離心泵葉片進口幾何形狀和泵汽蝕性能的相關性

翟國富　路明

摘 要：對于離心泵來說，影響泵汽蝕性能的因素有很多，而離心泵葉片進口幾何形狀是其中比較重要的一個因素，加強對離心泵葉片進口幾何形狀和泵汽蝕性能的相關性研究非常重要。離心泵葉片進口幾何形狀對于泵汽蝕性能的改善有著重要的作用和意義。通過相關實驗，對具有不同幾何形狀的離心泵葉片進口進行了一系列的汽蝕性能實驗，對離心泵葉片進口幾何形狀和泵汽蝕性能的相關性進行了探究。文章主要就離心泵的葉片進口幾何形狀和泵汽蝕性能的相關性進行了分析探討，并提出了一些建議。

關鍵詞：離心泵；汽蝕性能；數值模擬；進口幾何形狀；相關性

離心泵在工作過程中，汽蝕會對離心泵產生一定的損害，使離心泵產生損害磨損，影響其正常使用，由此可見改善其汽蝕性能對于離心泵正常運行有著重要的影響。因此，提高離心泵的汽蝕性能非常重要，是提高離心泵整體性能的重要手段，也是流體機械研究領域的一個重要研究方向。針對離心泵汽蝕性能的提高來說，因為離心泵汽蝕性能知識涉及面較廣，知識較為復雜，而且研究資料的缺乏，導致這一研究領域難以取得突破性進展。因此，加強離心泵葉片進口幾何形狀和泵汽蝕性能的相關性研究十分重要，不僅是這一領域上的突破，同時也是這一領域的創(chuàng)新之法。

1 離心泵汽蝕特性分析

1.1 泵汽蝕余量

泵在運行過程中，液體在葉輪的進口處在一定真空壓力下會發(fā)生汽化現象，而汽化產生的氣泡在液體質點的撞擊運動下，會對葉輪等造成一定的影響，而葉輪受到影響會造成一定的損害，此時真空壓力叫汽化壓力，泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量稱之為汽蝕余量。通過泵汽蝕余量可以看出，葉輪進口前泵體的幾何形狀以及葉輪進口處的幾何形狀對于泵汽蝕性能有著重要的影響。通過查詢相關資料文獻可以得知泵汽蝕余量的計算方法，而通過此方法可以看出泵汽蝕余量只與泵進口流動條件以及進口幾何參數有關。

1.2 泵汽蝕比轉速

通過查閱相關文件，可以得出泵汽蝕比轉速c與泵流量和汽蝕余量有著密切的關系。當泵是幾何相似和運動相似時，C值等于常數，所以C值可以作為汽蝕相似準數，并標志抗汽蝕性能的好壞，C值越大，泵的抗汽蝕性能越好，對應不同的C值。泵汽蝕比轉速在要求不同時，其大致范圍也不盡相同。對抗汽蝕性能較高的離心泵c值范圍一般在1000-1600，而效率和抗汽蝕性能兩者較為平衡的c值一般在800-1000之間，而只注重效率的離心泵c值一般在600-800之間。根據計算公式可以看出，在流量相同的情況下，汽蝕余量越高的離心泵其汽蝕轉速越小。泵汽蝕比轉速對于泵的效率有著一定的影響，在通常情況下，人們會通過改變泵汽蝕比轉速來提高泵的效率。但是在現實情況下，若要提高泵的效率，前提是泵在運轉時不發(fā)生汽蝕，才可以適當降低一下汽蝕余量，但是這樣做結果是泵汽蝕轉速超過了額定值。另外，泵的汽蝕余量對于泵的汽蝕性能的影響較大，因此在實際情況中，泵汽蝕比轉速一般作為參考數據來進行研究。

1.3 修正系數

修正系數是離心泵進口幾何參數中比較重要的一個參數，對于泵汽蝕余量有著重要的影響。通過查找文獻，對于不同情況下修正系數的建議取值也不相同，不同的研究者通過實驗研究提出了不同的建議值，另外還有學者確定了修正系數的取值范圍。對于離心泵進口葉片幾何形狀與泵汽蝕性能的相關性研究來說，修正系數是重要的參考數據。

2 離心泵葉片進口幾何形狀對離心泵汽蝕性能影響研究

2.1 實驗模型

針對離心泵葉片進口幾何形狀和泵汽蝕性能的相關性研究，文章主要研究對象采用國內比較常見的ZA150-315型石油化工泵。這一型號的離心泵性能參數比較常見，比較符合要求。其性能參數如下：揚程32.5m，設計流量220m3/h，汽蝕余量1.7m。

2.2 計算方法

文章主要采用閉式水泵汽蝕實驗臺進行研究，改變進口壓力通過調節(jié)進口閥的開度來實現。扭矩儀進行水泵轉速和軸功率的測量，而渦輪流量計進行流量的測量。文章實驗采用的離心泵為單級單吸離心泵，同時離心泵葉片進口幾何形狀要滿足以下條件：葉輪葉片數量為6，葉輪外徑217mm，葉片出口角為22.5°。然后采用控制變量法進行研究，來觀察離心泵葉片進口幾何形狀對離心泵汽蝕性能的影響。

在進行計算時，控制方程一般是連續(xù)性方程和動量方程，根據不同情況選擇不同的控制方程來進行控制測量計算。計算方法一般，采用隱式分離算法求解控制方程，與此同時利用SIMPLEC算法進行壓力修正。汽蝕損傷實驗主要是在每個葉輪最高效率點流量的70%、50%、25%及3%揚程下降點汽蝕的條件下進行，通過實驗來模擬葉輪的汽蝕損傷，同時通過葉輪內的金屬層變化和油漆涂層脫落情況來進行汽蝕性能的判斷。

2.3 實驗結果及分析

通過實驗可以看出，汽蝕損傷發(fā)生的部位主要有葉片吸力面中央附近、后蓋板上靠近吸力面并與吸力面上損傷位置相對應的部位、葉片壓力面進口外端處以及前蓋板靠近葉片進口壓力面損傷的部位。通過實驗結果可以看出流量和運行時間對每個葉輪的汽蝕損傷部位不產生影響。與此同時，還可以確認在相同流量下，葉片進口角對于汽蝕損傷位置也會產生一定的影響。同時還可以看出后蓋板上的汽蝕損傷主要受葉片進口吸力面的影響，而且在小流量區(qū)域，葉片吸力面上的氣泡發(fā)生位置和葉輪進口流道在子午面上的彎曲情況對于離心泵汽蝕損傷有著一定的影響。另外，通過離心泵在不同流量工況下汽蝕性能的變化研究可以看出，離心泵的汽蝕余量與流量有著密切的關系，兩者成正比。因此，在進行離心泵汽蝕性能的研究時，葉片進口段形狀越接近流線型的泵抗汽蝕性能越好，加大葉片進口段的曲率半徑對于泵汽蝕性能的改善有著十分重要的作用。

3 結束語

通過研究可以看出，離心泵葉片進口幾何形狀對于泵汽蝕性能有著重要的影響。通過分析可知在離心泵葉片進口幾何形狀趨于流線型時，離心泵的抗汽蝕性能越好，汽蝕余量的降低可以通過增加離心泵葉片進口段的曲率半徑，從而改善離心泵的汽蝕性能。加強對離心泵葉片進口幾何形狀與泵汽蝕性能的相關性研究，可以提高泵的效率，改善泵的汽蝕性能。

參考文獻

[1]張建華，楚武利，馬文英.離心泵的葉片進口幾何形狀對泵汽蝕性能的影響[J].流體機械，2012（8）：112-113.

[2]姬凱，刁成杰，李海峰.葉片進口修緣對離心泵汽蝕性能影響的數值計算與實驗研究[J].裝備機械，2014（1）：128-129.

[3]王秀禮，袁壽其.長短葉片離心泵汽蝕性能數值模擬分析及實驗研究[J].中國機械工程，2012（10）：109-110.