离心泵叶轮与泵盖的间隙变化对运行性能影响的研究

第40卷第5期水电站机电技术2017年5月Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStationVo1．40No．5May·201711离心泵叶轮与泵盖的间隙变化对运行性能影响的研究张弋扬，贾瑞旗，闰宇，张智彬(中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222)摘要：离心泵应用广泛，从工程实际和模型试验中发现，离心泵内各种间隙的存在是产生泄漏损失、影响离心泵效率的重要原因。本文以单级单吸式离心泵为研究对象，通过模型试验研究叶轮与泵盖的间隙变化对运行性能的影响。这对工程实际中离心泵安全、节能运行具有重要的意义。关键词：离心泵；间隙；运行性能；试验中图分类号：TV734．4文献标识码：B文章编号：1672—5387(2017)05—0011-05DOI：10．13599／j．cnki．11-5130．2017．05．0031引言离心泵广泛应用于农业、工业及城市给排水等众多领域，在国民经济中有着重要的地位。其中，离心泵的能耗约占全国发电总量的1／12tl】，所以提高离心泵的效率、节约能源是本行业的重要目标O离心泵的种类很多，存在着各种间隙且间隙大小各不相同。从工程和试验中发现离心泵的间隙对性能影响明显，不合理的间隙值会造成不必要的泄漏损失和液体内部的漩涡流动等，都会降低离心泵的效率，对其运行性能产生负面影响。离心泵内的主要间隙有：口环间隙、叶顶间隙和叶轮与泵盖的间隙等。其中对离心泵叶轮口环间隙和叶顶间隙的研究开展较多且深人。研究表明泄漏损失是由于离心泵叶轮与口环密封之间存在的间隙造成的，对离心泵的性能产生重要影响。但是对于大型离心式泥泵不存在口环密封，而是靠泵前盖和叶轮进口端面进行密封。虽然与口环密封原理相似但结构差异很大，目前还没有这方面的试验和数值模拟的文献可以参考。所以研究泵盖和叶轮进口端面的间隙变化对离心泵性能的影响，是离心泵安全、节能运行必要的技术支持，具有重要的意义和创新性。本文的研究对象是单级单吸式离心泵，通过改变叶轮与泵前盖的间隙值分别进行试验，以研究间隙对离心泵运行性能的影响；模型试验在中水北方勘测设计有限责任公司的水力模型通用试验台上进行，按照设计方案针对间隙小于0．O1mm的微间隙和间隙0．1mm、0．22mm、0．42m、0．62mm进行了离心泵效率、空化试验。在效率试验的同时，同步采集了各工况的压力脉动数据。2离心泵间隙变化模型结构及试验方案设计2．1离心泵间隙变化模型结构图1模型泵装配图图2模型转轮照片收稿日期：2016—05-15作者简介：张弋扬(1983一)，女，工程师，研究方向：水力模型试验。12水电站机电技术第40巷1为离心泵模型装配图，模型由泵体、叶轮、泵前盖、后护板、密封部分和轴承组件等组成。图2为模型泵叶轮照片，叶片数为3，叶轮进口直径为l74．5mm。试验通过调整模型泵轴承组件的位置来改变叶轮与泵前盖之间的间隙。其中后护板与泵前盖之间的距离为109mill，叶轮宽度为106．8mm。因此，叶轮在后护板和泵前盖之问形成的间隙值为2．2mm。如罔3所示：液体能从叶轮与泵前盖的间隙厂重新流人叶轮进口，但是不能从叶轮与后护板的间隙b回流；所以，影响离心泵性能的主要是叶轮与前盖板的间隙侏图3模犁】隙不恿罔2．2试验方案设计为了进行离心泵间隙变化模型试验，需要在传统性能模型试验的基础上针对间隙变化测试的特点进行试验方案设计。试验是通过调节模型泵轴承组件来改变叶轮与泵前盖的间隙，敝陛能试验时需要调节5次间隙，分别进行相应间隙的性能试验和运行性能监测。所以不仅要在蜗壳t-．设置压力脉动测点，还需要在泵前盖不同方位设置测点以监测间隙变化对压力脉动的影响。如图4所示为各传感器测点布置图。在模型泵进、卅口2倍管径的位置布置了测压环管．用于扬程的测量。在泵基座位置按照泵的轴向、径向和垂直方向布置了振动传感器、距离泵轴线1m的位置安放了声级计进行噪声测试。在泵的蜗壳和泵前盖上安放了压力脉动传感器，测点布置如图5所示。从蜗壳出口开始布置测点，沿蜗壳几何中心线按照J,lSu,-t针方向分别为PBTI～PBT6、在垂直于蜗壳中心平面、靠近蜗舌的位置布置测点PBT7，泵前盖上的压力脉动测点按照直角坐标系方位布置，分别为PQG1一PQG4。本次试验转速采用1000r／min，故转频为16．67Hz；转轮共有3叶片，故叶频约为50．01Hz。Fh于采样频率至少应大于最高频率的40倍才能捕捉完整的信号，所以采样频率至少应选用2048Hz。压力脉动和振动试验结果取值方法采用97％置信度进行取值，即剔除3％不可信区域内的数据，求出混频双振峰峰值。图4传感器测点布置图E^图5压力脉动测点布置3离心泵间隙变化对性能的影响3．1不同间隙下的能量试验分析5个间隙值能量试验结果如图6至图8所示，分