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离心泵性能曲线产生驼峰的机理及消除措施（网络收集）

2018-11-27 16:50阅读：

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2006年4月农业机械学报第37卷第4期
离心泵性能曲线产生驼峰的机理及消除措施
牟介刚 张生昌 郑水华 邓鸿英
【摘要】 通过对离心泵实际性能曲线形成的分析，总结归纳了性能曲线产生驼峰的机理，提出离心泵理论性能曲线的斜率绝对值对性能曲线的稳定性有着重要的影响。在产品设计和产品试验阶段为了避免性能曲线产生驼峰，推荐应采取的相关设计方法和补救措施。同时又提出为了消除驼峰，在设计和改进过程中应注意的几个重要问题。
关键词:离心泵 性能曲线 驼峰 消除措施

引言
离心泵性能曲线存在驼峰，对泵的运行是相当不利的。国内外相关泵标准都明确规定，离心泵的性能曲线不能存在驼峰，
性能曲线应具有稳定性，即大流量点至零流量点的扬程曲线应呈连续上升趋势，关死点扬程最高。在离心泵产品设计过程中，当比转数比较小时，由于叶轮的圆盘损失比较大，使得泵的效率比较低，为此，有的效率仅有10%左右，为了追求较高的泵效率，设计人员往往喜欢采用增大比转数的设计方法;还有一种情况，当泵的流量比较小时，叶轮流道较窄，为了制造方便，往往采用加大叶轮出口宽度的方法进行设计，实际上也相当于加大比转数，由于以上原因，使运行工况位于小流量区。而低比转数泵在小流量区容易出现不稳定现象。由于产品设计工作人员片面地追求高效率，同时关于离心泵无驼峰的设计理论还不够完善，在实际的离心泵产品中，经常出现离心泵性能曲线有驼峰的现象，这种做法是非常有害的。

1 性能曲线的分析及产生驼峰的原因
图中1为离心泵的理论性能曲线，由离心泵的基本方程式可知，当离心泵产品设计完成后，该理论性能曲线是一条直线。图中2所指部分为过流部件的沿程摩擦损失，由水力学可知，沿程摩擦损失与液体流速平方成正比。液体流速与流量成正比关系，故沿程摩擦损失与流量平方成正比。图中3所指部分为冲击损失，理论上，泵的高效点应是在设计工况点，此时损失应最小，在设计工况时，由于液流方向与叶片方向一致，所以冲击损失和旋涡损失比较小，接近于零。在流量大于或小于设计流量时，由于液流方向与叶片方向不一致，故冲击损失和旋涡损失逐渐增大。泵的容积损失对泵的性能曲线也有影响，容积损失泄漏量与扬程是平方根关系。由于容积损失泄漏量较小，在泵的设计中，按照标准的规定要求，相关的间隙不能变动，因此泵的容积损失对扬程流量曲线形状的影响是不大的，在这里不做进一步讨论。由图1可以看到，通过理论扬程流量特性曲线减掉过流部件的沿程摩擦损失和冲击损失，可得到离心泵的实际扬程流量性能曲线。泵的实际性能曲线的形状主要由泵的理论扬程曲线、过流部件沿程摩擦损失的大小、冲击损失的大小3个因素来决定的。泵的理论性能曲线的斜率绝对值，对性能曲线的稳定性能有着重要的影响，当斜率绝对值偏小、零流量处的冲击损失偏大、沿程摩擦损失偏小时，对性能曲线的稳定性是不利的，易产生驼峰。而以上的3个因素由计算公式可以看出，它们与叶轮和泵体(或导叶)的几何尺寸是有直接关系的，例如:叶轮的叶片数、出口安放角、出口宽度、泵体的隔舌间隙、F面积等等，而通过改变几何参数的大小，可改变影响性能曲线形状的3个因素，达到消除驼峰的目标。
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2 消除驼峰应采取的措施
2.1 设计阶段采取的措施
在设计阶段就应力争消除驼峰，避免在产品生产加工装配后发现驼峰再采取措施。
2.1.1 叶轮的叶片数z、叶片出口安放角β2、出口宽度b2的作用
叶片数z、叶片出口安放角β2、出口宽度b2对性能曲线的形状有着非常重要的影响，如图2、图3、图4所示，三者的取值越大越容易产生驼峰，三者的取值越小越容易形成陡降的性能曲线，对消除驼峰是有利的，但是三者的取值过小，对提高泵的扬程、效率、推迟初生汽蚀的产生是不利的。因此三者的大小选取要有一个合适的范围。国内外很多人员在这方面进行了设计试验研究，文献[1]建议叶片数选取4～6片，叶片出口安放角β2小于30°，文献[2]建议叶片数选取4～5片，根据现有的研究成果以及对水力模型的统计结果，推荐叶片数选取4～6片，叶片出口安放角β2选取25°～35°。
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2.1.2 压水室、导叶的作用
单级离心泵压水室，多级离心泵导叶的水力尺寸对消除驼峰有着重要的作用。压水室第端面面积的大小、导叶进口叶片间的喉部面积的大小影响最为敏感。当这两个面积减小时，对消除驼峰是有利的，另外单级泵泵体水力截面的形状、多级泵导叶与叶轮之间的径向间隙、扩散段至背导叶区间的通流面积，导叶扩散段出口速度也都对性能曲线的形状有影响。文献[1～3]都对这方面进行很多研究。文献[3]通过对面积比原理的分析和国内部分优秀模型泵的设计的统计，为消除驼峰，推荐Y为2.0～3.0，Y是叶轮出口过流面积与泵体喉部面积之比。文献[4～5]对多级泵消除驼峰进行了试验研究，主要采取的方法是减少导叶进口的喉部面积，推荐低比转数离心泵导叶进口喉部速度系数K3选取0.3左右。
压水室和导叶对泵的扬程、效率有着显著的影响，因此在消除驼峰时，不要过分地降低泵的效率、扬程，否则就失去了消除驼峰的意义。专家、学者普遍认为，消除驼峰应采取多项措施，以使效率、驼峰、扬程等方面都达到满意的结果。

2.1.3 吸水室的作用
很多试验研究发现，泵在小流量区运行，当流量小到一定值时，便出现“回流”，它使输送介质在轮缘区从叶轮返回进水室，并在进水室扩展到很大的范围，在靠近轮毂处又流回叶轮，形成“回流”区，在接近最佳工况时“回流”消失。“回流”造成很大的能量损失，它是形成驼峰曲线的原因之一。
吸水室对消除驼峰有一定的作用。文献[1，6～7]对此都进行了研究，在直锥型吸水室的入口加一个隔板或两个隔板，可以有效地控制进口的回流，消除驼峰，隔板的位置越接近叶轮吸入口，效果越理想，一般隔板的高度占吸入口径的1/3为宜，隔板过高、过厚都将影响泵的效率。

2.1.4 性能曲线形状的检查计算
在泵产品水力模型的设计过程中，要充分考虑到各个水力尺寸对性能曲线稳定性的影响。建议在水力尺寸设计完成后，对性能曲线进行预测，检查性能曲线的稳定性，发现有不合适的地方

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