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低比转数离心泵进口预旋的数值计算研究论文低比转数离心泵进口预旋的数值计算研究论文低比转数离心泵一般是指比转数n=30-80的离心泵，广泛应用于农业排灌、城市供水、锅炉给水、矿山、石油和化工等领域.与中高比转数离心泵相比，低比转数离心泵有其特殊性，即轴功率曲线随流量增大而迅速上升，通常没有极值出现，导致泵在大流量区运行极易产生过载现象.因此，研究一种具有无过载性能的低比转数离心泵设计方法具有十分重要的意义.传统的无过载理论都是假设叶轮进口无旋，通过适当减小叶轮出口宽度、叶片出口安放角及叶片数来实现无过载性能，最终取得了很好的效果.但有时受到加工条件、运行条件及效率等因素的限制，仅仅在叶轮上实现无过载性能比较困难.前置导叶预旋调节技术在风机和压缩机中得到了较为普遍的应用，国内外己对其开展了深入的研究，并逐渐应用到水泵中，且己证实该技术是一种较好的工况调节方法.对于多级离心泵，可通过级间导叶产生预旋，对于单级离心泵，可通过前置导叶产生预旋.为研究预旋对离心泵性能的影响，选择计算区域较少的单级离心泵QDX6-20-0.75为研究对象.设计3组方案，以商用软件Fluent6.2为平台，通过数值模拟对其内流场和外特性进行分析.1方案设计QDX6-20-0.75的设计参数为流量Q=6m/h扬程H=20m，配套电动机功率P=0.75kW，转速n=2850r/min，比转数n=45.叶轮和蜗壳的设计均采用速度系数法，并结合优秀水力模型对该泵进行结构设计，蜗壳采用较小的基圆直径，叶轮和泵体主要几何参数为叶轮进口直径D-48mm，叶轮轮毅直径D=18mm，叶轮出口直径D-135mm，叶轮出口宽度Z=8mm，泵体出口直径D=34mm，泵体基圆直径D3=136mm泵体宽度b3-20mm.为减小轴向长度，前置导叶采用径向导叶形式，由环形四周进水.为更好地引导水流产生预旋，前置导叶按照等角对数螺旋线进行设计.为了使多级泵产生不同的预旋，改变前置导叶的出口安放角。
离心泵的比转数以及相关因素
比转数是按水力学相似定律推导出来的区别离心泵水力特性的相似特征数。
在离心泵中，常将比转数理解为：泵在最高效率下运转，产生扬程为lm，流量为0.075m²/s所消耗的功率为
0.735kW时，所必须具有的转数。
它有如下含义：
1、几何相似的离心泵，在各处效率最高点处的工况相似；
2、比转数不同的离心泵，其几何形状一定不同；比转数相同的泵，其几何形状一定是相似的，但也不排除几何形状不相似的情况。
与比转数有关的有以下因素。
离心泵的比转数的大小与输送液体的性质无关，而与叶轮形状和泵的性能曲线形状有密切关系。
比转数高的泵，对应于效率最高时的流量大，扬程小；而低比转数的泵则相反，它适用于较小的流量和较高的扬程。
当泵的出口管径相同时，如果两台泵流量相似，则比转数小的扬程小，轴功率消耗也大。
一般来说，比转数小的离心泵，叶轮出口宽度窄，外径大，叶片所形成的流道窄而长。
如果比转数比较大，叶轮出口宽，外径小，则流道短而宽。
离心泵的性能参数与特性曲线（精）离心泵的性能参数与特性曲线泵的性能及相互之间的关系是选泵和进行流量调节的依据。
离心泵的主要性能参数有流量、压头、效率、轴功率等。
它们之间的关系常用特性曲线来表示。
特性曲线是在一定转速下，用20℃清水在常压下实验测得的。
（一）离心泵的性能参数1、流量离心泵的流量是指单位时间内排到管路系统的液体体积，一般用Q表示，常用单位为l/s、m3/s或m3/h等。
离心泵的流量与泵的结构、尺寸和转速有关。
2、压头（扬程)离心泵的压头是指离心泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量，一般用H表示，单位为J/N或m。
压头的影响因素在前节已作过介绍。
3、效率离心泵在实际运转中，由于存在各种能量损失，致使泵的实际（有效）压头和流量均低于理论值，而输入泵的功率比理论值为高。
反映能量损失大小的参数称为效率。
离心泵的能量损失包括以下三项，即(1)容积损失即泄漏造成的损失，无容积损失时泵的功率与有容积损失时泵的功率之比称为容积效率ηv。
闭式叶轮的容积效率值在0.85～0.95。
(2)水力损失由于液体流经叶片、蜗壳的沿程阻力，流道面积和方向变化的局部阻力，以及叶轮通道中的环流和旋涡等因素造成的能量损失。
这种损失可用水力效率ηh来反映。
额定流量下，液体的流动方向恰与叶片的入口角相一致，这时损失最小，水力效率最高，其值在0.8～0.9的范围。
(3)机械效率由于高速旋转的叶轮表面与液体之间摩擦，泵轴在轴承、轴封等处的机械摩擦造成的能量损失。
机械损失可用机械效率ηm来反映，其值在0.96～0.99之间。
离心泵的总效率由上述三部分构成，即η=ηvηhηm（2-14）离心泵的效率与泵的类型、尺寸、加工精度、液体流量和性质等因素有关。
通常，小泵效率为50～70％，而大型泵可达90％。
4、轴功率N由电机输入泵轴的功率称为泵的轴功率，单位为W或kW。
离心泵的有效功率是指液体在单位时间内从叶轮获得的能量，则有Ne = HgQρ（2-15）式中Ne------离心泵的有效功率，W；Q--------离心泵的实际流量，m3/s；H--------离心泵的有效压头，m。
选泵中效率计算问题——选泵的节能技术华东建筑设计研究院有限公司 马信国摘要：本文阐述了离心水泵效率影响因素，在工程设计中，依照国家标准规定确定水泵效率，合理匹配电机功率，尽量使水泵运行在高效区内。
通过案例说明选用高效优质产品重要性，建议在设备材料表中增加水泵节能效率值。
关键词：离心泵、效率标准、轴功率、节能评价值1 前言 水泵是建筑给排水设计的常用设备，选用高效率水泵，节省日常运行耗电量，满足工程建设需要，是广大工程师追求的目标之一，也是节能技术的一个重要内容。
但是如何确定水泵效率,是选泵中面临的一个难题。
2 离心泵轴功率与电机功率 离心泵在实际运转中由于存在容积损失（即泄漏损失）、水力损失（水流在水泵内的摩阻、冲击损失）和机械损失（转动的叶轮和泵轴同固定泵壳等轴承的摩擦损失），造成水泵的效率降低；离心泵的效率实质上是机械、容积和水力三种效率的乘积，它反映了水泵传递功率的有效程度，是离心泵的一个重要参数。
2.1离心泵轴功率计算公式（1）式中：N 轴—水泵轴功率（KW ） Q —水泵输送流量（L/s ）H —水泵输送扬程（m ） η—水泵输送效率（%）该式表明，当流量、扬程一定时，水泵的轴功率与水泵的效率成反比。
水泵效率高，其轴功率低，反之，轴功率则高。
2.2配用的电机功率（2）式中：N 机—电机功率（KW ）K —备用系数N 轴—水泵轴功率（KW ）备用系数也称富裕系数，它考虑了电机的机械效率等因素，其值随轴功率而异，一般可参考下列数值。
见表1。
每台水泵配用电机额定功率也可参见ISO5199《离心泵驱动机功率匹配技术标准》中安全余量，详见表2. 3 离心泵的特性曲线 要正确选泵就必须了解水泵的性能特点，离心泵的特性曲线通常由生产厂家根据实验测定的Q 、H 、N 轴、η等数据标示绘成一组曲线，供使用者选泵和操作时参考。
（见图1） 图1 离心泵性能曲线 轴机N K N ⋅=η102H Q N ⋅=轴表1 K值表2 水泵轴功率与配用电机功率不同型号泵的特性曲线不同，但均有以下三条曲线：（1）Q~H曲线，表示流量和扬程关系。
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泵的比转速1、比转速公式的推导泵的相似定律建立了几何相似的泵在相似工况下性能参数之间的关系。
也就是说，如果泵性能参数之间存在着上述关系，泵是几何相似和运动相似的。
但是用相似定律来判别泵是否几何相似和运动相似，既不方便，也不直观。
在相似定律的基础上，可以推出对一系列几何相似的泵，性能之间的综合数据。
如果各泵的这个数据相等，则这些泵是几何相似和运动相似的，可以用相似定律换算性能之间的关系。
这个综合数据就是比转速，也称比转数或简称比速，用ns示。
Q——m/s (对双吸泵取Q/2);H——m(对多级泵取单级扬);N——r/min。
2、关于比转速的说明1)同一台在不同工况下具有不同的ns值，作为相似准则的ns是指对应高效率点工况下的值。
2)比转速是根据相似理论推得的，可以作为相似判据，即是说几何相似的泵在相似工况下ns值相等。
反之，一般说来ns值相等的泵，是几何相似和运动相似的。
但不能说ns相等的泵就一定几何形状相似。
这是因为构成泵几何形状的参数很多，臂如说同是ns=500的泵可以做成轴流式的，也可做成混流式的，同一低比转泵叶轮可以用6枚叶片，也可用7枚叶片。
上述这些几何不相似的泵，ns可能相等。
但是对于同一种形式泵而言，ns相等时，要想使泵的性能好，即几何形状符合客观的流动规律，其几何形状相差不会很大，所以，一般说来是几何相似的。
3)比转速虽然是有因次数，但不影响它作为相似判据的实质意义。
对于几何相似的泵，在相似工况下，用统一单位计算的ns值相等。
最近，有些情况下使用无因次比转速，又称为型式数。
因为比转速的因次正好是重力加速度因次的3/4一次方，所以一般的比转速除以g3/4就变为无因次比转速其中各量的单位和国内计算单位同。
比转和型数之间的关系为：4)因为ns是泵几何相似的准则，所以又可按ns对泵进行分类，又因为ns是运动相似准则，所以又可按ns对泵特性曲线(运动参数的外部表现形式)的趋势进行分类。
运动相似的前提条件是几何相似，所以泵特性曲线的形式和泵的几何形状有关3、根据比转速进行泵的分类按比转速从小到大，泵分为离心泵，混流泵(斜流泵)和轴流泵。
