淺析離心式管道泵影響效率的關(guān)鍵技術(shù)

潘天朝

摘 要：離心式管道泵主要是由電機、泵殼、泵蓋、葉輪組成，結(jié)構(gòu)相對較為簡單且可靠，一般經(jīng)調(diào)試完成的性能使用較穩(wěn)定。離心式管道工作過程中，泵內(nèi)流動的水受到其與流道和泵葉輪表面的摩擦以及水本身粘度的影響，泵所消耗的能量主要用于抵抗水表面的流動摩擦力及渦流阻力，通過相關(guān)技術(shù)分析，實現(xiàn)離心式管道泵效率的提升。

關(guān)鍵詞：離心式；管道泵；提升效率；關(guān)鍵技術(shù)

一、引言

離心式管道泵主要是由電機、泵殼、泵蓋、葉輪組成，結(jié)構(gòu)相對較為簡單且可靠，一般經(jīng)調(diào)試完成的性能使用較穩(wěn)定。管道泵的通用性好，可應(yīng)用在供暖及空調(diào)系列冷熱水循環(huán)，水廠供水，消防噴淋，管道增壓，泳池供水，噴泉供水，農(nóng)田灌溉和工業(yè)液體的輸送等。其工作原理簡單，依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)，迫使葉輪中心的液體以很高的速度被拋開，從而在葉輪中心形成低壓，低位槽中的液體因此被源源不斷地吸上。葉輪旋轉(zhuǎn)時，對位于葉片間的流體做功，流體受離心作用，由葉輪中心被拋向外圍。泵殼匯集從各葉片間被拋出的液體，這些液體在殼內(nèi)順著蝸殼型通道逐漸擴大的方向流動，使流體的動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。離心式管道工作過程中，泵內(nèi)流動的水受到其與流道和泵葉輪表面的摩擦以及水本身粘度的影響，泵所消耗的能量主要用于抵抗水表面的流動摩擦力及渦流阻力，要提升離心式管道泵效率，需要系統(tǒng)分析整泵結(jié)構(gòu)與水力模型的相關(guān)技術(shù)。

二、離心式管道泵簡介

離心式管道泵是單吸單級離心泵的一種，屬立式結(jié)構(gòu)，因其進出口在同一直線上，且進出口口徑相同，仿似一段管道，可安裝在管道的任何位置。結(jié)構(gòu)特點：為單吸單級離心泵，進出口相同并在同一直線上，和軸中心線成直交。主要零部件如下圖所示1泵殼、2葉輪、3機械密封、4泵蓋、5接線盒、6電機。

三、影響效率的因素

1、管道泵容積損失

離心式管道泵葉輪與泵殼存在一定的間隙，由于間隙兩端的壓力不同，液體通過間隙從高壓側(cè)向低壓側(cè)泄漏，于是從泵內(nèi)獲得一定能量的液體，并沒有完全輸送出去，而以節(jié)流損失的形式將能量損失掉。經(jīng)測試對比可得，對于單級離心式管道泵，葉輪進水口環(huán)外徑與泵殼配合的長度對效率影響較小，而配合間隙的大小是直接影響因素。密封間隙每增加0.2mm，效率降低4%左右的反比關(guān)系，考慮間隙太小對裝配影響，密封間隙取值應(yīng)為0.5-0.75mm，此時管道泵容積損失可控制小于5%。

2、管道泵機械損失

機械損失包括軸承損失功率、密封損失和圓盤摩擦損失功率，軸承損失、密封損失量較小，也是不可避免存在的。而葉輪圓盤摩擦損失為機械損失的主要因素，葉輪旋轉(zhuǎn)的機械能并沒有全部傳給通過葉輪的液體，其中一部分消耗于克服葉輪前、后蓋板表面與殼體間液體的摩擦，這部分損失功率稱為圓盤摩擦損失。相對于離心式管道泵葉輪結(jié)構(gòu)分析可得，葉輪前、后蓋板的面積將是決定圓盤摩擦損失的主要問題點，葉輪是整泵水力性能的變化因素，葉輪外徑與揚程成正比關(guān)系，所以要確保電泵揚程則需要有一定的葉輪外徑尺寸，而葉輪外徑越大圓盤摩擦損失也越大，通過合理設(shè)計葉輪外徑尺寸，或者對葉輪葉片曲率調(diào)整來減少葉輪外徑是可以減少圓盤摩擦損失，從而減少機械損失。

3、管道泵水力損失

水力損失將直接應(yīng)影響離心式管道泵的水力效率和特性，它包括摩擦損失、渦流和沖擊損失。摩擦損失指流體在葉輪和其他過流部件中的沿程損失，它的大小約等于流量的平方。渦流和沖擊損失指流體在渦殼全部流動過程中的轉(zhuǎn)彎、擴大和收縮等造成的損失，單就葉輪來講是指流體對葉片入口處的沖擊和流量變化時葉輪內(nèi)的渦流損失。在額定流量時，葉輪中的這種損失幾乎為零，當(dāng)大于或小于額定流量時，這種損失開始出現(xiàn)并且與額定流量相差越多損失就越大，隨流量的平方而增加。這種沖擊損失的分布是由于小于額定流量時，流體以大于葉輪安裝角的角度沖擊葉片，把流體擠到葉片工作面上并在背面上形成渦流區(qū)；當(dāng)流量大于額定流量時，流體與葉片相遇時的角度小于葉片安裝角，流體被壓向葉片的背面，在工作面上形成密閉的渦流之故。水力損失主要是在葉輪和各通流部件中，在葉輪和其他通流部件中的損失，大約各占50%。葉輪葉片入口處邊緣磨損后，由于入口角改變，將產(chǎn)生不正常的入口沖擊，葉片間流道粘污后，減少了有效過流面積，水流速度增加，從而加大了水力損失。新配葉輪時，應(yīng)盡可能清除流道中的毛刺，保持內(nèi)壁光滑，以減少額外的水力損失。

四、技術(shù)分析

當(dāng)一臺管道泵各部正常時，它的效率將取決水力損失的大小。水力損失中的摩擦損失是不可避免的，眾所周知，水具有粘滯的特性，單位體積的水和過流部件表面作相對運動時，維持其運動所需的能量和其粘度、接觸面積、表面粗糙度、沿途行程的長短有關(guān)，并與水流運動速度的三次方成正比。

水在流道中流動時，和流道表面接觸的表面水的運行速度將相對降低，并且能使水流中形成渦流而造成能量消耗，表面水的相對運行速度越快而造成的能量損失越大，因此擴大流道面積或降低水在流道中流動時的運行速度，能減小能量消耗，提高運行效率。水與水之間作相對運動所需的能量是很小的，基本上取決于水的粘度的大小。

沖擊損失和水流速度也有很大的關(guān)系，當(dāng)水的流速太大時，特別是在葉輪吸水口附近處，當(dāng)水流以較大的軸向速度流向葉輪吸水口，而葉輪又將其帶動旋轉(zhuǎn)又以徑向速度拋向葉輪出水口，可以說其軸向流速具有的動能在葉輪吸水口附近消耗殆盡。

五、總結(jié)

離心式管道泵被安排在一定的管路系統(tǒng)中工作時，其實際工作情況就不僅與離心泵本身的特性有關(guān)，而且還取決于管路的工作特性，所以安裝管路系統(tǒng)特性對管道泵效率提升也。離心式管道泵應(yīng)從設(shè)計、開模、鑄造、加工全過程把關(guān)控制，使其設(shè)計合理、開模符合設(shè)計要求，再應(yīng)用先進的鑄造工藝，減少鑄造誤差，最終通過精心加工、打磨，使最終的產(chǎn)品與設(shè)計理念相吻合，達(dá)到整體效率的最佳狀態(tài)。

參考文獻

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[2]關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊[M].北京；宇航出版社

[3]牟介剛、李必祥.離心泵設(shè)計實用技術(shù)[M].北京；機械工業(yè)出版社

（作者單位：廣東凌霄泵業(yè)股份有限公司）