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分析離心油泵性能的新方法:

發(fā)布時間:2013-11-12 9:25:46 來源:海坦泵業(yè) 點(diǎn)擊次數(shù):3186

分析離心泵水力性能有三個層次。個層次是宏觀層次,即通常的外特性,如:揚(yáng)程、軸功率和效率與流量的關(guān)系。第二個層次是中間層次,即那些與泵水力設(shè)計息息相關(guān)的綜合性流動參數(shù),如:滑移系數(shù)、水力效率、容積效率、機(jī)械效率和水力損失系數(shù)等。第三個層次是微觀層次,即泵的內(nèi)特性,如:葉輪、吸入室和壓出室等過流部件內(nèi)部流場特性。目前對、三層次研究比較多,并試圖建立兩者的定量關(guān)系。對第二層次研究進(jìn)行得相當(dāng)少。本文旨在給出一種由泵外特性推算出中間層次流動參數(shù)的方法。通過洞察不同粘度下這些參數(shù)隨葉片數(shù)的變化,來深入評價被輸送液體粘度對離心油泵性能的影響,為離心油泵的水力設(shè)計提供依據(jù),并指明研究方向。

1.1 離心油泵的性能 揚(yáng)程-流量、軸功率-流量和效率-流量曲線表示離心油泵的水力性能,一般用只能采用實驗的方法才能得到性能,見圖1。本文試圖分析出*優(yōu)工況的滑移系數(shù)、水力效率、容積效率、機(jī)械效率和水力損失系數(shù)等參數(shù)。
1.2 泵內(nèi)部水力損失 根據(jù)流體力學(xué)理論,在*優(yōu)工況下,泵過流部件內(nèi)部水力損失主要是沿程摩擦阻力損失,局部旋渦損失和沖擊損失所占比重相當(dāng)小,可以忽略不計。于是得到泵內(nèi)部流動能量平衡關(guān)系式:
                                                                                 1 分析方法:
 
 
圖1 離心油泵性能曲線
 
H=Hth-KQ2
式中:H為已知的*優(yōu)工況揚(yáng)程,Hth為*優(yōu)工況理論揚(yáng)程,Q為已知的*優(yōu)工況流量,K為水力損失系數(shù),其中Hth、K由實驗數(shù)據(jù)推算。
  根據(jù)性能實驗結(jié)果,已經(jīng)做出了揚(yáng)程-流量曲線。于是,下式成立
dH/dQ=dHth/dQ-2KQ

式中:*優(yōu)工況揚(yáng)程曲線斜率dH/dQ由實驗曲線求取。
  在忽略葉輪進(jìn)口預(yù)旋的情況下,離心泵基本方程為
Hth=Vu2u2/g

葉輪出口液體速度的圓周分速度為
Vu2=σu2-Q/ηVA2tanβ2

式中:σ為*優(yōu)工況滑移系數(shù),σu2表示考慮滑移速度后的葉輪圓周速度,ηV為*優(yōu)工況泵容積效率,A2為葉輪出口面積,β2為葉片出口角,u2為葉輪圓周速度。
  于是理論揚(yáng)程為
將該式對Q求導(dǎo),得到
dHth/dQ=-u2/gηVAstanβ2
聯(lián)立求解方程(1)、(2)、(5)和(6),得到滑移系數(shù)
水力損失系數(shù)
水力效率
ηh=H/Hth
其中Hth=H+KQ2。
  機(jī)械效率
ηm=η/ηVηh
其中η為實驗測得的泵*優(yōu)工況的效率。
  利用文獻(xiàn)[1]的方法計算葉輪前口環(huán)同心圓柱面間隙的泄漏損失。葉輪后口環(huán)與前口環(huán)尺寸相同,后蓋板上開有平衡孔,平衡孔有節(jié)流作用,所以后口環(huán)的泄漏損失比前口環(huán)小,暫且假設(shè)后口環(huán)的泄漏損失為前口環(huán)的70%。于是,得到總的泄漏損失
式中:dm為密封環(huán)直徑,lm為密封環(huán)長度,bm為密封環(huán)單側(cè)間隙,腍為密封環(huán)兩側(cè)壓力差,其值為,其中:um為口環(huán)的圓周速度。
  于是可以計算出容積效率
ηV=Q/Q+q
由此可見,利用泵的性能曲線和葉輪有關(guān)尺寸,就可以推算出*優(yōu)工況的滑移系數(shù)、水力損失系數(shù)、水力效率、容積效率、機(jī)械效率。運(yùn)用該方法可以深入地分析葉輪幾何參數(shù)對這些參數(shù)的影響,更容易看清問題的本質(zhì)。
2 結(jié)果與討論
2.1 已知數(shù)據(jù) 本文采用文獻(xiàn)[2]葉輪幾何尺寸和性能實驗數(shù)據(jù)。有關(guān)實驗泵、實驗裝置和實驗液體等詳細(xì)情況見文獻(xiàn)[2]。
2.2 滑移系數(shù) 圖2(a)給出了輸送清水時本文計算的滑移系數(shù)隨葉片數(shù)的變化曲線。為了便于對比,圖中還給出了利用準(zhǔn)三元流動程序計算的滑移系數(shù)以及Stodola、Wiesner經(jīng)驗公式計算滑移系數(shù)值。圖2(b)表示輸送清水時*優(yōu)工況揚(yáng)程隨葉片數(shù)的變化。Stodola經(jīng)驗公式為
σ=1-πsinβ2/Z
 

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