泵葉輪直徑切割及應用

楊榮霞

摘 要：泵的歷史悠久，最早記錄原型為阿基米德式螺旋抽水機，從最開始的為民生服務，到現(xiàn)在廣泛被應用于各行各業(yè)。在我國泵發(fā)展之際，更多的是綜合考慮、聯(lián)合設計。但用戶實際需求更加的多樣化，考慮資源節(jié)約及面對社會經濟壓力，相關各方在項目設計時，都在考慮其工況通用性。本文闡述的切割方案通過驗證，已投入生產及實際使用，按目前生產及用戶反饋信息，該切割方式能一定范圍的拓寬泵使用工況。

關鍵詞：泵、葉輪、切割、用戶需求、經濟效益、資源

前言

隨著社會的發(fā)展，泵不再定義為“水泵”，其輸送介質類型拓寬至化學溶液類、油類、污泥類、礦石類等。根據實際需要，每一種類型介質的運行工況千差萬別，雖然項目設計時，工況盡量靠近泵聯(lián)合設計時范圍，但隨著精益求精的社會要求，設計之外的工況同時被相同程度的需要。

泵特性曲線上的每一個點都對應著一個工況，泵在最高效率點工況下運行時是最理想的，但實際中的工況不一定和最高效率點下的性能相一致，要想使每一個用戶要求的泵都在泵最高效率點下運行，那樣做需要的泵規(guī)格就太多了。

更多泵的過流部件涉及零件，多數為鑄造件，其需要相應的模具才能鑄造成型，一種泵對應一套模具的話，生產成本太高，生產原材料成本及管理成本過高，泵利用率相對較低，不利用資源節(jié)約的理念。

1、概述

究其供與需的本質，其矛盾在于用戶工況的多樣化需求與泵在高效點運行兩者間。解決矛盾，即解決需求工況與泵規(guī)格型號問題。本文描述技術方案：（1）、增加每種規(guī)格型號的性能曲線數量，（2）、拓寬每條性能曲線下的運行范圍。將每一種規(guī)格型號下的單工況運行變?yōu)槎喙r可選擇運行。泵在偏離最高效率點工況運行時，雖然會增加運行期間成本，但可通過控制其可選的運行區(qū)間范圍，控制其成本的增加量。

從泵的整個壽命周期來看，節(jié)約了社會資源。

2、技術問題

對于泵，最理性的狀態(tài)是用戶實際需要運行正好在泵最高效率處，但泵原設計最高效率點只有一個，對現(xiàn)實需要很為局限，為此，通常情況下，會確定一個范圍，通常以效率下降5%～8%為界，即從設計點為基準，向其右側、左側、下側方向，效率下降約5%～8%范圍內，此范圍即為泵推薦運行范圍。

當選用工況超過其最高效率處時，泵抗氣蝕性能下降。選用工況越接近n曲線（見圖Ⅰ），葉輪切割量越大，泵綜合性能下降越大，且對大流量、低揚程泵而言，葉輪的蓋板、葉片的空間切割量不足，如果還是按常規(guī)切割方法，離心泵葉輪會被切割為靠近混流泵葉輪，其效率下降較快，更不利于節(jié)能要求，同時泵不平穩(wěn)運行概率上升，減少了泵的使用壽命。

3、技術操作方案

推薦運行范圍，即曲線1（流量-揚程）、曲線n（流量-揚程），曲線a（相似拋物線）、曲線b（相似拋物線）形成的中間區(qū)域（見圖Ⅰ陰影區(qū)域）。通常以效率下降5%～8%為界（c為流量-效率曲線），范圍內取小或取大根據不同泵的設計情況而定，一般運行曲線較廣的，取8%范圍，反之取5%。有時候，如果泵運行性能曲線較好，可以根據實際情況略超出該范圍選擇。

ηN—最高效率，即額定流量點效率;QN—額定流量。

在推薦運行范圍內，有兩種選擇方案：

1）、同一條流量-揚程曲線上（即曲線1或2或...n），運行工況的選擇可以沿橫坐標向右移動，在一個范圍內選取需要工況點;

2）、不同流量-揚程曲線上（即曲線1、2、...n），運行工況的選擇可以沿縱坐標向下移動，在一個范圍內選取需要工況點。

本文闡述的內容，主要針對工況離開曲線1，至曲線n情況下，葉輪直徑的切割方式作以實驗。經過多次試驗發(fā)現(xiàn)：為保證泵性能降低的慢，當葉輪切割量過大時，選擇葉輪斜切更好。葉輪斜切時，傾斜角度不易過大，應綜合其水力尺寸，葉片切割斜度盡量接近軸面截線斜度。

如圖Ⅱ示，其平行切割為葉輪常規(guī)切割方式，葉輪D2/Dj值較大，在推薦運行的范圍內，葉輪切割空間足夠，平行切割的方式簡單、易操作，更有利于縮短加工工時，提高工作效率。圖中Dj為葉輪水力進口直徑，D2為曲線1對應葉輪直徑，D’2為曲線n對應葉輪直徑，直徑D’2是在直徑D2基礎上切割而來。

如圖Ⅲ示，葉輪D2/Dj值較小，這種情況下，為保證葉輪前、后蓋板流線有足夠長度，葉輪斜切割更為穩(wěn)妥。圖中Dj為葉輪水力進口直徑，D2為曲線1對應葉輪直徑，D’2min及D’2max為曲線n對應葉輪直徑，兩個直徑表達出葉輪葉片斜切割的具體傾斜度，直徑D’2min及D’2max是在直徑D2基礎上切割而來，傾斜度盡量接近軸面截線斜度。

結束語

本文主要針對泵葉輪切割方式作以案例說明及論證，結合用戶使用需求及現(xiàn)有泵規(guī)格型號，進行了梳理，在葉輪切割方式上加以分析并實驗，旨在更合理的拓寬泵運行區(qū)間，減少泵規(guī)格型號，充分利用資源。同時針對技術措施方案作以說明及驗證描述，從該種切割方式投入以來，用戶滿足度提升，我公司現(xiàn)有產品規(guī)格型號更能滿足市場不同工況需求。減少了泵規(guī)格型號數量，避免開發(fā)及制作模具，及時響應市場需求的同時，縮短了整體的生產周期，降低了時間成本及人工成本。

不斷吸收學術成果及繼續(xù)跟進用戶使用情況，不斷了解用戶的實際需求，持續(xù)改進泵各結構，在保證泵組安全穩(wěn)定運行的基礎上為用戶創(chuàng)造了更好的使用、操作條件，同時為生產方節(jié)約了制造成本及管理費用。

參考文獻

[1]泵與風機，第5版，2008。

[2]關醒凡.現(xiàn)代泵設計手冊，中國宇航出版社，2011。