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輸送水時葉片數(shù)對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)。對對數(shù)螺旋線葉片單級離心泵性能進行了理論研究,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)對離心栗性能影響方面的認(rèn)識。
原機喊工業(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)這種型號的油泵。研究被輸送液體不同粘度下葉片數(shù)對Y型離心油泵性能的影響,從而確定優(yōu)葉片數(shù)對豐富離心油泵設(shè)計理論和提高性能都有不可忽視的價值。
本課題選擇65Y60型離心油杲為研究對象,研究葉片數(shù)對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)計提供依據(jù)。本文中僅給出輸送清水時的實驗結(jié)果。
2實驗裝置研究模型為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。實驗時,保持泵體流道和葉輪幾何形狀不變,僅改變?nèi)~片數(shù)。5個實驗葉輪的葉片數(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。實驗葉輪由該泵的制造廠采用與原配葉輪相同的方法制造。
實驗液體為清水。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型渦輪流量計以及閘閥流回水箱。利用閘閥調(diào)節(jié)泵工況點。利用渦輪流量計測量水的體積流量。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,測量出泵出口與進口的液體靜壓力差,從而計算出泵的揚程。實驗前,利用精度為0.05級的YS-60型活塞式壓力計對差壓變送器及其二次儀表進行標(biāo)定。栗由額定功率為22kW的兩極電動機通過JC1A型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(扭矩儀)驅(qū)動。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。實驗證明,流量、揚程、軸功率和效率的總實驗結(jié)果與討論利用計算機程序?qū)嶒炘紨?shù)據(jù)進行處理,得到規(guī)定轉(zhuǎn)速為2950r/min時的流量、揚程、軸功率和效率的離散點,然后采用5次多項式對離散點進行擬合,后得到光滑的實驗曲線。本文直接給出這種光滑的實驗曲線。
葉片數(shù)對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,栗的性能曲線。(a)表示揚程隨流量的變化,(b)表示效率隨流量的變化。當(dāng)葉片由3片增加到5片時,不但揚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,不但揚程曲線整體向上平移量很小,而且揚程曲線還出現(xiàn)了駝峰,流量范圍也變窄了。因此較多的葉片數(shù)會引起揚程曲線出現(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)工況的揚程幾乎線性增加,但是優(yōu)工況的流量和效率在Z =5時值大,所以輸送清水時,對本文實驗的葉輪來說,Z =5是優(yōu)葉片數(shù)。
葉片數(shù)對葉輪內(nèi)部流動的影響為了說明不同葉片數(shù)時離心泵性能的變化原因,采用丨5的計算方法分別計算優(yōu)工況下5個實驗葉輪的內(nèi)部清水流動。與以往不同的是,計算時,通過葉片尾部滿足Kutta條件來確定滑移系數(shù)。表示計算流場時得到的滑移系數(shù)分別與中Wiesner、教科書丨7中Stodola經(jīng)驗公式的對比。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,由流動計算確定的滑移系數(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)驗公式的計算值都比通過流場計算得到滑移系數(shù)平均大7.Stodola經(jīng)驗公式的計算值在葉片數(shù)Z= 3的時候,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)驗公式計算理論揚程時,會使理論揚程比實際需要的小,葉輪直徑也。欢褂肧todola經(jīng)驗公式計算理論揚程時,會使理論揚程比實際需要的大,葉輪直徑也大,特別是在葉片數(shù)小于5時。
葉片表面流體動力負(fù)荷系數(shù)葉片表面流體動力負(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.流體動力負(fù)荷系數(shù)越大,流道內(nèi)的二次流越強,流動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,揚程下降。為此,將大流體動力負(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個增加到10個,凈增4個,表面摩擦損失有所增加,但是由于葉輪內(nèi)部二次流強度大幅度減弱了,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,但是由于葉輪內(nèi)部二次流強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)在性能實驗時測量出。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)的實際幾何尺寸,計算通過前口環(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。計算時,僅計算通過前口環(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際揚程除以理論揚程。實際揚程已經(jīng)由性能實驗得到。理論揚程由理論流量、葉輪出口幾何尺寸和流場計算中得到的滑移系數(shù)計算。
機械效率等于泵軸功率減去機械摩擦功率的差除以軸功率。機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丨的方法計算圓盤摩擦功率,然后擴大1.5倍,作為總的機械摩擦功率。
表1給出了計算的優(yōu)工況容積效率、水力效率和機械效率。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,泵效率的計算值與實驗值的對比。預(yù)測的效率的變化趨勢與實驗值比較吻合,但是由于容積效率和機械效率計算可能不十分準(zhǔn)確,所以兩者之間還存在一定差距。這需要進一步研究。
表1計算的優(yōu)工況效率葉片數(shù)容積效率(%)水力效率(%)機械效率當(dāng)葉片由3片增加到5片時,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個葉片是優(yōu)的。
通過計算優(yōu)工況的葉輪內(nèi)部流動,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,氣量在穩(wěn)定狀態(tài)下變化,見M2對栗結(jié)構(gòu)的影響而減少,引起泵的實際量 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
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