前置導葉對雙吸離心泵性能影響試驗研究

陳睿池+謝淑娟+趙越+王海民+黃雄

摘要：為了優化離心泵運行工況，運用葉輪機械設計、前置導葉預旋調節的基本理論，并結合誘導輪設計理論，設計了兩種不同葉高的雙吸泵前置誘導葉片.對帶有不同葉高前置葉片的雙吸泵進行了試驗研究.研究結果表明：帶有誘導葉片的雙吸泵雖然揚程略有降低，且在大流量區域效率降低，但其功率消耗降低，最大可節能3.34%，且高效區往小流量偏移；14 mm葉高誘導葉片調節效果明顯優于20 mm葉高誘導葉片，且能夠有效地將雙吸泵高效區往小流量偏移，同時降低離心泵功率消耗.

關鍵詞：雙吸離心泵； 前置導葉預旋； 葉高； 功率消耗

中圖分類號： TH 311 文獻標志碼： A

Abstract：In order to improve the performance of the double suction centrifugal pump，front guide vanes with two different heights were designed using the basic design theory of turbomachinery and prespin regulating of guide vanes，as well as inducer design theory.The experimental studies on the impact of guide vanes with different heights on the characteristics of double suction centrifugal pump performance were also conducted.The results showed that the power consumption of the double suction pump with reasonable height of guide vanes could be reduced by 3.34%，and the guide vanes could improve the efficiency of double suction centrifugal pump at the condition of a small flow rate.The adjusting effect with 14 mm guide vanes was markedly better than that with 20 mm guide vanes.At the same time，the high efficiency district of the double suction centrifugal pump moved to the small flow rate zone，and the energy consumption could be reduced by using the 14 mm guide vanes.

Keywords：double suction centrifugal pump； front guide vane preswirl； blade height； energy consumption

離心泵耗能總量巨大，因此對其進行節能研究有著重要的意義.在離心泵實際運行中，存在著運行效率低于設計效率的現象，這主要是因為離心泵的運行工況低于設計工況的要求，而致使其長期在小流量、低效率工況下運行[1].因此，為了提高離心泵實際運行時的水力性能，除了重視泵自身的節能，還應尋求一種高效的工況調節方式[2].其中前置導葉預旋調節是一種具有較大節能潛力的工況調節方式，并且已在工程實際中得到廣泛的研究與應用[3-4].在工程應用中，離心泵按葉輪吸入方式可分為單吸泵和雙吸泵.目前研究較多的是運用前置導葉預旋調節方式提高單吸泵的水利性能，如文獻[5]數值模擬了不同預旋角度下前置導葉離心泵全流道的三維湍流流場，從而驗證了離心泵前置導葉預旋調節能夠有效地改善離心泵在非設計工況下的水力性能；文獻[6]運用葉輪機械設計基本理論，基于整流片和Gottingen364翼型設計了正預旋角度的等厚直葉片及Gottingen彎葉片，試驗研究表明，前置導葉預旋能有效改善單吸泵的水力性能，且Gottingen彎葉片前置導葉調節效果優于等厚直葉片前置導葉；文獻[7]研究了前置導葉的不同安裝方式對單吸泵效率及功率的影響，試驗結果表明，采用前置導葉長弦端靠近中心軸的安裝方式對離心泵外特性的改善效果要優于前置導葉短弦端靠近中心軸的安裝方式；另外，對于帶有前置導葉離心泵的空化性能也做了一定的研究[8].目前國內外學者對雙吸泵做了各方面的研究[9-13]，主要有：文獻[14]通過試驗研究了葉輪形式對雙吸泵壓力脈動的影響；文獻[11]運用數值模擬方法對扭曲葉片雙吸泵內部流場進行了三維模擬.但是對于利用前置導葉預旋調節的方式改善雙吸泵性能的研究較少，因此，對此開展研究顯得尤為必要.

本文運用葉輪機械設計基本理論，并結合誘導輪設計基本理論[15]，設計了不同葉高的雙吸泵前置導葉，并對加裝不同葉高前置導葉的雙吸泵進行外特性試驗研究，從而為前置導葉的優化設計提供參考.

1 帶有誘導葉片的雙吸泵外特性試驗研究

1.1 雙吸泵誘導葉片的設計及布置

根據誘導輪設計基本理論[15]和葉輪機械設計基本理論，并考慮到葉輪進口幾何空間，簡化了部分計算步驟，繪制出雙吸泵誘導葉片葉型簡圖.誘導葉片如圖1所示.此處設計了不同葉高的雙吸泵誘導葉片，Ⅰ型、Ⅱ型葉片的葉高分別為14、20 mm.

誘導葉片被焊接在軸套上后，將其隨軸套一起安裝在雙吸泵葉輪兩側進口處，組裝成雙吸泵.誘導葉片與軸套焊接圖、雙吸泵誘導葉片安裝圖分別如圖2、3所示.Ⅰ型、Ⅱ型葉片焊接好后，安裝在雙吸泵進口葉輪前，并在自有的試驗平臺上進行雙吸泵外特性試驗.