离心泵性能与叶轮几何尺寸的关系
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二、离心泵的基本方程式离心泵基本方程式从理论上表达了泵的压头与其结构、尺寸、转速及流量等因素之间的关系,它是用于计算离心泵理论压头的基本公式。
离心泵的理论压头是指在理想情况下离心泵可能达到的最大压头。
所谓理想情况就是:①叶轮为具有无限多叶片(叶片的厚度当然为无限薄)的理想叶轮,因此液体质点将完全沿着叶片表面流动,不发生任何环流现象;②被输送的液体是理想液体,因此无粘性的液体在叶轮内流动时不存在流动阻力。
这样,离心泵的理论压头就是具有无限多叶片的离心泵对单位重量理想液体所提供的能量。
显然,上述假设是为了便于分析研究液体在叶轮内的运动情况,从而导出离心泵的基本方程式。
(一)液体通过叶轮的流动离心泵工作时,液体一方面随叶轮作旋转运动,同时又经叶轮流道向外流动,因此液体在叶轮内的流动情况是十分复杂的。
如图2—5所示,液体质点沿着轴向以绝对速度co进入叶轮,在叶片人口处转为径向运动,此时液体一方面以圆周速度u1随叶轮旋转,其运动方向与液体质点所在处的圆周的切线方向一致,大小与所在处的半径及转速有关;另一方面以相对速度侧,在叶片间作相对于旋转叶轮的相对运动,其运动方向是液体质点所在处的叶片切线方向,大小与液体流量及流道的形状有关。
两者的合速度为绝对速度c1,此即为液体质点相对于泵壳(固定于地面)的绝对运动速度。
同样,在叶片出口处,圆周速度为u2,相对速度为ws,两者的合速度即为液体在叶轮出口处的绝对速度c2。
图2—5 液体在离心泵中的流动由上述三个速度所组成的矢量图,称为速度三角形。
如图2—5中出口速度三角形所示,α表示绝对速度与圆周速度两矢量之间的夹角,β表示相对速度与圆周速度反方向延线的夹角,一般称之为流动角。
α及β的大小与叶片的形状有关。
根据速度三角形可确定各速度间的数量关系。
由余弦定律得知111212121cos 2αu c u c w -+=(2—1)222222222cos 2αu c u c w -+=(2—1a)由此可知,叶片的形状影响液体在泵内的流动情况以及离心泵的性能。
叶轮平衡孔直径对离心泵水力性能的影响刘在伦;石福翔;王仁忠;张森;孙雨【摘要】开平衡孔双密封环叶轮具有能平衡大部分轴向力的特性,至今仍广泛应用于离心泵中.在降速后的IS80-50-315型离心泵上,用平衡孔直径为0、6、8、10 mm的同一个叶轮,对泵的性能、前后泵腔和平衡腔的液体压力进行了系统测试.试验结果表明,加大叶轮平衡孔直径,会使泵的扬程降低,输入功率增大,效率降低;前后泵腔液体压力在相同半径处随着叶轮平衡孔直径的增大而减少,且后泵腔液体压力平均值较前泵腔液体压力高;在后密封环径向间隙不变时,随着叶轮平衡孔直径的增大,平衡腔液体压力无因次曲线变得平坦,从控制平衡腔液体压力及轴向力角度,后密封环径向间隙断面面积与叶轮平衡孔总面积存在最佳比值.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2016(042)006【总页数】5页(P57-61)【关键词】离心泵;叶轮平衡孔;性能;泵腔压力;平衡腔压力【作者】刘在伦;石福翔;王仁忠;张森;孙雨【作者单位】兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学温州泵阀工程研究院,浙江温州325105;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;松溪县中等职业技术学校,福建松溪353500;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TH311开平衡孔双密封环叶轮具有能平衡大部分轴向力的特性,至今仍广泛应用于离心泵中.这种叶轮平衡轴向力的程度取决于叶轮后密封环直径与前密封环直径的比值、后密封环的长度和间隙、平衡孔的大小和数量等因素[1-6],通常将这种叶轮设计成前后密封环直径相等.丁成伟等[7-8]认为当平衡孔的总面积为后密封环径向间隙面积的5~6倍时,平衡孔平衡掉部分盖板力后其剩余轴向力约为无平衡孔时盖板力的10%~25%.在CB50-12.5-3型离心泵上,在有无叶轮平衡孔和后密封环条件下对泵性能进行了对比试验[9],试验结果表明,叶轮上无平衡孔和后密封环,可提高泵的扬程和效率,降低泵的汽蚀余量.沙玉俊等[10]在叶轮上有无平衡孔两种情况下对高温高压下运行的离心泵进行了全流道数值模拟及分析,认为叶轮平衡孔引起的泄漏液体使叶轮中水流流态变得更加紊乱,影响了泵的性能及轴向水推力.何玉洁等[11]以海水淡化多级泵为模型泵进行了后泵腔液体压力测量,将测试结果与传统的理论计算公式进行了对比分析,提出了泵腔液体压力计算的修正公式.牟介刚等[12]针对具体离心泵,采用数值模拟与试验相结合的方法,在两种叶轮平衡孔直径下研究了叶轮平衡孔对轴向力特性和前后泵腔液体压力分布的影响,从控制轴向力角度,提出了该泵叶轮平衡孔选择范围.本文以降速后的IS80-50-315型离心泵为研究对象,用平衡孔直径d为0、6、8、10 mm的同一个叶轮,对泵的性能、前后泵腔和平衡腔的液体压力进行了系统测试,研究了不同叶轮平衡孔直径下泵的性能、前后泵腔和平衡腔的液体压力的变化情况,为这种开平衡孔双密封环叶轮轴向力的准确计算提供了实际测试数据.试验是在兰州理工大学浮动叶轮离心泵闭式试验台上进行的,如图1所示.它由水箱、进出水管路系统、离心泵、智能涡轮流量计、调节阀、稳压罐及其上的压力传感器等组成.为了便于测量泵腔和平衡腔的液体压力和轴向力,将电动机布置在被测泵的进口端.泵的进口液体压力用精度为0.4级真空表和精度为0.5级电容式压力传感器同时测量,泵出口液体压力用精度为0.4级精密压力表和0.5级电容式压力传感器同时测量;流量用LW-DN50型智能涡轮流量计测量;转速与功率用安装在泵与电动机之间的转速转矩传感器测量,并配一台PI100型扭矩转速仪显示转速和泵输入功率[13].被测泵为降速后的IS80-50-315型离心泵,其设计参数为:流量qV=25 m3/h,扬程H=32 m,转速n=1 450 r/min,效率η=52%.图2为前后泵腔和平衡腔液体压力测试装置.为了测量前后泵腔液体压力,在泵体上半径为140、122、83 mm处开设3个测压孔,在泵盖上半径为157、146、116、89 mm处开设4个测压孔,闷盖上半径为44 mm处的测压孔是用来测量平衡腔液体压力.为了保证液体压力测量的精度及可靠性,专门设计的稳压罐如图3所示.稳压罐上设有精度为0.4精密压力表和精度为0.5级电容式压力传感器,压力表和电容式压力传感器相互印证并可同时读出被测压力.稳压罐上的8个测压点分别与前后泵腔测压孔和平衡腔测压孔相连接,通过切换阀门,分别测出各测压孔处液体压力,即各测压孔处液体压力是用同一块电容式压力传感器测出的.为了保证测试结果的可靠性,对前后密封环进行了专门加工,密封环直径Dm为89 mm,径向间隙b为0.2 mm,长度L为15 mm.每次测试完毕,在同一个叶轮上对平衡孔扩孔,保证叶轮平衡孔直径d为0、6、8、10 mm.试验方法是在同一个叶轮通过改变平衡孔直径使泵在不同工况下稳定工作,测试泵性能、前后泵腔和平衡腔的液体压力.2.1 叶轮平衡孔直径对泵性能的影响在叶轮平衡孔直径d为0、6、8、10 mm条件下对泵性能进行了测试,图4为流量为0.8qV、1.0qV、1.2qV时泵稳定工作的扬程、输入功率和效率的变化曲线.从图4可以看出,叶轮平衡孔直径对泵的扬程、效率和输入功率有影响,其关系曲线有一定的规律性,随着叶轮平衡孔直径的增大泵的扬程和效率是降低的,输入功率是增大的.该泵叶轮平衡孔设计直径为6 mm,叶轮平衡孔直径d=6 mm相对平衡孔直径d=0 mm下,在0.8qV时扬程降低了0.16%,输入功率增加了0.67%,效率下降了0.41%;在1.0qV时扬程降低了0.41%,输入功率增加了1.2%,效率下降了0.79%;在1.2qV时扬程降低了0.22%,输入功率增加了0.49%,效率下降了0.16%.可见,叶轮平衡孔直径d=6 mm相对平衡孔直径d=0 mm下,泵的扬程、输入功率和效率的变化不大.叶轮平衡孔直径d=10mm相对于d=6mm下,在0.8qV 时扬程降低了1.87%,输入功率增加了1.27%,效率下降了3.04%;在1.0qV时扬程降低了0.5%,输入功率增加了0.81%,效率下降了1.19%;在1.2qV时扬程降低了1.32%,输入功率增加了0.67%,效率下降了1.33%.这是因为叶轮平衡孔的存在,使一部分叶轮出口处的高压流体未能由泵出口处排出,而是经叶轮平衡孔又流回到叶轮流道中,从而形成回流.再者从叶轮平衡孔流出的射流流体使叶轮进口水流的流态变得更加紊乱,在一定程度上增大了作用在叶轮上的输入功率.上述原因导致了泵输入功率增大,效率降低.随着叶轮平衡孔直径的增大,其对泵的扬程、输入功率和效率的影响程度变大.2.2 叶轮平衡孔直径对前后泵腔液体压力分布的影响图5和图6是叶轮平衡孔直径d为0、6、8、10 mm条件下,流量为0.8qV、1.0qV、1.2qV时前后泵腔液体压力分布曲线.从图5和图6可以看出,在相同叶轮平衡孔直径下前后泵腔液体压力随着半径的增大而增大;在不同叶轮平衡孔直径下前后泵腔液体压力沿径向分布几乎是一些平行的直线,且前后泵腔液体压力在相同半径处随着叶轮平衡孔直径的增大而减小.叶轮平衡孔直径d为0、6、8、10 mm 条件下,在0.8qV时后泵腔液体压力水头平均值较前泵腔液体压力水头平均值高1.04、1.00、0.50、0.38 m;在1.0qV时后泵腔液体压力水头平均值较前泵腔液体压力水头平均值高1.20、1.17、0.77、0.69 m;在1.2qV时后泵腔液体压力水头平均值较前泵腔液体压力水头平均值高0.76、0.55、0.40、0.20 m.试验结果表明,在相同工况和相同叶轮平衡孔直径下,后泵腔液体压力平均值较前泵腔高,且随着叶轮平衡孔直径增大,后泵腔液体压力较前泵腔液体压力降低的幅度减少.在这种开平衡孔双密封环叶轮的轴向力计算中,认为密封环以上部分前后泵腔液体压力分布相同是不符合实际情况,这也是这种叶轮的理论轴向力小于实测轴向力的主要原因之一.在叶轮平衡孔直径d=10 mm相对于d=0 mm下,0.8qV时前泵腔液体压力水头平均降低了0.91 m;后泵腔液体压力水头平均降低了1.50 m,在1.0qV时前泵腔液体压力水头平均降低了0.85 m,后泵腔液体压力水头平均降低了1.20 m;在1.2qV时前泵腔液体压力水头平均降低了0.65 m,后泵腔液体压力水头平均降低了1.00 m.由此可见,加大叶轮平衡孔直径对前泵腔液体压力影响不大,但对后泵腔液体压力有较大的影响.其原因是后泵腔与前泵腔比较,多了叶轮平衡孔这道“闸阀”,随着叶轮平衡孔直径的增大,这道“闸阀”开度增大,后泵腔液体泄漏量增大,压力降低.2.3 叶轮平衡孔直径对平衡腔液体压力的影响对于既定的离心泵,其叶轮后密封环直径及径向间隙、平衡孔大小及数量对平衡腔液体压力及轴向力有着直接的影响.为了准确地描述叶轮平衡孔直径对平衡腔液体压力的影响规律,参照文献[14]引入描述平衡腔结构的无因次特征参数和压力无因次特征参数其定义如下:比面积它是叶轮的平衡孔总面积与后密封环径向间隙断面面积的比值,实质上反映了后泵腔进口到平衡孔出口与叶轮后盖板和后泵腔构成的整体流道的扩散或收缩程度.其表达式为式中:z为叶轮平衡孔数量;b为后密封环径向间隙,mm;Dm为后密封环直径,mm.压力系数它是平衡腔液体压力与泵进口液体压力的差值与水泵相应工况下扬程H 的比值,实质上反应了这种开平衡孔双密封环叶轮单位扬程在叶轮平衡孔前、后造成的压力差,其表达式为式中:p为平衡腔液体压力,Pa;p1为叶轮进口液体压力,Pa;H为水泵扬程,m.IS80-50-315型离心泵的叶轮平衡孔数量z=5,后密封环直径Dm=89 mm,后密封环径向间隙b=0.2 mm.叶轮平衡孔直径d为0、6、8、10 mm条件下,流量为0.8qV时实测泵扬程为29.49、29.44、29.28、28.89 m;流量为1.0qV时实测泵扬程为27.49、27.38、27.30、27.24 m;流量为1.2qV时实测泵扬程为25.25、25.13、24.86、24.69 m.流量为0.8qV、1.0qV、1.2qV时实测叶轮进口液体压力p1=0.叶轮平衡孔直径d为0、6、8、10 mm时对应的比面积为0、2.50、4.44、6.94.叶轮以均角速度旋转,平衡腔液体整体地绕泵轴以均角速度旋转,液体处于相对静止的平衡状态[15],可认为平衡腔液体压力和泵进口液体压力都沿着径向方向均匀分布,则平衡腔液体压力等于半径为44 mm处测得的液体压力.在叶轮平衡孔直径d为0、6、8、10 mm条件下,将流量为0.8qV、1.0qV、1.2qV时实测的平衡腔液体压力值和泵扬程值代入式(2),可获得平衡腔液体压力无因次曲线,如图7所示.从图7可以看出,压力系数与比面积的关系曲线是非线性曲线,比面积增大,压力系数降低;在后密封环径向间隙不变时,仅加大叶轮平衡孔直径,即增大比面积,压力系数降低.由于叶轮进口液体压力不变,平衡腔液体压力降低,说明加大叶轮平衡孔直径可降低平衡腔液体压力及减少轴向力;当比面积大于4时,该曲线几乎为平行于坐标轴的直线,这说明过大的叶轮平衡孔直径,对降低平衡腔压力系数及平衡腔液体压力的效果并不明显,过大的叶轮平衡孔直径还会造成泵泄漏量增加,容积效率降低.当比面积小于2.50时,平衡腔液体压力随着比面积的减小急剧增大,即平衡腔液体压力急剧增大,可见从控制平衡腔液体压力及轴向力角度,比面积存在最佳值.对于试验泵取值为2.50~4.00较为合适.1)随着叶轮平衡孔直径的增大,泵的扬程降低,输入功率增大,效率降低,且当叶轮平衡孔直径增大到6 mm以上时,各性能参数变化幅度加大.2) 加大叶轮平衡孔直径对前泵腔液体压力影响不大,但对后泵腔液体压力有较大的影响,且后泵腔液体压力平均值较前泵腔液体压力高.在这种开平衡孔双密封环叶轮的轴向力计算中,认为密封环以上部分前后泵腔液体压力分布相同,不符合实际情况.3) 加大叶轮平衡孔直径可降低平衡腔液体压力及减少轴向力,但过大的叶轮平衡孔直径其降低平衡腔液体压力及平衡轴向力的效果并不明显.从控制平衡腔液体压力及轴向力角度,比面积存在最佳值.【相关文献】[1] MARJAN G,DUSAN F,BRANE S.Hydraulic axial thrust in multistage pumps-origins and solutions [J].Journal of Fluids Engineering-Transactions of the ASME,2002,124(2):336-341.[2] 陆伟刚,张金凤,袁寿其.离心泵叶轮轴向力自动平衡新方法 [J].中国机械工程,2007,18(17):2037-2040.[3] 李伟,施卫东,蒋小平,等.屏蔽泵轴向力平衡新方法 [J].农业工程学报,2012,28(7):86-90.[4] GEORGE S,ERIC O.Experimenta1 eva1uation of axial thrust in pumps [J].World Pumps,1999,393:34-37.[5] 孔繁余,刘建瑞,施卫东,等.高速磁力泵轴向力平衡计算 [J].农业工程学报,2005,21(7):69-72 .[6] 马旭丹,吴大转,王乐勤.多级离心泵轴向力平衡装置的设计与分析 [J].农业工程学报,2010,26(8):108-112 .[7] 沈阳水泵研究所,中国农机化科学研究院.叶片泵设计手册 [M].北京:机械工业出版社,1979.[8] 丁成伟.离心泵与轴流泵原理及水力设计 [M].北京:机械工业出版社,1981.[9] 凌玮,高良凤,沙毅.比转速185的离心泵研制及平衡孔对泵性能影响的试验研究 [J].水泵技术,2013(2):20-22.[10] 沙玉俊,刘树红,吴玉林,等.平衡孔对高温高压离心泵性能的影响研究 [J].水力发电学报,2012,31(6):259-264.[11] 何玉洁,周广凤,潘金秋,等.海水淡化多机泵轴向力试验 [J].排灌机械,2009,27(2):108-109.[12] 牟介刚,范文案,郑水华,等.离心泵平衡孔面积对轴向力及外特性影响的研究 [J].机械制造,2013,51(589):58-60.[13] 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离心泵性能与叶轮几何尺寸的关系【摘要】离心泵的性能曲线即扬程-流量曲线和效率-流量曲线会因其叶轮几何参数的改变而受到影响。
本文首先介绍了离心泵的基本性能参数的定义、计算公式,然后系统的介绍了离心泵叶轮几何参数如叶片进口安放角、叶轮出口直径、叶片出口宽度等对泵性能曲线的影响,定性的分析了这些影响产生的原因以及在实际设计中如何最大限度的提高离心泵的性能。
【关键词】离心泵;性能;叶轮;叶片;几何参数引言众所周知,离心泵的工作性能与其叶轮的参数相关,即离心泵的叶片数、叶片出口安放角、叶片进口安放角、叶轮出口直径、叶片出口宽度、叶轮入口直径、叶片入口宽度及转速等均会对泵性能的产生影响。
因此,研究离心泵的叶轮几何参数的改变所引起泵性能的变化问题,显得十分必要。
1 离心泵的组成及工作原理离心泵主要构成部分有吸入室、叶轮以及压出室。
吸入室一般位于水面下叶轮进水口的前面,有直锥形、弯管形和螺旋形三种形式,起到把液体引入叶轮的作用;叶轮由盖板和若干个叶片组成,是泵心脏;压出室主要有蜗壳式、导叶和空间导叶三种形式。
离心泵一般用电动机带动。
在工作前,先将泵体内充满被输送的液体,当原动机高速旋转时,通过轴传动到叶轮,带动叶轮高速旋转,叶轮上的叶片将带动液体旋转,在离心力的作用下液体从叶轮中心向叶轮外缘流去,叶轮外缘的流体带有一定的压力能和动能,流速一般可达15~25m/s,高速流体从叶轮出口外缘排出,经由压出室、排出管和出口管道到达目的地。
另一方面当泵内的液体从叶轮中心被甩到叶轮外缘的时候,在叶轮中心会形成低压区,在压差作用下,流体由吸入管经由吸入室流向叶轮中心,这样源源不断的会有液体从泵里流进再流出,这样,离心泵便完成了连续输送液体的工作。
2 离心泵的基本性能参数离心泵的基本性能参数有:流量、扬程、轴功率、有效功率、效率、转速、必须汽蚀余量、允许吸上真空高度、比转速等。
(1)流量Q(m3/h或m3/s)泵的流量也就是泵输送液体的能力,指单位时间内泵所输送的液体体积。
离心泵知识、性能参数与特性曲线要正确地选择和使用离心泵,就必需了解泵的性能和它们之间的相互关系。
离心泵的主要性能参数有流量、压头、轴功率、效率等。
离心泵性能间的关系通常用特性曲线来表示。
一、离心泵的概念:水泵是把原动机的机械能转换成抽送液体能量的机器。
来增加液体的位能、压能、动能。
原动机通过泵轴带动叶轮旋转,对液体作功,使其能量增加,从而使需要数量的液体,由吸入口经水泵的过流部件输送到要求的高处或要求压力的地方。
二、离心泵的基本构造离心泵的基本构造是由六部分组成的,分别是:叶轮,吸液室,泵壳,转轴,托架,轴承及轴承箱,密封装置,基础台板等。
1、叶轮是离心泵的核心部分,它转速高输出力大,叶轮上的叶片又起到主要作用,叶轮在装配前要通过静平衡实验。
叶轮上的的内外表面要求光滑,以减少水流的摩擦损失。
2、泵壳,它是水泵的主体。
起到支撑固定作用,并与安装轴承的托架相连接。
3、转轴的作用是借联轴器和电动机相连接,将电动机的转距传给叶轮,所以它是传递机械能的主要部件。
4、轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件,有滚动轴承和滑动轴承两种。
轴承的依托为轴承箱。
滚动轴承使用牛油作为润滑剂加油要适当一般为2/3~3/4的体积太多会发热,太少又有响声并发热!滑动轴承使用的是透明油作润滑剂的,加油到油位线。
太多油要沿泵轴渗出,不利于散热;太少轴承又要过热烧坏造成事故!在水泵运行过程中轴承的温度最高在85度一般运行在60度左右,如果高了就要查找原因(是否有杂质,油质是否发黑,是否进水)并及时处理!5、密封装置。
叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区,影响泵的出水量,效率降低!间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。
为了增加回流阻力减少内漏,延缓叶轮和泵壳的所使用寿命,在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封装置,密封的间隙保持在0.25~1.10mm之间为宜。
三、泵的分类泵的种类很多,可按其各种特征加以分类,见表1-1。
离心泵性能综合实验一、实验目的1、观察离心泵汽蚀、气缚现象,了解汽蚀、气缚现象产生原因及其防止方法;2、学习工业上流量、功率、转速、压力和温度等参数的测量方法,了解转子流量计的工作原理;3、测定离心泵特性曲线,绘制出扬程、功率和效率与流量的关系曲线图。
二、实验原理1、气缚现象离心泵靠离心力输送液体。
离心力大小,除与叶轮直径及叶轮旋转速度有关外,还与流体重度有关。
若离心泵启动时,泵壳内存在大量空气,则由于空气的重度远远低于液体的重度,叶轮旋转所造成的离心力也很小,导致泵入口与水池液面间的压差太小,不能把水池内液体抽压到叶轮中心,就会发生离心泵空转却送不出液体的状况,这种现象称“气缚”。
所以,离心泵若安装在液面上方时,启动前必须先使泵体及吸入管路中充满液体(所谓“灌泵”)。
同时,在运转过程中也要防止外界空气大量漏入,以免产生气缚。
2、汽蚀现象离心泵之所以能吸取液体,是由于泵的叶轮旋转时,将液体抛向外沿,而中心形成真空,而贮槽液面上的压力却为大气压,因此,泵就依靠此压差将液体压入泵内,如果输送的是水,并设叶轮进口处为绝对真空,管路阻力为零,液面上为一个标准大气压,那么最大几何吸上高度也不超过10.33米。
图1离心泵吸上真空度参照图1,列0~0,1~1截面间柏努利方程式:0120112s f p p u Z h g g g ρρ-⎛⎫=-++∑ ⎪⎝⎭(1)式中s Z 为几何安装高度。
设:01s p p H gρ-=,s H 为吸上真空高度,则012112o s s f p p u H Z h g gρ--==++∑(2)由此可知,1p 愈小,s H 愈大。
但当1p 低达v p (输送液体的饱和蒸汽压)时,液体就要汽化,就产生汽蚀现象,使泵无法工作,所以对1p 的降低幅度应有限制。
由上式可见,1p 随着泵的几何安装高度s Z 提高而降低,故最终应对泵的几何安装高度加以限制。
在离心泵的铭牌(性能表)上一般都列有允许吸上真空高度s H 允许和汽蚀余量h ∆允许,二者均是对泵的安装高度加以限制,以避免汽蚀现象发生。
选择题1、水泵的及水高度是指通过泵轴线的水平面与(C )的高差。
当水平下降致超过最大吸水高度时,水泵将不能吸水。
A、水泵排口B、水泵泵体出口C、吸水平面2、当水泵叶片入口附近压强降至该处水开始(A ),水泵将产生汽蚀现象,使水泵不能正常工作。
A、汽化成汽泡B、凝结成冰3、水泵运转中,由于叶轮前、后底盘外表面不平衡压力和叶轮内表面水动压力的轴向分力,会造成指向(B)方向的轴向力。
A、吸水口B、吸水口方向4、油泵的吸油高度比水泵小得多的原因主要是(C)A、油泵的结构使其吸力比水泵小B、油液比重比水大得多C、油液比水更易于汽化而产生汽蚀5、水泵的标定扬程为150m,当实际扬程达到160m时该水泵将(B)A、不能把水扬送不能到位B、能把水扬位,但流量、效率将会发生变化6、离心泵在额定转速下运行时,为了避免启动电流过大,通常在( C )A.阀门稍稍开启的情况下启动B.阀门半开的情况下启动C.阀门全关的情况下启动D.阀门全开的情况下启动7、两台同性能泵并联运行,并联工作点的参数为q v并、H并。
若管路特性曲线不变,改为其中一台泵单独运行,其工作点参数为q v单、H单。
则并联工作点参数与单台泵运行工作点参数关系为( B )A.q v并=2q v单,H并=H单B.q v并<2q v单,H并>H单C.q v并<2q v单,H并=H单D.q v并=2q v单,H并>H单8、对一台q v—H曲线无不稳区的离心泵,通过在泵的出口端安装阀门进行节流调节,当将阀门的开度关小时,泵的流量q v和扬程H的变化为( C )A.q v与H均减小B.q v与H均增大C.q v减小,H升高D.q v增大,H降低9、离心泵,当叶轮旋转时,流体质点在离心力的作用下,流体从叶轮中心被甩向叶轮外缘,于是叶轮中心形成( B )A.压力最大B.真空C.容积损失最大D.流动损失最大10、具有平衡轴向推力和改善汽蚀性能的叶轮是( C )A半开式B开式C双吸式。
离心泵性能与叶轮几何尺寸的关系
【摘要】离心泵的性能曲线即扬程-流量曲线和效率-流量曲线会因其叶轮几何参数的改变而受到影响。
本文首先介绍了离心泵的基本性能参数的定义、计算公式,然后系统的介绍了离心泵叶轮几何参数如叶片进口安放角、叶轮出口直径、叶片出口宽度等对泵性能曲线的影响,定性的分析了这些影响产生的原因以及在实际设计中如何最大限度的提高离心泵的性能。
【关键词】离心泵;性能;叶轮;叶片;几何参数
引言
众所周知,离心泵的工作性能与其叶轮的参数相关,即离心泵的叶片数、叶片出口安放角、叶片进口安放角、叶轮出口直径、叶片出口宽度、叶轮入口直径、叶片入口宽度及转速等均会对泵性能的产生影响。
因此,研究离心泵的叶轮几何参数的改变所引起泵性能的变化问题,显得十分必要。
1 离心泵的组成及工作原理
离心泵主要构成部分有吸入室、叶轮以及压出室。
吸入室一般位于水面下叶轮进水口的前面,有直锥形、弯管形和螺旋形三种形式,起到把液体引入叶轮的作用;叶轮由盖板和若干个叶片组成,是泵心脏;压出室主要有蜗壳式、导叶和空间导叶三种形式。
离心泵一般用电动机带动。
在工作前,先将泵体内充满被输送的液体,当原动机高速旋转时,通过轴传动到叶轮,带动叶轮高速旋转,叶轮上的叶片将带动液体旋转,在离心力的作用下液体从叶轮中心向叶轮外缘流去,叶轮外缘的流体带有一定的压力能和动能,流速一般可达15~25m/s,高速流体从叶轮出口外缘排出,经由压出室、排出管和出口管道到达目的地。
另一方面当泵内的液体从叶轮中心被甩到叶轮外缘的时候,在叶轮中心会形成低压区,在压差作用下,流体由吸入管经由吸入室流向叶轮中心,这样源源不断的会有液体从泵里流进再流出,这样,离心泵便完成了连续输送液体的工作。
2 离心泵的基本性能参数
离心泵的基本性能参数有:流量、扬程、轴功率、有效功率、效率、转速、必须汽蚀余量、允许吸上真空高度、比转速等。
(1)流量Q(m3/h或m3/s)
泵的流量也就是泵输送液体的能力,指单位时间内泵所输送的液体体积。
流量取决于泵的叶轮直径、叶片宽度以及转速等。
在实际工作中,流量还与管道阻力和所需压力有关。
(2)扬程H(m)
离心泵的扬程又称压头,指单体重量流体经泵所获得的能量。
扬程取决于泵的结构和转速等。
(3)效率η
泵的效率反映泵对外加能量的利用程度。
泵的效率与其类型、结构尺寸、制造精度和输送介质本身的属性等有关,大型泵比小型泵效率高些。
(4)轴功率(W或kW)
泵的轴功率指泵轴所需的功率,可以根据有效功率和效率计算,即
3 叶轮尺寸(几何参数)对离心泵性能的影响
离心泵叶轮主要几何参数有:叶片出口安放角、叶轮外径、叶轮出口宽度、吸入孔直径、叶轮出口排挤系数(反映了叶片出口厚度)和叶片数等。
这些几何参数均对泵的性能(扬程、效率特性)曲线具有影响作用。
3.1 叶片出口安放角对离心泵的性能的影响
江苏大学的吴贤芳等人利用流体力学软件FLUENT对多台不同比转速的离心泵在叶片出口角各不相同下的内部流场进行了仿真,得到了叶片出口角对离心泵效率曲线以及扬程曲线的影响图,并在江苏大学流体机械工程技术研究中心1级精度离心泵开式实验台上进行了实验验证得出了以下结论:
叶片出口角的变化对高比转速的离心泵的扬程曲线和效率曲线的影响最为显著;对中等比转速和低比转速的离心泵的扬程曲线影响不明显,其中对中等比转速的离心泵的扬程曲线影响最小;对中等比转速和低比转速的理性泵的效率曲线影响同样不明显;具体表现为当叶片出口角变小的时候中等比转速和低比转速的离心泵的效率曲线的高效区范围减小显著,而随着叶片出口角变大,中低比转速离心泵的效率曲线的高效去范围增大不显著,但是无论叶片出口角变大还是变小对于高比转速的离心泵,其效率曲线的高效区范围都会明显减小。
从他们得到的试验数据中还可以看出,在叶片出口角变化时对离心泵的效率曲线的影响比对其扬程曲线的影响要更加复杂,并且用FLUENT仿真得到的结果和在实验平台上得到的结果一致,均认为当叶片出口角为35°时离心泵的运行效率最高。
3.2 叶片进口安放角对离心泵的性能的影响
由泵叶片型线方程(1)和(2)可知,随着叶片安放角β的变化,泵的叶片
线性方程呈指数变化,这说明叶片安放角的变化对离心泵的性能影响很大。
因此,一般在设计离心泵的时候取叶片进口角略大于液流角,通常采用正的冲角来减小叶片弯曲,从而增加叶片进口过流面积并减小流体对叶片的挤压。
泵的叶片型线动径计算公式:(1)
泵的叶片型线动角计算公式:(2)
泵的空化余量计算公式:(3)
3.2.1 叶片进口安放角对离心泵的效率的影响
在大流量区范围内叶轮所加的正冲角越大,泵的水力效率越高;而小流量区内范围内的情况正好相反,即叶轮所加的正冲角越大,泵的水力效率越低;但当进口冲角时由公式(3)可得,随着λ加快变大,泵的空化余量也加快增大,此时泵的抗空化性能急剧下滑,即泵的效率大大降低;当所加的冲角为负冲角时,小流量区范围内泵的效率增大。
3.2.2 叶片进口安放角对离心泵的扬程的影响
在小流量区随着进口安放角的增大,扬程逐渐降低,当冲角由负变正,扬程曲线逐渐变平缓,当负冲角增加幅度变大时,扬程的下降越来越大;大流量区,由于流体受到叶片的挤压作用,水力损失增大,效率和扬程降低均下降。
3.2.3 叶片进口安放角对离心泵的空化性能的影响
在相同的空化余量条件下,随着冲角从正变为负,叶轮中的空泡从进口边延伸到了流道中部;当负冲角变的非常大时,在叶轮里因为流道对流体的过度挤压,空泡迅速扩大到流道面积的60%,此时空化现象严重,很容易造成液体断流,使泵的性能下降,并产生噪声和振动,让泵的工作环境变得恶劣;当正冲角增加时,空泡面积减小,但当正冲角添加到一定程度的时候,泵的抗空化性能并不会继续增加,所以在实际应用中应该适当增大正冲角以减小泵的空化现象。
3.3 叶片包角对泵性能的影响
叶片包角由于能改变叶轮出口相对速度液流角,同改变也变出口安放角的作用一样能够影响离心泵的性能。
增大叶片包角能够减小叶轮流道内的脱流与漩涡从而使流动更贴近叶片型线,
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