簡(jiǎn)析轉(zhuǎn)速對(duì)渦旋液泵空化性能的影響

胡翁旦

浙江省計(jì)量科學(xué)研究院 浙江杭州 310018

渦旋液泵作為廣泛應(yīng)用在人們現(xiàn)實(shí)生活的冰箱、空調(diào)等家用設(shè)備上的葉片泵，具有體積小巧、流量較小且泵出射程較遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)[1]。對(duì)于渦旋液泵性能的影響主要是在泵輸液體以及自身轉(zhuǎn)速方面上，盡管渦旋液泵能夠在一定的特殊環(huán)境和條件下實(shí)現(xiàn)液體和氣體共同混合泵輸?shù)墓δ?，但是大多?shù)情況下還是受自身轉(zhuǎn)速的影響，進(jìn)而導(dǎo)致渦旋液泵空化性能。而在轉(zhuǎn)速上主要有以下幾個(gè)方面的因素影響：

1 溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的影響

理論上，由于渦旋液泵的工作環(huán)境一般在常態(tài)氣溫和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正大氣壓下進(jìn)行，因此在常規(guī)的環(huán)境操作之下，對(duì)不同密度、不同比熱容的液體進(jìn)行泵出時(shí)，只需要結(jié)合液體本質(zhì)上的差異進(jìn)行不同頻率和不同功率下的離心分析即可，并不會(huì)導(dǎo)致空化的產(chǎn)生，也不會(huì)對(duì)渦旋液泵裝置本身造成損害。但是在實(shí)際操作中，情況往往比較復(fù)雜。渦旋液泵屬于額定功率下轉(zhuǎn)速較慢，容積較小的裝置，在現(xiàn)實(shí)生活中，由于種種原因，會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)速上提出一定的要求。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定功率進(jìn)行轉(zhuǎn)速較快的做功運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于會(huì)受到體積限制，導(dǎo)致在渦旋液泵內(nèi)外的大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生變化，當(dāng)內(nèi)外大氣壓強(qiáng)的差值達(dá)到一定峰值時(shí)，就對(duì)液泵內(nèi)部的泵輸液體的噴射裝置產(chǎn)生了較為強(qiáng)烈的負(fù)面影響，導(dǎo)致泵輸裝置在泵內(nèi)不夠穩(wěn)定，從而在內(nèi)部形成高壓、低壓情況并存的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)對(duì)渦旋液泵的泵葉增加負(fù)荷，于是出現(xiàn)了空化。并且在渦旋液泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)部不可控制的前提下，只能對(duì)液泵的表面進(jìn)行溫度冷卻處理，治標(biāo)不治本，進(jìn)一步加劇空化。渦旋液泵在大型裝置內(nèi)部的情況則更為嚴(yán)重，由于大型裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，而處于核心位置的液泵無(wú)法得到良好的冷卻處理，只能透過(guò)其他機(jī)器設(shè)備的風(fēng)扇來(lái)間接控制，無(wú)法從液泵內(nèi)部來(lái)進(jìn)行處理。

2 液泵進(jìn)口處設(shè)置的不合理

在液泵的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，液體進(jìn)口處的設(shè)置顯得格外關(guān)鍵。如果在家用電器的渦旋液泵中，將進(jìn)口處設(shè)置在左右兩側(cè)，則會(huì)對(duì)液泵內(nèi)部的泵葉運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響。這是因?yàn)樵诒萌~扇面高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，內(nèi)部產(chǎn)生的壓力會(huì)對(duì)液體產(chǎn)生分流，如果將進(jìn)口處設(shè)置在左右兩側(cè)，進(jìn)液后的一側(cè)大氣壓強(qiáng)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到大氣壓強(qiáng)，而出液的一側(cè)則在內(nèi)外大氣壓強(qiáng)的作用下變得越來(lái)越緊閉，導(dǎo)致后期出液十分困難。與此同時(shí)，由于單側(cè)進(jìn)液出液的設(shè)置會(huì)對(duì)裝置中的內(nèi)部葉面造成一定的影響，使得在高轉(zhuǎn)速下的渦旋液泵的效率并沒(méi)有隨著功率的提高而提高，反而在各種不利單側(cè)因素影響之下有所下降。高轉(zhuǎn)速下，進(jìn)口處進(jìn)液越來(lái)越快，出口處出液卻越來(lái)越慢，最終在內(nèi)部溫度逐漸升高、泵葉旋轉(zhuǎn)越來(lái)越快以及左右兩側(cè)壓強(qiáng)差越來(lái)越大的因素下導(dǎo)致空化情況的發(fā)生。在此情形下，應(yīng)該將液泵進(jìn)口處與出液處設(shè)置在同一高度勢(shì)能條件下，避免單側(cè)壓力的增大，同時(shí)保持合適的轉(zhuǎn)速，才能將渦旋液泵的效率發(fā)揮到最大，同時(shí)也不容易導(dǎo)致液泵內(nèi)部空化的發(fā)生。除此之外，還可以通過(guò)設(shè)置較多的進(jìn)液口和出液口的形式，來(lái)合理平衡進(jìn)出兩側(cè)的不合理因素，在一定功率的轉(zhuǎn)速下保持有限個(gè)數(shù)的進(jìn)出口，最大限度保持液泵內(nèi)部的平衡[2]。

3 渦旋液泵內(nèi)部泵葉的空隙

當(dāng)前市面上的渦旋液泵的扇葉主要以單層光滑的金屬或混合材質(zhì)為主，這種扇葉的好處在于可以用最大接觸面積來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液體的攪拌以及用運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力有效泵輸液體并且堅(jiān)固牢靠。但是缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)，渦旋液泵內(nèi)部不可能完全封閉，扇葉之間必定會(huì)留下空隙，在液泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，這些空隙所產(chǎn)生的空氣熱流會(huì)對(duì)進(jìn)入液泵內(nèi)部的液體進(jìn)行一定程度上的汽化，如產(chǎn)生溫度較高的水蒸氣等。水蒸氣等各種蒸汽化的液體的生成會(huì)對(duì)液泵內(nèi)部產(chǎn)生一種去真空化的現(xiàn)象，表現(xiàn)出來(lái)就是空化。而這種空化的產(chǎn)生，究其根本在于渦旋液泵裝置在設(shè)計(jì)之初時(shí)就注定了會(huì)造成這樣空化的現(xiàn)象。因此唯一的解決辦法在于對(duì)當(dāng)前的渦旋液泵進(jìn)行合理化的重新設(shè)計(jì)。對(duì)液泵內(nèi)部裝置的關(guān)鍵部位如：泵葉構(gòu)造、葉扇表面以及活動(dòng)泵盤中心進(jìn)行去空化的改造。在泵葉構(gòu)造上，打破原有的單層設(shè)計(jì)，采用復(fù)合泵葉多層次的構(gòu)造設(shè)計(jì)模式，在避免空隙的同時(shí)極大的提高了渦旋液泵對(duì)泵輸液體的效率；在葉扇表面采用多孔道漏網(wǎng)式的設(shè)計(jì)來(lái)替換原有的光滑表面，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中更加注意對(duì)液體的出液速度加以控制；活動(dòng)泵盤在液泵中心進(jìn)行一定程度的加固處理，當(dāng)空化發(fā)生時(shí)可以有效的采取操作泵盤位置的方式來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

4 液體流速對(duì)泵內(nèi)壁的磨損

不管是什么密度的液體在渦旋液泵內(nèi)部進(jìn)行高速大量做功時(shí)，都會(huì)對(duì)液泵的內(nèi)壁造成一定的磨損。如在進(jìn)液口的大量運(yùn)輸中，如果前期沒(méi)有進(jìn)行簡(jiǎn)單有效的清潔處理則會(huì)對(duì)進(jìn)液口造成較大面積的堵塞，堵塞之后，液泵內(nèi)部就處于沒(méi)有液體或液體較少的工作狀態(tài)，導(dǎo)致空化。在渦旋液泵長(zhǎng)期高強(qiáng)度負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，液泵內(nèi)部的液體殘留也會(huì)對(duì)泵葉以及葉扇表面產(chǎn)生影響，從而在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生空化。在出液快要結(jié)束時(shí)，也就是運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束的臨界點(diǎn)上，但液泵內(nèi)部的液體急劇減少，而泵葉由于慣性的影響不能立刻停止做功，也會(huì)導(dǎo)致空化的產(chǎn)生。對(duì)于上述情況，可以將渦旋液泵定期進(jìn)行取出清洗，在清洗過(guò)程中要注意對(duì)裝置內(nèi)部的構(gòu)造進(jìn)行良好的維護(hù)和修理，保證液泵內(nèi)部能夠在后續(xù)的工作中保持較好的狀態(tài)[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)渦旋液泵在轉(zhuǎn)速方面對(duì)空化性能的影響因素分析可以得出：當(dāng)前渦旋液泵的各項(xiàng)裝置設(shè)計(jì)尚有不合理之處，在工作性能的提升上還有很大的空間。如何在現(xiàn)有的渦旋液泵裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在避免空化性能的同時(shí)將渦旋液泵的效率更高層次的發(fā)揮出來(lái)則是下一步渦旋液泵設(shè)計(jì)制造工作的重點(diǎn)。