系数。表示计算流场时得到的滑移系数分别与中Wiesner、教科书丨7中Stodola经验公式的对比。其中Wies-ner的滑移系数公式为：（M效率度的圆周分速度，为叶轮圆周速度。Stodola的滑移系数公式为由图可知，由流动计算确定的滑移系数随叶片数按线性规律变化，它与叶片数的关系为　　水泵技术Wiesner经验公式的计算值都比通过流场计算得到滑移系数平均大7%.Stodola经验公式的计算值在叶片数Z= 3的时候，比通过流场得到滑移系数小22%；随着叶片数的增大两者之间的差别减小。由此可见，使用Wiesner经验公式计算理论扬程时，会使理论扬程比实际需要的小，叶轮直径也小；而使用Stodola经验公式计算理论扬程时，会使理论扬程比实际需要的大，叶轮直径也大，特别是在叶片数小于5时。

　　叶片表面流体动力负荷系数叶片表面流体动力负荷系数ATT/W反映了流体作用在叶片表面压力差的大小|8.流体动力负荷系数越大，流道内的二次流越强，流动在叶片的压力面和吸力面越容易分离，结果叶轮的水力损失增大，扬程下降。为此，将最大流体动力负荷系数随叶片数的变化关系画于中。叶片由3片增加到5片，最大流体动力负荷系数由7. 86降低到4.55，下降到约为原来的58%，大致与叶片数成反比；叶片由5片增加到7片，最大流体动力负荷系数由4.55降低到4. 07，下降到约为原来的89%.由于下降量小，最大流体动力负荷系数不再与叶片数成反比，因此5叶片叶轮内的二次流强度与7叶片叶轮大体相当。这说明，叶片由3片增加到5片，虽然与流体接触的叶片表面由原来的6个增加到10个，净增4个，表面摩擦损失有所增加，但是由于叶轮内部二次流强度大幅度减弱了，二次流引起的水力损失减少很多，所以总的来说降低了水力损失，提高了水力效率，进而大幅度提篼了泵的效率〗叶片由5片增加到7片，摩擦表面还是净增4个，但是由于叶轮内部二次流强度并没有十分明显的减弱，二次流引起的水力损失减少很小，所以总的来说水力损失增加，水力效率下降，泵效率降低。

　　泵效率预测泵效率等于容积效率、水力效率和机械效率之积。在最优工况，容积效率等于泵体积流量除以通过叶轮理论体积流量。泵体积流量已经在性能实验时测量出。理论体积流量等于通过叶轮前口环、后口环和平衡孔的泄漏体积流量之和。采用丨2丨的方法，按前后口环的实际几何尺寸，计算通过前口环的泄漏流量。

　　通过后口环和平衡孔的泄漏流量的计算方法原则上与前口环的相同，但是由于后口环与前后口环的直径、间隙大小和长度完全相同，同时考虑到平衡孔的节流作用，所以通过后口环和平衡孔的泄漏量要比前口环小。计算时，仅计算通过前口环的泄漏流量，近似取通过后口环和平衡孔的泄漏量为通过前口环的泄漏流量的70%，二者之和作为总的泄漏量。

　　在最优工况，水力效率等于泵的实际扬程除以理论扬程。实际扬程已经由性能实验得到。理论扬程由理论流量、叶轮出口几何尺寸和流场计算中得到的滑移系数计算。

　　机械效率等于泵轴功率减去机械摩擦功率的差除以轴功率。机械摩擦功率包括叶轮圆盘摩擦功率和轴承、轴密封等摩擦副的机械摩擦功率。其中圆盘摩擦功率是主要的。采用1丨的方法计算圆盘摩擦功率，然后扩大1.5倍，作为总的机械摩擦功率。

　　表1给出了计算的最优工况容积效率、水力效率和机械效率。由表可知Z=5叶轮的容积效率和水力效率比其它叶轮高。

　　给出了最优工况，泵效率的计算值与实验值的对比。预测的效率的变化趋势与实验值比较吻合，但是由于容积效率和机械效率计算可能不十分准确，所以两者之间还存在一定差距。这需要进一步研究。

　　表1计算的最优工况效率叶片数容积效率（％）水力效率（％）机械效率当叶片由3片增加到5片时，离心泵的效率逐渐提高，但是超过5片以后，效率反而下降，所以在叶轮目前的几何参数条件下，5个叶片是最优的。

　　通过计算最优工况的叶轮内部流动，可以确定滑移系数，滑移系数与叶片数成正比。

　　随着叶片数的增加，叶片表面流体动力负荷系数下降，但是超过5片以后，负荷系数下降幅度较小，因此流体表面摩擦损失增大。（下转第13页）水泵技术2000.3量的严重不足，水环变得极不稳定，工作中常出现不正常特性一达到某一压缩比后，吸气量急剧减少，越过此点，气量在稳定状态下变化，见M2对栗结构的影响而减少，引起泵的实际量<.随助降低而减小，所以泵的比重量一单位气量的泵重一会随之上升，相对造成泵的体积增大。

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