离心泵叶片进口几何形状和泵汽蚀性能的相关性

翟国富　路明

摘 要：对于离心泵来说，影响泵汽蚀性能的因素有很多，而离心泵叶片进口几何形状是其中比较重要的一个因素，加强对离心泵叶片进口几何形状和泵汽蚀性能的相关性研究非常重要。离心泵叶片进口几何形状对于泵汽蚀性能的改善有着重要的作用和意义。通过相关实验，对具有不同几何形状的离心泵叶片进口进行了一系列的汽蚀性能实验，对离心泵叶片进口几何形状和泵汽蚀性能的相关性进行了探究。文章主要就离心泵的叶片进口几何形状和泵汽蚀性能的相关性进行了分析探讨，并提出了一些建议。

关键词：离心泵；汽蚀性能；数值模拟；进口几何形状；相关性

离心泵在工作过程中，汽蚀会对离心泵产生一定的损害，使离心泵产生损害磨损，影响其正常使用，由此可见改善其汽蚀性能对于离心泵正常运行有着重要的影响。因此，提高离心泵的汽蚀性能非常重要，是提高离心泵整体性能的重要手段，也是流体机械研究领域的一个重要研究方向。针对离心泵汽蚀性能的提高来说，因为离心泵汽蚀性能知识涉及面较广，知识较为复杂，而且研究资料的缺乏，导致这一研究领域难以取得突破性进展。因此，加强离心泵叶片进口几何形状和泵汽蚀性能的相关性研究十分重要，不仅是这一领域上的突破，同时也是这一领域的创新之法。

1 离心泵汽蚀特性分析

1.1 泵汽蚀余量

泵在运行过程中，液体在叶轮的进口处在一定真空压力下会发生汽化现象，而汽化产生的气泡在液体质点的撞击运动下，会对叶轮等造成一定的影响，而叶轮受到影响会造成一定的损害，此时真空压力叫汽化压力，泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量称之为汽蚀余量。通过泵汽蚀余量可以看出，叶轮进口前泵体的几何形状以及叶轮进口处的几何形状对于泵汽蚀性能有着重要的影响。通过查询相关资料文献可以得知泵汽蚀余量的计算方法，而通过此方法可以看出泵汽蚀余量只与泵进口流动条件以及进口几何参数有关。

1.2 泵汽蚀比转速

通过查阅相关文件，可以得出泵汽蚀比转速c与泵流量和汽蚀余量有着密切的关系。当泵是几何相似和运动相似时，C值等于常数，所以C值可以作为汽蚀相似准数，并标志抗汽蚀性能的好坏，C值越大，泵的抗汽蚀性能越好，对应不同的C值。泵汽蚀比转速在要求不同时，其大致范围也不尽相同。对抗汽蚀性能较高的离心泵c值范围一般在1000-1600，而效率和抗汽蚀性能两者较为平衡的c值一般在800-1000之间，而只注重效率的离心泵c值一般在600-800之间。根据计算公式可以看出，在流量相同的情况下，汽蚀余量越高的离心泵其汽蚀转速越小。泵汽蚀比转速对于泵的效率有着一定的影响，在通常情况下，人们会通过改变泵汽蚀比转速来提高泵的效率。但是在现实情况下，若要提高泵的效率，前提是泵在运转时不发生汽蚀，才可以适当降低一下汽蚀余量，但是这样做结果是泵汽蚀转速超过了额定值。另外，泵的汽蚀余量对于泵的汽蚀性能的影响较大，因此在实际情况中，泵汽蚀比转速一般作为参考数据来进行研究。

1.3 修正系数

修正系数是离心泵进口几何参数中比较重要的一个参数，对于泵汽蚀余量有着重要的影响。通过查找文献，对于不同情况下修正系数的建议取值也不相同，不同的研究者通过实验研究提出了不同的建议值，另外还有学者确定了修正系数的取值范围。对于离心泵进口叶片几何形状与泵汽蚀性能的相关性研究来说，修正系数是重要的参考数据。

2 离心泵叶片进口几何形状对离心泵汽蚀性能影响研究

2.1 实验模型

针对离心泵叶片进口几何形状和泵汽蚀性能的相关性研究，文章主要研究对象采用国内比较常见的ZA150-315型石油化工泵。这一型号的离心泵性能参数比较常见，比较符合要求。其性能参数如下：扬程32.5m，设计流量220m3/h，汽蚀余量1.7m。

2.2 计算方法

文章主要采用闭式水泵汽蚀实验台进行研究，改变进口压力通过调节进口阀的开度来实现。扭矩仪进行水泵转速和轴功率的测量，而涡轮流量计进行流量的测量。文章实验采用的离心泵为单级单吸离心泵，同时离心泵叶片进口几何形状要满足以下条件：叶轮叶片数量为6，叶轮外径217mm，叶片出口角为22.5°。然后采用控制变量法进行研究，来观察离心泵叶片进口几何形状对离心泵汽蚀性能的影响。

在进行计算时，控制方程一般是连续性方程和动量方程，根据不同情况选择不同的控制方程来进行控制测量计算。计算方法一般，采用隐式分离算法求解控制方程，与此同时利用SIMPLEC算法进行压力修正。汽蚀损伤实验主要是在每个叶轮最高效率点流量的70%、50%、25%及3%扬程下降点汽蚀的条件下进行，通过实验来模拟叶轮的汽蚀损伤，同时通过叶轮内的金属层变化和油漆涂层脱落情况来进行汽蚀性能的判断。

2.3 实验结果及分析

通过实验可以看出，汽蚀损伤发生的部位主要有叶片吸力面中央附近、后盖板上靠近吸力面并与吸力面上损伤位置相对应的部位、叶片压力面进口外端处以及前盖板靠近叶片进口压力面损伤的部位。通过实验结果可以看出流量和运行时间对每个叶轮的汽蚀损伤部位不产生影响。与此同时，还可以确认在相同流量下，叶片进口角对于汽蚀损伤位置也会产生一定的影响。同时还可以看出后盖板上的汽蚀损伤主要受叶片进口吸力面的影響，而且在小流量区域，叶片吸力面上的气泡发生位置和叶轮进口流道在子午面上的弯曲情况对于离心泵汽蚀损伤有着一定的影响。另外，通过离心泵在不同流量工况下汽蚀性能的变化研究可以看出，离心泵的汽蚀余量与流量有着密切的关系，两者成正比。因此，在进行离心泵汽蚀性能的研究时，叶片进口段形状越接近流线型的泵抗汽蚀性能越好，加大叶片进口段的曲率半径对于泵汽蚀性能的改善有着十分重要的作用。

3 结束语

通过研究可以看出，离心泵叶片进口几何形状对于泵汽蚀性能有着重要的影响。通过分析可知在离心泵叶片进口几何形状趋于流线型时，离心泵的抗汽蚀性能越好，汽蚀余量的降低可以通过增加离心泵叶片进口段的曲率半径，从而改善离心泵的汽蚀性能。加强对离心泵叶片进口几何形状与泵汽蚀性能的相关性研究，可以提高泵的效率，改善泵的汽蚀性能。

参考文献

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