浅析离心式管道泵影响效率的关键技术

潘天朝

摘 要：离心式管道泵主要是由电机、泵壳、泵盖、叶轮组成，结构相对较为简单且可靠，一般经调试完成的性能使用较稳定。离心式管道工作过程中，泵内流动的水受到其与流道和泵叶轮表面的摩擦以及水本身粘度的影响，泵所消耗的能量主要用于抵抗水表面的流动摩擦力及涡流阻力，通过相关技术分析，实现离心式管道泵效率的提升。

关键词：离心式；管道泵；提升效率；关键技术

一、引言

离心式管道泵主要是由电机、泵壳、泵盖、叶轮组成，结构相对较为简单且可靠，一般经调试完成的性能使用较稳定。管道泵的通用性好，可应用在供暖及空调系列冷热水循环，水厂供水，消防喷淋，管道增压，泳池供水，喷泉供水，农田灌溉和工业液体的输送等。其工作原理简单，依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。叶轮旋转时，对位于叶片间的流体做功，流体受离心作用，由叶轮中心被抛向外围。泵壳汇集从各叶片间被抛出的液体，这些液体在壳内顺着蜗壳型通道逐渐扩大的方向流动，使流体的动能转化为静压能。离心式管道工作过程中，泵内流动的水受到其与流道和泵叶轮表面的摩擦以及水本身粘度的影响，泵所消耗的能量主要用于抵抗水表面的流动摩擦力及涡流阻力，要提升离心式管道泵效率，需要系统分析整泵结构与水力模型的相关技术。

二、离心式管道泵简介

离心式管道泵是单吸单级离心泵的一种，属立式结构，因其进出口在同一直线上，且进出口口径相同，仿似一段管道，可安装在管道的任何位置。结构特点：为单吸单级离心泵，进出口相同并在同一直线上，和轴中心线成直交。主要零部件如下图所示1泵壳、2叶轮、3机械密封、4泵盖、5接线盒、6电机。

三、影响效率的因素

1、管道泵容积损失

离心式管道泵叶轮与泵壳存在一定的间隙，由于间隙兩端的压力不同，液体通过间隙从高压侧向低压侧泄漏，于是从泵内获得一定能量的液体，并没有完全输送出去，而以节流损失的形式将能量损失掉。经测试对比可得，对于单级离心式管道泵，叶轮进水口环外径与泵壳配合的长度对效率影响较小，而配合间隙的大小是直接影响因素。密封间隙每增加0.2mm，效率降低4%左右的反比关系，考虑间隙太小对装配影响，密封间隙取值应为0.5-0.75mm，此时管道泵容积损失可控制小于5%。

2、管道泵机械损失

机械损失包括轴承损失功率、密封损失和圆盘摩擦损失功率，轴承损失、密封损失量较小，也是不可避免存在的。而叶轮圆盘摩擦损失为机械损失的主要因素，叶轮旋转的机械能并没有全部传给通过叶轮的液体，其中一部分消耗于克服叶轮前、后盖板表面与壳体间液体的摩擦，这部分损失功率称为圆盘摩擦损失。相对于离心式管道泵叶轮结构分析可得，叶轮前、后盖板的面积将是决定圆盘摩擦损失的主要问题点，叶轮是整泵水力性能的变化因素，叶轮外径与扬程成正比关系，所以要确保电泵扬程则需要有一定的叶轮外径尺寸，而叶轮外径越大圆盘摩擦损失也越大，通过合理设计叶轮外径尺寸，或者对叶轮叶片曲率调整来减少叶轮外径是可以减少圆盘摩擦损失，从而减少机械损失。

3、管道泵水力损失

水力损失将直接应影响离心式管道泵的水力效率和特性，它包括摩擦损失、涡流和冲击损失。摩擦损失指流体在叶轮和其他过流部件中的沿程损失，它的大小约等于流量的平方。涡流和冲击损失指流体在涡壳全部流动过程中的转弯、扩大和收缩等造成的损失，单就叶轮来讲是指流体对叶片入口处的冲击和流量变化时叶轮内的涡流损失。在额定流量时，叶轮中的这种损失几乎为零，当大于或小于额定流量时，这种损失开始出现并且与额定流量相差越多损失就越大，随流量的平方而增加。这种冲击损失的分布是由于小于额定流量时，流体以大于叶轮安装角的角度冲击叶片，把流体挤到叶片工作面上并在背面上形成涡流区；当流量大于额定流量时，流体与叶片相遇时的角度小于叶片安装角，流体被压向叶片的背面，在工作面上形成密闭的涡流之故。水力损失主要是在叶轮和各通流部件中，在叶轮和其他通流部件中的损失，大约各占50%。叶轮叶片入口处边缘磨损后，由于入口角改变，将产生不正常的入口冲击，叶片间流道粘污后，减少了有效过流面积，水流速度增加，从而加大了水力损失。新配叶轮时，应尽可能清除流道中的毛刺，保持内壁光滑，以减少额外的水力损失。

四、技术分析

当一台管道泵各部正常时，它的效率将取决水力损失的大小。水力损失中的摩擦损失是不可避免的，众所周知，水具有粘滞的特性，单位体积的水和过流部件表面作相对运动时，维持其运动所需的能量和其粘度、接触面积、表面粗糙度、沿途行程的长短有关，并与水流运动速度的三次方成正比。

水在流道中流动时，和流道表面接触的表面水的运行速度将相对降低，并且能使水流中形成涡流而造成能量消耗，表面水的相对运行速度越快而造成的能量损失越大，因此扩大流道面积或降低水在流道中流动时的运行速度，能减小能量消耗，提高运行效率。水与水之间作相对运动所需的能量是很小的，基本上取决于水的粘度的大小。

冲击损失和水流速度也有很大的关系，当水的流速太大时，特别是在叶轮吸水口附近处，当水流以较大的轴向速度流向叶轮吸水口，而叶轮又将其带动旋转又以径向速度抛向叶轮出水口，可以说其轴向流速具有的动能在叶轮吸水口附近消耗殆尽。

五、总结

离心式管道泵被安排在一定的管路系统中工作时，其实际工作情况就不仅与离心泵本身的特性有关，而且还取决于管路的工作特性，所以安装管路系统特性对管道泵效率提升也。离心式管道泵应从设计、开模、铸造、加工全过程把关控制，使其设计合理、开模符合设计要求，再应用先进的铸造工艺，减少铸造误差，最终通过精心加工、打磨，使最终的产品与设计理念相吻合，达到整体效率的最佳状态。

参考文献

[1]关醒凡.泵的理论与设计[M].北京；机械工业出版社

[2]关醒凡.现代泵技术手册[M].北京；宇航出版社

[3]牟介刚、李必祥.离心泵设计实用技术[M].北京；机械工业出版社

（作者单位：广东凌霄泵业股份有限公司）