1.1 离心油泵的性能 扬程-流量、轴功率-流量和效率-流量曲线表示离心油泵的水力性能,一般用只能采用实验的方法才能得到性能,见图1。本文试图分析出最优工况的滑移系数、水力效率、容积效率、机械效率和水力损失系数等参数。
1.2 泵内部水力损失 根据流体力学理论,在最优工况下,泵过流部件内部水力损失主要是沿程摩擦阻力损失,局部旋涡损失和冲击损失所占比重相当小,可以忽略不计。于是得到泵内部流动能量平衡关系式:
1 分析方法:
图1 离心油泵性能曲线
H=Hth-KQ2
式中:H为已知的最优工况扬程,Hth为最优工况理论扬程,Q为已知的最优工况流量,K为水力损失系数,其中Hth、K由实验数据推算。
根据性能实验结果,已经做出了扬程-流量曲线。于是,下式成立
dH/dQ=dHth/dQ-2KQ
式中:最优工况扬程曲线斜率dH/dQ由实验曲线求取。
在忽略叶轮进口预旋的情况下,离心泵基本方程为
Hth=Vu2u2/g
叶轮出口液体绝对速度的圆周分速度为
Vu2=σu2-Q/ηVA2tanβ2
式中:σ为最优工况滑移系数,σu2表示考虑滑移速度后的叶轮圆周速度,ηV为最优工况泵容积效率,A2为叶轮出口面积,β2为叶片出口角,u2为叶轮圆周速度。
于是理论扬程为
将该式对Q求导,得到
dHth/dQ=-u2/gηVAstanβ2
联立求解方程(1)、(2)、(5)和(6),得到滑移系数
水力损失系数
水力效率
ηh=H/Hth
其中Hth=H+KQ2。
机械效率
机械效率
ηm=η/ηVηh
其中η为实验测得的泵最优工况的效率。
利用文献[1]的方法计算叶轮前口环同心圆柱面间隙的泄漏损失。叶轮后口环与前口环尺寸相同,后盖板上开有平衡孔,平衡孔有节流作用,所以后口环的泄漏损失比前口环小,暂且假设后口环的泄漏损失为前口环的70%。于是,得到总的泄漏损失
利用文献[1]的方法计算叶轮前口环同心圆柱面间隙的泄漏损失。叶轮后口环与前口环尺寸相同,后盖板上开有平衡孔,平衡孔有节流作用,所以后口环的泄漏损失比前口环小,暂且假设后口环的泄漏损失为前口环的70%。于是,得到总的泄漏损失
式中:dm为密封环直径,lm为密封环长度,bm为密封环单侧间隙,腍为密封环两侧压力差,其值为,其中:um为口环的圆周速度。
于是可以计算出容积效率
ηV=Q/Q+q
由此可见,利用泵的性能曲线和叶轮有关尺寸,就可以推算出最优工况的滑移系数、水力损失系数、水力效率、容积效率、机械效率。运用该方法可以深入地分析叶轮几何参数对这些参数的影响,更容易看清问题的本质。
2 结果与讨论
2.1 已知数据 本文采用文献[2]叶轮几何尺寸和性能实验数据。有关实验泵、实验装置和实验液体等详细情况见文献[2]。
2.2 滑移系数 图2(a)给出了输送清水时本文计算的滑移系数随叶片数的变化曲线。为了便于对比,图中还给出了利用准三元流动程序计算的滑移系数以及Stodola、Wiesner经验公式计算滑移系数值。图2(b)表示输送清水时最优工况扬程随叶片数的变化。Stodola经验公式为
σ=1-πsinβ2/Z