離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀和泵汽蝕性能的相關(guān)性

翟國(guó)富　路明

摘 要：對(duì)于離心泵來(lái)說(shuō)，影響泵汽蝕性能的因素有很多，而離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀是其中比較重要的一個(gè)因素，加強(qiáng)對(duì)離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀和泵汽蝕性能的相關(guān)性研究非常重要。離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀對(duì)于泵汽蝕性能的改善有著重要的作用和意義。通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，對(duì)具有不同幾何形狀的離心泵葉片進(jìn)口進(jìn)行了一系列的汽蝕性能實(shí)驗(yàn)，對(duì)離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀和泵汽蝕性能的相關(guān)性進(jìn)行了探究。文章主要就離心泵的葉片進(jìn)口幾何形狀和泵汽蝕性能的相關(guān)性進(jìn)行了分析探討，并提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：離心泵；汽蝕性能；數(shù)值模擬；進(jìn)口幾何形狀；相關(guān)性

離心泵在工作過(guò)程中，汽蝕會(huì)對(duì)離心泵產(chǎn)生一定的損害，使離心泵產(chǎn)生損害磨損，影響其正常使用，由此可見(jiàn)改善其汽蝕性能對(duì)于離心泵正常運(yùn)行有著重要的影響。因此，提高離心泵的汽蝕性能非常重要，是提高離心泵整體性能的重要手段，也是流體機(jī)械研究領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。針對(duì)離心泵汽蝕性能的提高來(lái)說(shuō)，因?yàn)殡x心泵汽蝕性能知識(shí)涉及面較廣，知識(shí)較為復(fù)雜，而且研究資料的缺乏，導(dǎo)致這一研究領(lǐng)域難以取得突破性進(jìn)展。因此，加強(qiáng)離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀和泵汽蝕性能的相關(guān)性研究十分重要，不僅是這一領(lǐng)域上的突破，同時(shí)也是這一領(lǐng)域的創(chuàng)新之法。

1 離心泵汽蝕特性分析

1.1 泵汽蝕余量

泵在運(yùn)行過(guò)程中，液體在葉輪的進(jìn)口處在一定真空壓力下會(huì)發(fā)生汽化現(xiàn)象，而汽化產(chǎn)生的氣泡在液體質(zhì)點(diǎn)的撞擊運(yùn)動(dòng)下，會(huì)對(duì)葉輪等造成一定的影響，而葉輪受到影響會(huì)造成一定的損害，此時(shí)真空壓力叫汽化壓力，泵吸入口處單位重量液體所具有的超過(guò)汽化壓力的富余能量稱之為汽蝕余量。通過(guò)泵汽蝕余量可以看出，葉輪進(jìn)口前泵體的幾何形狀以及葉輪進(jìn)口處的幾何形狀對(duì)于泵汽蝕性能有著重要的影響。通過(guò)查詢相關(guān)資料文獻(xiàn)可以得知泵汽蝕余量的計(jì)算方法，而通過(guò)此方法可以看出泵汽蝕余量只與泵進(jìn)口流動(dòng)條件以及進(jìn)口幾何參數(shù)有關(guān)。

1.2 泵汽蝕比轉(zhuǎn)速

通過(guò)查閱相關(guān)文件，可以得出泵汽蝕比轉(zhuǎn)速c與泵流量和汽蝕余量有著密切的關(guān)系。當(dāng)泵是幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似時(shí)，C值等于常數(shù)，所以C值可以作為汽蝕相似準(zhǔn)數(shù)，并標(biāo)志抗汽蝕性能的好壞，C值越大，泵的抗汽蝕性能越好，對(duì)應(yīng)不同的C值。泵汽蝕比轉(zhuǎn)速在要求不同時(shí)，其大致范圍也不盡相同。對(duì)抗汽蝕性能較高的離心泵c值范圍一般在1000-1600，而效率和抗汽蝕性能兩者較為平衡的c值一般在800-1000之間，而只注重效率的離心泵c值一般在600-800之間。根據(jù)計(jì)算公式可以看出，在流量相同的情況下，汽蝕余量越高的離心泵其汽蝕轉(zhuǎn)速越小。泵汽蝕比轉(zhuǎn)速對(duì)于泵的效率有著一定的影響，在通常情況下，人們會(huì)通過(guò)改變泵汽蝕比轉(zhuǎn)速來(lái)提高泵的效率。但是在現(xiàn)實(shí)情況下，若要提高泵的效率，前提是泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生汽蝕，才可以適當(dāng)降低一下汽蝕余量，但是這樣做結(jié)果是泵汽蝕轉(zhuǎn)速超過(guò)了額定值。另外，泵的汽蝕余量對(duì)于泵的汽蝕性能的影響較大，因此在實(shí)際情況中，泵汽蝕比轉(zhuǎn)速一般作為參考數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行研究。

1.3 修正系數(shù)

修正系數(shù)是離心泵進(jìn)口幾何參數(shù)中比較重要的一個(gè)參數(shù)，對(duì)于泵汽蝕余量有著重要的影響。通過(guò)查找文獻(xiàn)，對(duì)于不同情況下修正系數(shù)的建議取值也不相同，不同的研究者通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究提出了不同的建議值，另外還有學(xué)者確定了修正系數(shù)的取值范圍。對(duì)于離心泵進(jìn)口葉片幾何形狀與泵汽蝕性能的相關(guān)性研究來(lái)說(shuō)，修正系數(shù)是重要的參考數(shù)據(jù)。

2 離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀對(duì)離心泵汽蝕性能影響研究

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

針對(duì)離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀和泵汽蝕性能的相關(guān)性研究，文章主要研究對(duì)象采用國(guó)內(nèi)比較常見(jiàn)的ZA150-315型石油化工泵。這一型號(hào)的離心泵性能參數(shù)比較常見(jiàn)，比較符合要求。其性能參數(shù)如下：揚(yáng)程32.5m，設(shè)計(jì)流量220m3/h，汽蝕余量1.7m。

2.2 計(jì)算方法

文章主要采用閉式水泵汽蝕實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行研究，改變進(jìn)口壓力通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)口閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。扭矩儀進(jìn)行水泵轉(zhuǎn)速和軸功率的測(cè)量，而渦輪流量計(jì)進(jìn)行流量的測(cè)量。文章實(shí)驗(yàn)采用的離心泵為單級(jí)單吸離心泵，同時(shí)離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀要滿足以下條件：葉輪葉片數(shù)量為6，葉輪外徑217mm，葉片出口角為22.5°。然后采用控制變量法進(jìn)行研究，來(lái)觀察離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀對(duì)離心泵汽蝕性能的影響。

在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，控制方程一般是連續(xù)性方程和動(dòng)量方程，根據(jù)不同情況選擇不同的控制方程來(lái)進(jìn)行控制測(cè)量計(jì)算。計(jì)算方法一般，采用隱式分離算法求解控制方程，與此同時(shí)利用SIMPLEC算法進(jìn)行壓力修正。汽蝕損傷實(shí)驗(yàn)主要是在每個(gè)葉輪最高效率點(diǎn)流量的70%、50%、25%及3%揚(yáng)程下降點(diǎn)汽蝕的條件下進(jìn)行，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬葉輪的汽蝕損傷，同時(shí)通過(guò)葉輪內(nèi)的金屬層變化和油漆涂層脫落情況來(lái)進(jìn)行汽蝕性能的判斷。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出，汽蝕損傷發(fā)生的部位主要有葉片吸力面中央附近、后蓋板上靠近吸力面并與吸力面上損傷位置相對(duì)應(yīng)的部位、葉片壓力面進(jìn)口外端處以及前蓋板靠近葉片進(jìn)口壓力面損傷的部位。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出流量和運(yùn)行時(shí)間對(duì)每個(gè)葉輪的汽蝕損傷部位不產(chǎn)生影響。與此同時(shí)，還可以確認(rèn)在相同流量下，葉片進(jìn)口角對(duì)于汽蝕損傷位置也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。同時(shí)還可以看出后蓋板上的汽蝕損傷主要受葉片進(jìn)口吸力面的影響，而且在小流量區(qū)域，葉片吸力面上的氣泡發(fā)生位置和葉輪進(jìn)口流道在子午面上的彎曲情況對(duì)于離心泵汽蝕損傷有著一定的影響。另外，通過(guò)離心泵在不同流量工況下汽蝕性能的變化研究可以看出，離心泵的汽蝕余量與流量有著密切的關(guān)系，兩者成正比。因此，在進(jìn)行離心泵汽蝕性能的研究時(shí)，葉片進(jìn)口段形狀越接近流線型的泵抗汽蝕性能越好，加大葉片進(jìn)口段的曲率半徑對(duì)于泵汽蝕性能的改善有著十分重要的作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究可以看出，離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀對(duì)于泵汽蝕性能有著重要的影響。通過(guò)分析可知在離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀趨于流線型時(shí)，離心泵的抗汽蝕性能越好，汽蝕余量的降低可以通過(guò)增加離心泵葉片進(jìn)口段的曲率半徑，從而改善離心泵的汽蝕性能。加強(qiáng)對(duì)離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀與泵汽蝕性能的相關(guān)性研究，可以提高泵的效率，改善泵的汽蝕性能。

參考文獻(xiàn)

[1]張建華，楚武利，馬文英.離心泵的葉片進(jìn)口幾何形狀對(duì)泵汽蝕性能的影響[J].流體機(jī)械，2012（8）：112-113.

[2]姬凱，刁成杰，李海峰.葉片進(jìn)口修緣對(duì)離心泵汽蝕性能影響的數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究[J].裝備機(jī)械，2014（1）：128-129.

[3]王秀禮，袁壽其.長(zhǎng)短葉片離心泵汽蝕性能數(shù)值模擬分析及實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)機(jī)械工程，2012（10）：109-110.