加大流量法基本方法及主要幾何參數(shù)選擇的原則

1、基本方法及主要幾何參數(shù)選擇的原則基本方法：在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有有關(guān)設(shè)計(jì)系數(shù)進(jìn)行修正，使之適合于低比速泵的加大流量設(shè)計(jì)。然后用修正過(guò)的系數(shù)，綜合各種因素，設(shè)計(jì)出較為合理的流動(dòng)組合和幾何參數(shù)組合，用公式表示為 （2-1） （2-2）, 設(shè)計(jì)流量，比速；, 放大的流量，比速；, 流量、比速的方法系數(shù)。對(duì)國(guó)內(nèi)部分優(yōu)秀低比速水力模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明，流量越小，放大系數(shù)越大；比速越低，放大系數(shù)越大。表2-2 流量放大系數(shù)Q(m3/h)367101115162021252630K11.701.601.501.401.351.30表2-2 比速放大系數(shù)ns233031404145516061707180K2

2、1.481.371.281.211.171.14參數(shù)選擇原則：加大流量設(shè)計(jì)中主要集合參數(shù)的選擇原則就是盡量減小各種損失，提高泵的效率。泵內(nèi)主要損失：機(jī)械損失、容積損失、水力損失。機(jī)械損失主要是圓盤摩擦損失；容積損失主要是口環(huán)處的間隙泄露損失及隔舌處的環(huán)流損失但數(shù)值不大。水力損失相當(dāng)復(fù)雜。因此主要任務(wù)是減小葉輪圓盤摩擦損失和泵內(nèi)水力損失。具體措施有：1、 選擇較大的葉片出口安放角Stepanoff經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為=22.5°左右泵效率最高，當(dāng)增加到27.5°時(shí)效率也幾乎沒有影響。Pfleiderer認(rèn)為30°時(shí)將獲得較好的流道形狀和較高的效率。 選擇較大的葉片出

3、口角來(lái)減小葉輪外徑降低圓盤摩擦損失。葉輪外徑為 （2-3）水泵轉(zhuǎn)速出口絕對(duì)速度和軸面分量重力加速度無(wú)限葉片數(shù)時(shí)理論揚(yáng)程葉輪進(jìn)口圓周速度進(jìn)口絕對(duì)速度圓周分量 在其他參數(shù)不變時(shí)，葉片出口角越大，葉輪外徑越小，則與外徑5次方成正比的圓盤摩擦損失也越小，從而提高了水泵的效率。 但是，隨著的增加，葉片間流道彎曲嚴(yán)重，流道變短，相鄰葉片間流道的擴(kuò)散角變大，水力損失增加；其次，隨著增加，葉輪出口絕對(duì)速度增加，增加，則動(dòng)揚(yáng)程增大，此時(shí)液體在葉輪和泵體內(nèi)的水力損失增加；另外，當(dāng)過(guò)大時(shí)，揚(yáng)程-流量曲線更易出現(xiàn)駝峰，成為不穩(wěn)定的性能曲線；最后，在其他參數(shù)不變時(shí)，泵的軸功率隨著的增加而增加，更易引起過(guò)載現(xiàn)象。統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)

4、部分優(yōu)秀水力模型泵選用情況，并給出推薦值表2-6 推薦值ns233031404145516061707180230°40°35°38°32°36°30°34°28°32°25°30°2、 選取較大的葉片出口寬度通常由下式?jīng)Q定 （2-4） （2-5）在低比速泵加大流量法設(shè)計(jì)中，值一般均選擇比式（2-4）和（2-5）計(jì)算的要大，且比速越低，流量越小，這種偏移量越大。泵的理論揚(yáng)程為： （2-6）Stodola滑移系數(shù)容積效率葉輪出口排擠系數(shù)理論揚(yáng)程葉輪出口圓周速度由式（2-6）可知

5、，當(dāng)流量Q和其他幾何參數(shù)一定時(shí)，增加，則理論揚(yáng)程增加；反之，若一定，則減小，這樣可降低圓盤損失，提高效率。蘇聯(lián). . 和. . 等推薦的計(jì)算低比速泵的經(jīng)驗(yàn)公式為： （2-7）（2-6） 之后，. . 和. . 提供了時(shí)的經(jīng)驗(yàn)公式： （2-8） （2-9）文獻(xiàn)166在統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上給出了計(jì)算公式： （2-10） （2-11）作者對(duì)27臺(tái)優(yōu)秀低比速泵統(tǒng)計(jì)，表明用（2-5）計(jì)算的偏小，不能用于設(shè)計(jì)，而（2-8）和（2-10）計(jì)算的基本與實(shí)際選用的相近。表2-7 出口寬度的選用值與計(jì)算值比較3、選取較大的泵體喉部面積Ft泵的二大水力部件是葉輪和泵體,而決定泵體水力性能的最主要的因素是其喉部面積Ft。因此

6、,泵體喉部面積Ft與葉輪出口各幾何參數(shù)的匹配當(dāng)否是決定泵性能優(yōu)劣的最重要的因素,也是低比速泵水力優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一。蝸殼和導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)主要是用速度系數(shù)法求出泵體喉部的流速,然后根據(jù)泵的設(shè)計(jì)流量計(jì)算泵體喉部面積Ft。這種方法雖簡(jiǎn)單實(shí)用,但大量的試驗(yàn)已經(jīng)表明,對(duì)低比速泵而言,按一般教材和設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的速度系數(shù)確定的喉部面積均偏小.不能適應(yīng)加大流量設(shè)計(jì)法的需要,不利于提高低比速泵的性能。因目前的泵體喉部速度系數(shù)曲線是根據(jù)現(xiàn)有的水力模型統(tǒng)計(jì)而得的。早先的水力模型其葉片出口角大都為22.5°左右,出口寬口莎2也較小,因而與之相匹配的泵體喉部面積也相對(duì)較小。而在加大流量法設(shè)計(jì)中,由于選擇了較大

7、的和,因而必然要求選擇較大的泵體喉部面積F以實(shí)現(xiàn)參數(shù)匹配。由于泵體的喉部可以看作是文吐里計(jì)的喉部,故泵體就是最高效率點(diǎn)及零揚(yáng)程點(diǎn)處通過(guò)泵的流量的主要決定因素。如果喉部面積過(guò)小,則泵體中的流速就較高,從而水力損失也大,對(duì)低比速泵而言,泵體內(nèi)的水力損失是僅次于葉輪圓盤摩擦損失，對(duì)泵的性能具有舉足輕重的影響。當(dāng)然,在增加Ft后,在提高泵效率的同時(shí),還將使最高效率點(diǎn)向大流量方向移動(dòng),使揚(yáng)程曲線變得更加平坦,相同流量下的軸功率也有所增加。所以Ft的增加量也有一個(gè)最佳值的問(wèn)題。Ft的計(jì)算公式為： （2-13） （2-14）泵體喉部流速速度系數(shù)加大流量設(shè)計(jì)法中需增加喉部面積Ft的直觀理解是,泵體的喉部速度系

8、數(shù)是隨著比速弘的增加而逐漸減小,因而Ft將隨刀f增加而增加。因加大流量設(shè)計(jì)法中最佳工況點(diǎn)比速大于設(shè)計(jì)工況點(diǎn)比轉(zhuǎn)速,而泵體喉部面積恰恰又是決定最佳工況點(diǎn)流量的主要因素,因此必須加大Ft。當(dāng)然,Ft加大后,由于最佳工況點(diǎn)流量大于設(shè)計(jì)流量,在設(shè)計(jì)點(diǎn)泵體內(nèi)的沖擊損失將有所增加,泵體的工作狀況有所惡化。但如果Ft增加量適當(dāng),這種附加損失是有限的。經(jīng)驗(yàn)已表明,適當(dāng)增加Ft對(duì)提高泵效率是有益的。4、 選取較少的葉片數(shù)一般來(lái)說(shuō),泵的葉片數(shù)與其比速、葉片負(fù)荷和揚(yáng)程有關(guān)。選擇葉片數(shù)時(shí),不但要考慮使葉輪流道有足夠的長(zhǎng)度,以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對(duì)液體的充分作用,而且還要考慮盡量減少葉片的排擠和表面的摩擦。對(duì)于低比速

9、泵鑄造葉輪,葉片數(shù)的計(jì)算公式為 （2-15）、葉輪進(jìn)、出口直徑；、葉片進(jìn)、出口安放角。通常，葉片數(shù)與比速的關(guān)系可見表2-8表2-8 葉片數(shù)與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系ns3045456060120120300Z810786746國(guó)內(nèi)優(yōu)秀低比轉(zhuǎn)速泵模型的統(tǒng)計(jì)表明，其葉片數(shù)基本子啊Z=46范圍內(nèi)，以Z=6為多數(shù)，且似有比轉(zhuǎn)速越低，葉片數(shù)越少的趨勢(shì)，這雖與過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)和理論相矛盾，但卻是已被實(shí)踐所證實(shí)的事實(shí)。選用較少葉片數(shù)的直觀理解是，由于在加大流量法設(shè)計(jì)總選取了較大2，b2，F(xiàn)t等，增加了葉輪出口面積和泵體喉部面積，即增加了泵的過(guò)流能力。換言之，在相同揚(yáng)程下增加了流量，或在相同流量下提高揚(yáng)程，因此單位葉片的負(fù)荷減

10、小，故可減少葉片數(shù)。其次，葉片數(shù)少，有利于消除揚(yáng)程曲線的駝峰，因?yàn)榧哟罅髁吭O(shè)計(jì)華總，過(guò)大的2，b2，F(xiàn)t等易導(dǎo)致H-Q曲線不穩(wěn)定。第三，Z少，可以減少沿程水力摩擦損失，以利益提高泵效。此外，Z減少后，可減小葉輪進(jìn)口的堵塞和沖擊損失。故推薦Z=46。5. 控制流道面積變化離心泵流道是擴(kuò)散型通道，控制流道面積擴(kuò)散的程度是提高泵性能的有力措施。兩葉片間流道有效部分出口和進(jìn)口面積之比對(duì)泵的性能有重要影響，推薦FII/FI=1.21.5 (2-16)式中，F(xiàn)II、FI兩葉片間流道有效部分出口和進(jìn)口面積。當(dāng)壁紙大于1.5時(shí)，由于流道擴(kuò)散劇烈將引起效率下降?？刂迫~片進(jìn)出口面積的變化就是控制葉片進(jìn)出口相對(duì)速度

11、的變化，故式（2-16）也可寫成W1/W2=1.21.5式中W1和W2分別為葉輪進(jìn)出口相對(duì)速度。6. 葉片前伸并減薄過(guò)去低比轉(zhuǎn)速葉輪葉片進(jìn)口常與軸平行，中高比轉(zhuǎn)速葉輪葉片進(jìn)口邊常與軸線有=30。左右的傾角。近年來(lái)的研究表明，低比轉(zhuǎn)速葉輪葉片進(jìn)口邊前伸并減薄是有益的。可以設(shè)想，在葉輪進(jìn)口轉(zhuǎn)彎處abcd（假定原定葉片在進(jìn)口邊為ab,葉片前伸后為cd）實(shí)際上是一高比速混流式葉輪（為原葉輪）和一高比速混流式葉輪（新增葉輪）的疊加，如圖2-4所示。小葉輪雖消耗一些能量和產(chǎn)生一些水力損失，但產(chǎn)生的揚(yáng)程比所消耗的能量來(lái)說(shuō)是主要的，故總的來(lái)說(shuō)提高了效率或揚(yáng)程。兩外在前伸的同時(shí)有減薄葉片，葉輪進(jìn)口沖擊損失較小。此外，研究表明這樣做對(duì)獲得穩(wěn)定的揚(yáng)程曲線也是有力的。圖2-4 葉片前伸7. 其他措施除上述六個(gè)主要參數(shù)外，其他一些提高泵性能的措施也在加大流量設(shè)計(jì)法中應(yīng)用。如減小泄露損失，推薦選用K0=3.54.2；