江苏离心油泵性能分析

         分析离心泵水力性能有三个层次。第一个层次是宏观层次，即通常的外特性，如：扬程、轴功率和效率与流量的关系。第二个层次是中间层次，即那些与泵水力设计息息相关的综合性流动参数，如：滑移系数、水力效率、容积效率、机械效率和水力损失系数等。第三个层次是微观层次，即泵的内特性，如：叶轮、吸入室和压出室等过流部件内部流场特性。目前对第一、三层次研究比较多，并试图建立两者的定量关系。对第二层次研究进行得相当少。本文旨在给出一种由泵外特性推算出中间层次流动参数的方法。

         通过洞察不同粘度下这些参数随叶片数的变化，来深入评价被输送液体粘度对离心油泵性能的影响，为离心油泵的水力设计提供依据，并指明研究方向。

          1.1 离心油泵的性能

         扬程-流量、轴功率-流量和效率-流量曲线表示离心油泵的水力性能，一般用只能采用实验的方法才能得到性能，见图1。本文试图分析出最优工况的滑移系数、水力效率、容积效率、机械效率和水力损失系数等参数。

         1.2 泵内部水力损失

         根据流体力学理论，在最优工况下，泵过流部件内部水力损失主要是沿程摩擦阻力损失，局部旋涡损失和冲击损失所占比重相当小，可以忽略不计。于是得到泵内部流动能量平衡关系式：

  图1 离心油泵性能曲线

         H=Hth-KQ2 式中：H为已知的最优工况扬程，Hth为最优工况理论扬程，Q为已知的最优工况流量，K为水力损失系数，其中Hth、K由实验数据推算。 根据性能实验结果，已经做出了扬程-流量曲线。于是，下式成立 dH/dQ=dHth/dQ-2KQ 式中：最优工况扬程曲线斜率dH/dQ由实验曲线求取。 在忽略叶轮进口预旋的情况下，离心泵基本方程为 Hth=Vu2u2/g 叶轮出口液体绝对速度的圆周分速度为 Vu2=σu2-Q/ηVA2tanβ2 式中：σ为最优工况滑移系数，σu2表示考虑滑移速度后的叶轮圆周速度，ηV为最优工况泵容积效率，A2为叶轮出口面积，β2为叶片出口角，u2为叶轮圆周速度。 于是理论扬程为 将该式对Q求导，得到 dHth/dQ=-u2/gηVAstanβ2 联立求解方程(1)、(2)、(5)和(6)，得到滑移系数 水力损失系数 水力效率 ηh=H/Hth 其中Hth=H+KQ2。 机械效率 ηm=η/ηVηh 其中η为实验测得的泵最优工况的效率。 利用的方法计算叶轮前口环同心圆柱面间隙的泄漏损失。叶轮后口环与前口环尺寸相同，后盖板上开有平衡孔，平衡孔有节流作用，所以后口环的泄漏损失比前口环小，暂且假设后口环的泄漏损失为前口环的70%。于是，得到总的泄漏损失 式中：dm为密封环直径，lm为密封环长度，bm为密封环单侧间隙，腍为密封环两侧压力差，其值为，其中：um为口环的圆周速度。 于是可以计算出容积效率 ηV=Q/Q+q 由此可见，利用泵的性能曲线和叶轮有关尺寸，就可以推算出最优工况的滑移系数、水力损失系数、水力效率、容积效率、机械效率。运用该方法可以深入地分析叶轮几何参数对这些参数的影响，更容易看清问题的本质。

         2 结果与讨论

         2.1 已知数据 本文采用叶轮几何尺寸和性能实验数据。有关实验泵、实验装置和实验液体等详细情况。

         2.2 滑移系数 图2(a)给出了输送清水时本文计算的滑移系数随叶片数的变化曲线。为了便于对比，图中还给出了利用准三元流动程序计算的滑移系数以及Stodola、Wiesner经验公式计算滑移系数值。图2(b)表示输送清水时最优工况扬程随叶片数的变化。Stodola经验公式为 σ=1-πsinβ2/Z