离心泵叶轮外径切割特性曲线换算方法的研究

1科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald研究报告2009NO.26ScienceandTechnologyInnovationHerald科技创新导报在水泵制造业中,广泛地采用切割叶轮外径的方法来调节离心泵的扬程特性曲线。在进行叶轮切割之前,必须按照带原始叶轮泵的特性曲线来精确的预算带切割叶轮泵的特性曲线。对不同的叶轮进行切割,特性曲线的变化情况也会不同。为了确定这种变化的一般规律,对某些试验数据进行分析研究,这些数据是在对具有不同结构特点的离心泵采用切割叶轮方法将其精加工到规定尺寸后通过试验得到的,所取用离心泵的最佳工况对应于不同的比转数(ｎs=65～380),而且具有高效率η。针对所做分析,笔者得出了几点基本结论。切割叶轮时,对应最高效率点的流量值通常都会减小。最佳工况位置的变化常常用叶轮直径比值的n次指数来表示:noutoutDDQQ)(2'2'=式中及后述用上标符号“’”表示的值属于带切割叶轮泵。根据试验数据整理而得的n指数值在1.3范围内;n值的分散表明,切割叶轮时对最佳工况位置变化产生影响的不仅是切割量的值,而且还有叶轮中产生相应变化的的一些其它值。叶轮切割后的效率值同样也会产生改变(如图1所示)。图中会出的试验点可以按最小二乘法近似连成一条三次抛物线。图线表明,当叶轮的切割量小于外径的10%时,效率值不会产生很大变化。当切割量较小时,效率值略有增加的情况是常有的。如果进一步增大切割深度(超过10%),就会使效率值大大降低。叶轮切割后,泵在最佳工况时的比转数通常都比带原始叶轮泵的值要大一些。带切割叶轮泵的扬程和功率特性曲线要比带原始叶轮泵低。可以采用不同的换算方法对它们进行换算。△—sn=60-70,○—sn=85-100,●—sn=130-180,□—sn=200-280,■—sn=340-400(原始叶轮的2D和效率值都取1)笔者根据带原始叶轮泵流道中水力损失计算和试验分布情况,以及对带切割叶轮本理论扬程和流道中相应损失的计算结果,提出了一种换算特性曲线的方法。在对各种换算方法进行比较后,证明这种方法的结果较精确。对应于最佳工作区的几种流量,分别计算出叶轮出口处的平均液流角β2Ⅱ:)]([)(22222urmrUgHFqQtgωµµβ−−+=Π式中mF2—叶轮出口面积;2µ—叶轮出口处圆周速度;Q—计算流量;q—通过密封处的泄露量;rH—理论扬程;ω—叶轮旋转角速度:)(urU—叶轮进口处液流速度距。借助于下面提到的统计关系式,在同一流量下对切割叶轮进行液流角换算。根据所得的液流角,就可以计算出带切割叶轮泵的理论扬程值。按照最小二乘法通过所得的计算点连成'rH直线。这样一来换算理论扬程的实质,就是换算所取流量工况下叶轮出口处的平均液流角。采用回归法求出表示比值ΠΠ=2'2/ββtgtgytgtgtg与切割叶轮时影响其变化的许多因素间的关系式。用数台单级泵切割37次和数台多级泵中间级叶轮切割25次的前后试验结果作原始数据。考虑的因素有下述五个:2'21/DDx=——叶轮外径的比值(在叶轮出口边倾斜的情况下,用222202Π∂+=DDDφ作为D2,式中D20和Π2D分别为叶轮后盖板直径和前盖板直径);θθ'2=x——轴面平均流线上叶轮叶片的包角比值;ττ'3=x——按公式Π=Rzlπτ2/计算的叶轮叶栅稠密度比值,式中l—在包角变换中量得的平均流线上的叶片翼弦长,ΠR—包角变换圆柱面半径,z—叶轮叶片数;2'24bbx=——叶轮出口宽度比值;2'25σσ=x——按公式22/1DzSπσ−=计算的叶轮出口处液流排挤系数比值(2S—在圆周方向上量得的出口叶片厚度)。用线性方程近似表示y与所选因素间的未知关系:针对单级泵(螺壳泵)和多级泵的中间级分别寻求回归方程式。对于多级泵的中间级,取导流机构叶片进口边与叶轮切割前后的间隙比值作为4x,即δδ'4=x。在上述泵中影响因素变化的范围列入表1。iiixaay∑=+=510采用最小二乘法来确定代入上方程中的回归系数,在流量outKQQ=(式中K=0.8;0.9;1.0;1.1;1.2;outQ—带原始叶轮泵的最佳流量)情况下解出相应的法方程组(表2)。为综合评定所得方程,取用了分散度比值22/OCTCPSSF=和重合相关度比值R[3](表2)。将所得的F值按0.1级精度和对应的自由度与临界值相比,表明按试验数据所得回归方程的一致性。R值证实了所选值之间存在着密切关系。借助于回归方程,将按i=32计算而得的理论扬程'rH相比较,其结果表示在图2上(图中纵坐标为−δ和S,%),图中−δ—理论扬程换算误差的算术平均值,%;31)(3212∑=−−=iiSδδ——误差iδ与其平均值的均方根偏差,即是表示可见iδ的分散度值。从所列值可以看出