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輸送水時(shí)葉片數(shù)對(duì)離心油泵性能的影響
2020-10-19 08:38:10 來源:水泵網(wǎng)一般地說,葉片數(shù)對(duì)離心泵性能的影響是非線性的,存在著優(yōu)葉片數(shù);優(yōu)葉片數(shù)與比轉(zhuǎn)速有關(guān)。對(duì)對(duì)數(shù)螺旋線葉片單級(jí)離心泵性能進(jìn)行了理論研究,得到優(yōu)葉片數(shù)為7片。這些研究成果豐富了關(guān)于葉片數(shù)對(duì)離心栗性能影響方面的認(rèn)識(shí)。
原機(jī)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(xiàng)目。
水泵技術(shù)2000.3 Y型離心油泵在陸上油田和煉油廠中應(yīng)用比較普遍,因內(nèi)不少泵制造廠都生產(chǎn)這種型號(hào)的油泵。研究被輸送液體不同粘度下葉片數(shù)對(duì)Y型離心油泵性能的影響,從而確定優(yōu)葉片數(shù)對(duì)豐富離心油泵設(shè)計(jì)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(duì)象,研究葉片數(shù)對(duì)該離心油泵性能的影響,借此得到了優(yōu)葉片數(shù),為離心油泵的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文中僅給出輸送清水時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2實(shí)驗(yàn)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450T的熱油,其設(shè)計(jì)參數(shù)為:Q=25m3/h,/f=60m,n=2950r/min,比轉(zhuǎn)速ns=3.65/1瓜/奶!=410為65Y60型離心油泵的結(jié)構(gòu)剖面圖。實(shí)驗(yàn)時(shí),保持泵體流道和葉輪幾何形狀不變,僅改變?nèi)~片數(shù)。5個(gè)實(shí)驗(yàn)葉輪的葉片數(shù)分別為3、4、5、6和7,其它幾何參數(shù)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(shù)為5的葉輪為該泵的原配葉輪。實(shí)驗(yàn)葉輪由該泵的制造廠采用與原配葉輪相同的方法制造。
實(shí)驗(yàn)液體為清水。水從凈容積為1.35m3的水箱經(jīng)過球闊和長為14m、內(nèi)徑為65mm的吸入管道流人泵內(nèi),然后經(jīng)過總長度約為4.5m、內(nèi)徑為50nun的排出管道和LW-50型渦輪流量計(jì)以及閘閥流回水箱。利用閘閥調(diào)節(jié)泵工況點(diǎn)。利用渦輪流量計(jì)測量水的體積流量。分別將泵入口和出口的測壓環(huán)通過塑料導(dǎo)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(jì)算出泵的揚(yáng)程。實(shí)驗(yàn)前,利用精度為0.05級(jí)的YS-60型活塞式壓力計(jì)對(duì)差壓變送器及其二次儀表進(jìn)行標(biāo)定。栗由額定功率為22kW的兩極電動(dòng)機(jī)通過JC1A型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(扭矩儀)驅(qū)動(dòng)。利用扭矩儀測量輸入到泵軸上的扭矩和轉(zhuǎn)速,從而確定泵的軸功率。實(shí)驗(yàn)證明,流量、揚(yáng)程、軸功率和效率的總實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論利用計(jì)算機(jī)程序?qū)?shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到規(guī)定轉(zhuǎn)速為2950r/min時(shí)的流量、揚(yáng)程、軸功率和效率的離散點(diǎn),然后采用5次多項(xiàng)式對(duì)離散點(diǎn)進(jìn)行擬合,后得到光滑的實(shí)驗(yàn)曲線。本文直接給出這種光滑的實(shí)驗(yàn)曲線。
葉片數(shù)對(duì)栗性能的影響水泵技術(shù)表示了配帶不同葉片數(shù)葉輪時(shí),栗的性能曲線。(a)表示揚(yáng)程隨流量的變化,(b)表示效率隨流量的變化。當(dāng)葉片由3片增加到5片時(shí),不但揚(yáng)程曲線整體向上平移,而且流量范圍也變寬了。但是當(dāng)葉片由5片增加到7片時(shí),不但揚(yáng)程曲線整體向上平移量很小,而且揚(yáng)程曲線還出現(xiàn)了駝峰,流量范圍也變窄了。因此較多的葉片數(shù)會(huì)引起揚(yáng)程曲線出現(xiàn)駝峰。當(dāng)流量大于27m3/h(Z =6)和32m3/h(Z二7)以后,揚(yáng)程很快跌落。說明泵內(nèi)已經(jīng)發(fā)生了汽蝕。由(b)可知,2=5的葉輪不的葉片數(shù)是優(yōu)的。
表示了優(yōu)工況參數(shù)隨葉片數(shù)的變化。由圖可知,隨著葉片數(shù)的增大,優(yōu)工況的揚(yáng)程幾乎線性增加,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(duì)本文實(shí)驗(yàn)的葉輪來說,Z =5是優(yōu)葉片數(shù)。
葉片數(shù)對(duì)葉輪內(nèi)部流動(dòng)的影響為了說明不同葉片數(shù)時(shí)離心泵性能的變化原因,采用丨5的計(jì)算方法分別計(jì)算優(yōu)工況下5個(gè)實(shí)驗(yàn)葉輪的內(nèi)部清水流動(dòng)。與以往不同的是,計(jì)算時(shí),通過葉片尾部滿足Kutta條件來確定滑移系數(shù)。表示計(jì)算流場時(shí)得到的滑移系數(shù)分別與中Wiesner、教科書丨7中Stodola經(jīng)驗(yàn)公式的對(duì)比。其中Wies-ner的滑移系數(shù)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(shù)公式為由圖可知,由流動(dòng)計(jì)算確定的滑移系數(shù)隨葉片數(shù)按線性規(guī)律變化,它與葉片數(shù)的關(guān)系為 水泵技術(shù)Wiesner經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算值都比通過流場計(jì)算得到滑移系數(shù)平均大7.Stodola經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算值在葉片數(shù)Z= 3的時(shí)候,比通過流場得到滑移系數(shù)小22;隨著葉片數(shù)的增大兩者之間的差別減小。由此可見,使用Wiesner經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算理論揚(yáng)程時(shí),會(huì)使理論揚(yáng)程比實(shí)際需要的小,葉輪直徑也。欢褂肧todola經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算理論揚(yáng)程時(shí),會(huì)使理論揚(yáng)程比實(shí)際需要的大,葉輪直徑也大,特別是在葉片數(shù)小于5時(shí)。
葉片表面流體動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)葉片表面流體動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)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(fù)荷系數(shù)越大,流道內(nèi)的二次流越強(qiáng),流動(dòng)在葉片的壓力面和吸力面越容易分離,結(jié)果葉輪的水力損失增大,揚(yáng)程下降。為此,將大流體動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)隨葉片數(shù)的變化關(guān)系畫于中。葉片由3片增加到5片,大流體動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)由7. 86降低到4.55,下降到約為原來的58,大致與葉片數(shù)成反比;葉片由5片增加到7片,大流體動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)由4.55降低到4. 07,下降到約為原來的89.由于下降量小,大流體動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)不再與葉片數(shù)成反比,因此5葉片葉輪內(nèi)的二次流強(qiáng)度與7葉片葉輪大體相當(dāng)。這說明,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(nèi)部二次流強(qiáng)度大幅度減弱了,二次流引起的水力損失減少很多,所以總的來說降低了水力損失,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(nèi)部二次流強(qiáng)度并沒有十分明顯的減弱,二次流引起的水力損失減少很小,所以總的來說水力損失增加,水力效率下降,泵效率降低。
泵效率預(yù)測泵效率等于容積效率、水力效率和機(jī)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葉輪理論體積流量。泵體積流量已經(jīng)在性能實(shí)驗(yàn)時(shí)測量出。理論體積流量等于通過葉輪前口環(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(jì)算通過前口環(huán)的泄漏流量。
通過后口環(huán)和平衡孔的泄漏流量的計(jì)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、間隙大小和長度完全相同,同時(shí)考慮到平衡孔的節(jié)流作用,所以通過后口環(huán)和平衡孔的泄漏量要比前口環(huán)小。計(jì)算時(shí),僅計(jì)算通過前口環(huán)的泄漏流量,近似取通過后口環(huán)和平衡孔的泄漏量為通過前口環(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(yáng)程除以理論揚(yáng)程。實(shí)際揚(yáng)程已經(jīng)由性能實(shí)驗(yàn)得到。理論揚(yáng)程由理論流量、葉輪出口幾何尺寸和流場計(jì)算中得到的滑移系數(shù)計(jì)算。
機(jī)械效率等于泵軸功率減去機(jī)械摩擦功率的差除以軸功率。機(jī)械摩擦功率包括葉輪圓盤摩擦功率和軸承、軸密封等摩擦副的機(jī)械摩擦功率。其中圓盤摩擦功率是主要的。采用1丨的方法計(jì)算圓盤摩擦功率,然后擴(kuò)大1.5倍,作為總的機(jī)械摩擦功率。
表1給出了計(jì)算的優(yōu)工況容積效率、水力效率和機(jī)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(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比。預(yù)測的效率的變化趨勢與實(shí)驗(yàn)值比較吻合,但是由于容積效率和機(jī)械效率計(jì)算可能不十分準(zhǔn)確,所以兩者之間還存在一定差距。這需要進(jìn)一步研究。
表1計(jì)算的優(yōu)工況效率葉片數(shù)容積效率(%)水力效率(%)機(jī)械效率當(dāng)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5片以后,效率反而下降,所以在葉輪目前的幾何參數(shù)條件下,5個(gè)葉片是優(yōu)的。
通過計(jì)算優(yōu)工況的葉輪內(nèi)部流動(dòng),可以確定滑移系數(shù),滑移系數(shù)與葉片數(shù)成正比。
隨著葉片數(shù)的增加,葉片表面流體動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)下降,但是超過5片以后,負(fù)荷系數(shù)下降幅度較小,因此流體表面摩擦損失增大。(下轉(zhuǎn)第13頁)水泵技術(shù)2000.3量的嚴(yán)重不足,水環(huán)變得極不穩(wěn)定,工作中常出現(xiàn)不正常特性一達(dá)到某一壓縮比后,吸氣量急劇減少,越過此點(diǎn),氣量在穩(wěn)定狀態(tài)下變化,見M2對(duì)栗結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的合理性。留言新發(fā)布
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