以导叶为压出室的离心泵的叶片切割对流场的影响

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               以导叶为压出室的离心泵的叶片切割对流场的影响

摘要：在离心泵的设计中, 为了扩大其使用范围, 同时要考虑泵的经济性及标准化等因素,可以采用改变泵叶轮直径等方法来满足各种性能要求, 以扩大泵的使用区域。其中切割叶轮是既经济又简便的方法之一。在一定程度上可满足性能变化的要求。

关键字：   离心泵  导叶为压出室  叶片切割

一 研究现状

  国内外学者对叶片切割定律开展了大量研究。MarioŠ avar 研究了叶轮切割对离心泵效率的影响，分析得到随着叶轮直径的减小，效率显著下降。谈明采用CFD 方法研究了叶轮外径变化对泵内部流场的影响，结果表明叶轮外径变化对叶轮进口静压和总压分布的影响较小，对叶轮出口和蜗壳内静压及总压分布的影响明显。蔡礼权应用泵的切割定律和切割抛物线方程，在原型泵Q-H 性能曲线上找出相似工况点，并由此确定了IS50-32-200 型低比转数离心泵叶轮外径的切割量。张爱霞对不同转速的低比转数离心泵叶轮进行了切割试验，结果表明，转速越低其理论值与实际值相差越大，而且叶轮外径切割有极限值；切割量越大，实际性能与期望的性能差距越大。杨琳求出切割后的叶片出口安放角和绝对液流角，修正了低比转数泵切割公式，其外特性预测的准确性较切割定律有所提高。胡彬彬等用统计归纳方法给出了低比转数离心泵叶轮切割计算公式与曲线图，并验证了公式与曲线图的准确性。目前，对叶轮切割技术的研究主要集中在叶轮正切的情况，较少考虑叶轮切割角度和仅切割叶片对泵性能的影响。

  国内外对于切割定律的研究方法主要有：斯捷潘诺夫方法，罗西方法，卡拉西克方法，苏尔寿方法，国内泵行业惯用法，及博山水泵厂和石家庄水泵厂经验方法。

二 现有成型的切割结论

  离心泵随着叶轮切割量的增加，扬程下降，轴功率逐渐降低。相同切割量下，随着叶轮切割角度的增加，反向斜切所达到的扬程都成下降趋势，正向斜切所达到的扬程先升高后降低，在切割角度为10°左右时扬程值达到最大，轴功率呈先降低后增加的趋势。可见，相同叶轮切割量下正向斜切能达到最高扬程，在切割角度−10°～10°的范围内，随着叶轮切割角度的增加，离心泵的轴功率都成降低的趋势。叶轮切割4%～8%时，正向斜切最高效率高于反向斜切和正切。切割角度超出10°范围后，效率呈下降趋势。可见，叶轮切割角度在10°以内对泵的效率降低不明显，甚至某些切割角度下效率有升高的趋势。在相同叶片切割量下，随着叶片切割角度的增加，切割叶片和切割叶轮2 种切割方法，扬程和轴功率达到的趋势基本相同。随着叶片切割量的增加，效率先增加后降低。叶片切割角度在0～10°范围内，效率呈递增的趋势，随着叶片切割角度的进一步增加，效率呈下降趋势。相同叶片切割量下，正向斜切最高效率明显高于反向斜切。

比较2 种叶轮切割方法可知，切割叶轮时的扬程降低量明显大于切割叶片时的扬程降低量。在切割量为8%时，2 种切割方法对应的扬程相差最大，相对误差达10%。无论是切割叶轮还是切割叶片，切割角度在0～10°范围内正向斜切的效率都是高于正切和反向斜切。在相同切割量下，叶轮切割轴功率明显小于叶片切割轴功率。切割角度在−10°～10°范围内，斜切的轴功率均低于正切的轴功率。可

见，采用斜切的方法可有效地降低轴功率。叶轮切割后, 叶片出口处的厚度总是有所加大, 所以宜采用锉削的方法使其在出口部分足够长的范围内恢复到切割以前的形状, 以便改善泵的性能。锉削的方法有两种: 一种为上锉, 即锉削叶片工作面; 另一种为下锉, 即锉削叶片背面。一般来说, 锉削叶片工作面只是恢复了原来的叶片出口安放角, 对泵的性能并无大的影响, 通常可以忽略不计。而锉削叶片背面则可使叶片间距增大, 增大了叶轮的有效出口面积, 随之叶轮的出口速度降低, 水力损失减小, 使得泵的性能曲线变得较为平坦。

三 切割叶轮叶片对水泵工况效率的影响

  人为切割叶轮叶片的长度，破坏了水流在叶轮中的正常流动状态及水流由叶轮至导水圈的导入过程，引起了附加的水力损失，造成水泵水力效率下降，导致水泵自身总效率的下降。由理论数据可知，效率特性曲线整体下移，并且效率下降量与切割量成正比增加。

四  研究方法

  为了研究叶轮和叶片切割对离心泵外特性的影响，采用FLUENT 软件模拟了中低比转数泵叶轮切割后的内部流动，并预测了相应的外特性；考虑切割角度、切割量和比转速的影响，对现有切割公式进行了修正。

五  总结

  现国内外对于叶片切割的体系已经比较完善，但是对于以导叶为压出室的离心泵的内部流场模拟及计算仍然对于离心泵的叶片切割方式有很大的实际作用，同时具有一定指导意义，所以这一方面理论仍需要完善。
六 参考文献

[1] 关醒凡. 现代泵技术手册[M]. 北京：宇宙出版社，

1995.

[2] 聂静 毋虎城 李俊花   切割离心式水泵叶轮叶片法的适用性研究   矿山机械

[3] 宇晓明，顾伯勤，邵春雷  叶轮切割形式对中比转数离心泵性能的影响  农业工程学报

[4] 江腊  涛徐砚  颜文军  离心泵叶轮切割定律的试验研究  沈阳水泵研究所

[5] 沈阳水泵研究所  中国农业机械科学研究院主编.  叶片泵设计手册

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