改善离心泵汽蚀性能措施.docx

改善离心泵汽蚀性能措施改善离心泵汽蚀性能措施，工业技术，龚彦波张树伟约3041字摘要:本文简要介绍离心泵汽蚀现象形成原因，论述了汽蚀现象的基本理论， 在此基础上，分析了传统和最新改善离心泵汽蚀性能措施，也提出了采用近年来热 点研究手段CFD技术在改善离心泵汽蚀性能方面应用关键词:离心泵;汽蚀;措施;进展1 离心泵汽蚀基本理论离心泵是否发生汽蚀受到泵本身和吸入装置两个方面的影响，具体表现就是泵 汽蚀余量NPSHr和装置汽蚀余量NPSHa二者的关系其中NPSHr表示泵不发生汽 蚀，要求在泵进口处单位重量液体具有超过汽化压力水头的富余能量，NPSHa表示 泵进口处液体具有的全部水头减去汽化压力水头净剩的值当NPSHa二NPSHr时，离心泵开始发生汽蚀；当NPSHaNPSHr时，离心泵不汽蚀由于离心泵发生汽蚀的临界点就是NPSHr二NPSHa，要使离心泵不发生汽蚀，必 须增大NPSHa和减小NPSHr对于NPSHa是泵在使用中存在的问题，在设计过程中 不与考虑，因此，为了使离心泵安全高效地运行，避免汽蚀现象的发生，提高泵汽 蚀余量NPSHr就变得尤为重要。

根据泵汽蚀余量的基本公式由于离心泵叶轮内要完成流体动力学过程，因而它是承受汽蚀最多的元件当 绕流叶轮叶片的进口边时，由于液流的偏离和随之产生的离心力，因而压力急剧降 低，并过度到负压在其他条件相同情况下，该段上压力变化的特点和负压的大小 与叶片的端部厚度和进口边的形状有关2影响离心泵汽蚀性能的主要因素叶轮叶片的进口面积是决定离心泵汽蚀性能的主要结构参数，该面积同叶轮进 口直径D1、流道的宽度b1以及叶轮的轮毂直径d2有关2.1进口直径D1在流量不变的情况下，进口液流的绝对速度和相对速度都是吸入管径的函数，所以直径D1对泵汽蚀特性的影响可以利用方程来深入分析从防止汽蚀的观点来 看，分析结果表明在改善汽蚀性能上存在最佳的叶轮进口直径当叶轮进口直径增 大到此最佳值时，进口处的流速减小，使汽蚀性能得到提高如果继续增大，则对 于给定流量来说，进口直径过大了，在叶轮进口部分所形成的停滞区和反向流将会 使汽蚀性能恶化2.2流道宽度b1在泵的工况不变的情况下，可以用增大叶片进口边处流道的宽度b1来增加泵 叶轮中液流的实际进口面积因为增大b1会使液流绝对速度的轴面分速度减小， 所以汽蚀性能将得到改善，而水力效率和容积效率却并不减小。

2.3轮毂直径d2减小叶轮的轮毂直径会增大叶轮流道的实际进口面积，从而使泵的汽蚀性能得 到改善在某些结构的泵中所具有的贯穿轴，会大大地恶化泵的汽蚀特性，此外， 贯穿轴对液流还有扰动作用，从而改变了叶轮流道中的流动情况3提高离心泵汽蚀性能的措施及进展工程应用中改善汽蚀性能的主要方法是发展耐汽蚀材料和研究高抗汽蚀的叶轮耐汽蚀材料的研究主要对金属和非金属材料的许多试验，随着近年来研究的不 断深入，在耐汽蚀材料方面取得了很大的进展而应用耐汽蚀材料只是防止叶轮本 身受到汽蚀破坏，汽蚀现象仍然在叶轮内部的流动中发生，也就是说对于离心泵本 身的运行可靠性并没有得到有效改善因此，从离心叶轮机械内流理论出发，深入 研究汽蚀机理，将其应用于高抗汽蚀叶轮的研制和开发中，对叶轮进行最优化设计，才是提高汽蚀性能最有前途的发展方向 由汽蚀的理论公式可知，要减小NPSHr，必须通过减小u0、w0、入来实现而这 三者都与叶轮的结构形状有着密切的关系，叶轮结构的选择将直接影响水泵汽蚀性 能，因此，采用合理的叶轮结构和形状，对提高叶轮自身的抗汽蚀性能具有特别重 要的意义3.1传统改善汽蚀性能措施在传统的汽蚀理论中，通过叶轮的优化设计来提高离心泵的汽蚀性能主要有以 下几个方面:适当增大叶轮进口直径D1;增加叶轮叶片进口宽度bl;适当增加叶轮 盖板进口部分的曲率半径;使叶片进口边适当的前伸并倾斜;增大叶片进口角和采 用正冲角;减薄叶片进口厚度;在叶轮吸入口前加装诱导轮;超汽蚀泵3.2改善汽蚀性能的最新措施近些年来，又出现了一些新的研究成果，主要有：采用长短叶片形式的叶轮常规离心泵的叶轮叶片出口边节距较大，叶栅稠密度偏小，出水边处叶片对水 流的导流作用减弱，使水流偏离叶片出水边工作面而产生汽蚀。

由于这些原因，提 出了采用长短叶片形式的叶轮来改善离心泵的汽蚀性能其原则为:在不致造成叶 片间的流道阻塞，保持良好的导流性能前提下，利用长短叶片的形式适当增大该出 口部位的叶栅稠密度短叶片的位置根据流线-流面优化导流特性决定，并非一定 在两个长叶片的中间位置由于增加了短叶片，出口部位的节距减小为原来的一 半，叶栅稠密度相应增大，叶片对水流的导流能力明显提高，避免了出口液流偏离 叶片的现象;同时叶片出口部位单位面积上的负载大为减轻因此使叶轮的汽蚀性 能得到有效改善，而水力效率不受到影响叶轮出口宽度适当增加在叶轮的设计过程中，叶轮出口宽度增加会导致流量增大如果在计算中控制 其它参数，使流量限制在设计要求中，则适当增大叶轮出口宽度可使流道中的流速 相对减小，提高泵的汽蚀性能采用适当的叶片数量流道内的流速大是造成汽蚀的一个主要原因，为减小叶轮内的相对流动速度， 就必须加大叶片角，而叶片角加大后，必然使每个叶片上的载荷加大为保证叶片 作功符合需要，就必须适当减少叶片数但过分的减少叶片数，会造成流道内分层 效应，使叶轮出口流场畸变，影响叶轮与蜗壳中的流动效率因此，叶片数有个最 佳值，通常为5,6片。

CFD技术在改善汽蚀性能中的应用离心泵叶轮内部流动情况十分复杂，采用常规的试验方法来提高其汽蚀性能具 有设计周期长，费用高等弊端，成为高抗汽蚀性能离心泵发展的严重障碍近年 来，CFD技术在提高叶轮汽蚀性能分析研究中成为一个强有力的工具根据计算结 果分析离心泵叶轮内部流场分布规律，同时将所得数据与汽蚀试验结果进行比较， 找出汽蚀与叶轮几何形状的关系，建立一个能够在实际的设计中应用的模型4结论改善离心泵汽蚀性能的方法有很多种，但通常情况下基于经验的传统方法不能 同时采用，在叶轮设计中应根据具体的实际情况恰当的选择同时，也要考虑离心 泵的不同性能特点，使之符合工作环境条件的要求，让其在高效点可靠工作，可以 起到改善离心泵的汽蚀性能而将近年来快速发展的CFD技术与传统试验方法相结 合，把汽蚀过程模型化，应用在离心泵的优化设计中，必将成为今后离心泵抗汽蚀 性能研究热点参考文献[1] 查森.叶片泵原理及水力设计[M].北京:机械工业出版社.1998[2] 关醒凡.现代泵设计手册[M].北京:宇航出版社，1995[3] 弗?亚?卡列林.离心泵和轴流泵的汽蚀现象[M].北京:机械工业出版社， 1985[4] 储训.水泵抗汽蚀、磨损防护技术的研究进展[J].流体机械，2001(10):27~30。