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分析泵出水室中的流动及流动损失

  发表时间:2017-06-15 11:54   来源: 未知   TAG标签: 600kw发电机组   点击:143次
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离心泵的水力元件主要包括叶轮和蜗壳。从能耗角度来看,通常认为蜗壳中的水力损失约占泵水力损失的一半。因此,研究蜗壳的能耗规律与研究叶轮的能耗规律具有同等重要的意义。众所周知,泵的水力性能,尤其是水力损失在很大程度上取决于泵内的流动状况,而流动状况则与过流部件的几何尺寸和形状密切相关。

蜗壳出水室大体上由断面形状不规则且流道中线弯曲的蜗室及断面呈扩张形的扩压管两部分组成。液体从叶轮中流出后,被出水室集流、扩压并以 可能小的水力损失将动能转化为压力能,同时被输送至排液管或下一级叶轮。因此,出水室水力性能的好坏,将在很大程度上决定华全水泵的技术完善程度。但基于出水室流道形状不规则,使得其中液体的实际流动异常复杂。这也是造成叶片泵流动损失理论不够完善的主要原因。

一、蜗室内的主流及沿程阻力损失

理论上,涡室是在假设液体无粘性,边壁为两块光滑的平行平板的前提下形成的固定流道。在这种情况下,液体从叶轮流入蜗室后的流动为自由流动。该流动的速度由圆周分量和径向分量合成,且服从速度矩保持定理,液流角保持不变。

我们主要关心的是周向分量Vu(即蜗室流道的过流断面速度)的变化,根据速度矩保持定理,无论沿径向或随流道的延伸方向,Vu都在减小,在各断面上呈双曲线分布如图1所示。

实际上,由于液体有粘性摩擦力,且蜗室断面形状复杂,边壁不再是光滑的平行平板,使得蜗室内的真实流动已不再是自由流动。在液流湍动的作用下,Vu不再是双曲线分布而是更趋于平坦,接近一个常值r3。同时,由于从隔舌到喉部、蜗室断面面积和流量均随叶轮转角(或蜗室螟线包角)同步增加,使得蜗室整个流道内各过流断面速度趋于平均值。

因此,华全水泵厂分析时把蜗室内的真实流动看成一种过流断面速度恒为r3、断面缓变的圆锥管内的一元流动,称之为蜗室流道内的主流。克服该主流在蜗壳壁处的边界层中产生的摩擦阻力所消耗的能量,称之为蜗室流道的沿程摩擦阻力损失hwf,可以导出(过程从略)。

二、蜗室中的旋滴及局部阻力损失

当液体自叶轮流入断面突然扩大且流道中线弯曲的蜗室流道时,流速方向、大小和分布规律发生变化,流束质点间将产生相互撞击、混合,有时可能出现边界层分离或二次流,产生旋涡,从而产生各种局部阻力损失。

1、液体自叶轮流入蜗室空腔,是一种突然扩大的流动,流速从F2骤降为F3,压力升高,同时在蜗室近壁处产生旋涡,造成涡流损失(或冲击损失)。

2、在蜗室的每个断面上,径向分速度指向蜗室外壁,并沿侧壁回流,引起螺旋运动,如图1所示;此外,由于叶轮叶片尾缘有一定厚度,当液体从叶轮流入蜗室,通流面积突然扩大时,在叶片尾部也形成旋涡(尾迹),这两种旋涡与主流相互碰撞、混合,并部分地汇入总流,在此过程中也产生能量损失,称为混合损失。

3、从隔舌至扩压管喉部,由于流速为r3的主流始终遵循式的规律流动,所以在湍动流情况下,主流足以抑制弯曲流道中二次流和边界层分离的旋混的出现。或者说,沿蜗室流道长度因边界层分离产生的旋涡损失可忽略不计。

三、蜗壳内的总水力损失的计算

在雷诺数Re很大的湍流情况下,按粘性流体一元流动理论所得水泵蜗壳出水室的总水力损失hf应为各项损失之和。代入前述的各损失即可得到:一定流量和扬程下,与一定叶轮相匹配的出水室的水力损失与诸结构参数的函数式。前期华全水泵厂得出在粘性流体一元流动理论的基础上,导出的压出室水力损失计算公式与各主要参数有下列关系:流道沿程阻力损失随Kv3的增大而增大;流道局部阻力损失随履Kv3的增大而减小;流道阻力随的增大而增大。

由以上的分析我们在进行泵体设计时,至关重要的是要采用一切可能的措施来使蜗壳中的损失降低为 小值。诚然,某些制造厂出于经营方面的考虑曾经作了许多尝试,但终究没有获得有利于降低蜗壳损失的效果。因此,在进行蜗壳设计时,不管它属于那一种形式,掌握下述设计规律是很有必要的:

1、在每一个蜗壳截面上,宁可使蜗壳侧壁间的夹角采用等值而不采用变化值。经验充分证明,两种截面形状都能获得相同的结果,然而采用等角值结构能够降低华全管道泵的造型成本并节省制造时间。

2、叶轮盖板两侧外的蜗壳空间应该对称。

3、所有蜗壳面积的变化应该均匀,截面之间的连接应该平滑。

4、对比转数Ns低于600的泵应该考虑圆形蜗壳,而多级泵却不适于采用圆形蜗壳。

5、与蜗壳相连的扩散管的扩散角可选择在7°13°之间。

6、应使叶轮外周的空间尽可能大一点。在多级泵中,尤其要注意蜗壳与叶轮盖板之间的空间,一般要使单边的距离大于或等于0.6英寸(12.7mm),以满足端面跳动和壳体变形对空间的要求,过小的空间可能导致轴向力的加大并增加制造难度。

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