离心泵能量损失分析与对策研究

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离心式水泵出力不足的分析和处理措施

离心式水泵出力不足的分析和处理措施摘要：我厂汽水系统动力源多为离心式泵，应用范围非常广泛，例如闭式水泵、开式水泵、前置泵、凝结水泵、给水泵等等，离心式泵的稳定运行是机组安全的保证。

离心式泵出力不足将造成非常大的影响，甚至造成机组跳机的情况，因此对于离心泵出力的了解非常必要。

关键词：离心式泵出力不足原因和措施0引言在离心泵的理论知识基础上，结合我厂实际生产中出现过的事故案例，对离心泵出力不足做多方面做分析和处理措施。

从而实现快速消缺，保证机组安全，节约介质资源，增加效益。

1离心泵出力离心泵的工作原理是利用旋转叶轮带动流体一起旋转，借助离心力的作用，使流体的压力能和动能得到增加，流体沿轴向进入叶轮转90°后沿径向流出。

泵出力体现在泵的性能参数上主要是两个：流量和扬程，体现在电机参数上的话，主要是CRT检测电流，也即轴功率的体现，三者之间的关系可以用下列的方程式表示：N=Q.H.g.ρ /ηN——电机功率kW，H——水泵扬程m，Q——水泵流量m3/s，g——重力加速度g=9.81，ρ ——工质的密度，η——水泵效率水泵性能关系体现在曲线上如图1.图1水泵性能曲线的三种形状曲线a，当流量变动较小时，扬程变化较大，这类泵适用于扬程变化大而流量变化小的场合。

曲线b，当流量变化很大时，扬程变化很小，这类泵适用于流量变化大而扬程变化小的场合，如锅炉给水泵。

曲线c有驼峰，扬程随流量的变化先增加后减小，曲线上的k点对应扬程的最大值，k点左边为不稳定工况区，这类泵运行稳定性不好，已经很少使用。

2离心泵出力不足的原因和处理措施造成离心泵出力不足的原因原因有很多，一般可概括为泵汽蚀引起和泵本体故障引起。

2.1介质温度升高或泵进口压力降低，造成泵的汽蚀水泵汽蚀会造成泵性能下降，导致扬程下降，效率也相应降低，如图2比转速n s=70时，单级离心泵发生汽蚀的性能曲线。

所以，为避免泵汽蚀，泵进口介质必须满足一定的压力，且温度不能太高，须得满足水泵汽蚀余量才行。

单级双吸清水离心泵的节能与效率提升措施研究

单级双吸清水离心泵的节能与效率提升措施研究随着工业化进程的不断发展，离心泵作为一种重要的流体输送设备，在工业生产中得到广泛应用。

而在众多离心泵类型中，单级双吸清水离心泵因其结构简单，适用范围广泛而备受青睐。

然而，为了满足节能减排的需求，提高离心泵的效率成为了迫切的问题。

因此，本文将研究单级双吸清水离心泵的节能与效率提升措施。

首先，一种可行的措施是采用高效节能电机。

离心泵的电机是其运行的动力源，电机的效率直接影响到整个泵的运行效率。

目前，市场上已经出现了许多高效节能的电机，其能够在相同的输入功率下提供更大的输出功率，从而显著提高离心泵的效率。

因此，在选购单级双吸清水离心泵时，选择高效节能电机将成为提升其效率的重要措施。

其次，优化泵的设计结构也是节能与效率提升的关键。

在单级双吸清水离心泵的设计中，合理的叶轮和泵壳的设计可以减小泵的阻力和能量损失，提高泵的效率。

一种常见的优化设计方法是采用叶轮后掠角设计，通过调整叶片的后掠角度，可以减小叶轮流体入口处的旋涡损失，提高泵的效率。

同时，合理的泵壳设计可以减小泵的内部摩擦，减少流体输送过程中的能量损失，进一步提高泵的效率。

此外，采用可变速驱动系统也是提升离心泵效率的一种有效措施。

离心泵在运行过程中，由于泵出口压力和流量的变化，其效率常常会出现下降。

而通过采用可变速驱动系统，可以根据实际工况对泵的转速进行调整，使得泵在不同负荷下运行的效率达到最大化。

可变速驱动系统的应用不仅可以提高单级双吸清水离心泵的效率，还可以减少能量消耗和维护成本。

此外，提高单级双吸清水离心泵的密封性能也是节能与效率提升的重要措施之一。

泵的密封性能不仅关系到泵的泄漏问题，而且还与泵的效率密切相关。

有效的密封设计可以减少泄漏和摩擦损耗，提高泵的效率。

因此，在选型和安装单级双吸清水离心泵时，要注意选择合适的密封结构，并定期维护和检测密封性能，以确保泵的高效运行。

最后，科学合理的泵的运行管理也是提升离心泵的节能与效率的重要环节。

螺旋离心泵叶轮域流体能量损失研究

方向呈梯度减小，在叶轮前缘产生负压，以利于液体。，被吸入叶轮流域第二随着叶片包角增大，叶片表面静压在整体上逐渐增大，并在螺旋段末端静压达到最大，而在离心段有压力下降趋势，这是由于螺旋离心泵主要是通过其螺旋段对流体做功，叶轮螺旋［15 ］段起到多级加能作用。 6 叶片表面相对速度矢量分布可看出，从图 5 、叶片工作面与背面相对速度差值不大，相对速度随包角的增大而逐渐增大，且同一包角下轮缘处相对速度大于轮毂处，这是由于从叶轮入口到出口方向沿叶片旋转方向叶轮半径逐渐增大，同一叶片包角下轮缘处半径大于轮毂处，因为相对速度的方向相同，则分析轮缘和轮毂处的速度三角形可以证明。在叶片离心段表面相对速度呈增大趋势，这是由于从螺旋段末端叶轮最大半径处开始，叶轮离心段的半径开始减小，部分液流脱离叶片表面产生脱流，并在离心段流体离开叶轮进入蜗壳，流体所含的动能转化为静压能，这符合螺旋离心泵叶轮的工作原理。从输送固液两相流体介质工况下固相与液相在叶片上的速度分布可看出在叶片相同位置上固相与液相的相对速度大小差别不大，且在叶片表面上的运动趋势和规律近似，证明粒径为 0. 076 mm 的沙粒跟随性较好，固相对液相的流态影响不是很大。 3. 2 可靠性试验验证通过在开式试验台对同型号的螺旋离心泵进行
要精确计算各项损失很但由于泵内流动的复杂性，［7 － 8 ］。定量分析水力机械能量变化规律，困难建立离心泵内水力损失的计算模型，分析其各部分的能量损失对螺旋离心泵的优化设计尤为重要。本文以螺旋离心泵为对象，通过论证空间坐标系下Ｒothalpy 值与水力损失之间的关系，并借助计 CFD ）算流体动力学（ Computational fluid dynamics，方法，分别在介质为清水和含沙水工况下计算沿叶轮轮毂、轮缘的压强分布和相对速度分布，对叶轮各，部分的能量损失进行分析以为设计优良性能的螺旋离心泵提供参考。 1. 2

离心泵流动损失分析及对其效率的影响

离心泵流动损失分析及对其效率的影响摘要：现阶段随着时代的不断发展，我国社会经济呈现着高速稳定的发展态势，人们的生活水平在不断提高，科学技术的进步能够促进我国各行各业得到更加快速的发展，我国一直都十分注重工业的发展，并且投入了大量的人力、物力和财力来促进工业得到更加快速的发展。

由于工业在发展过程中本身具有一定的复杂性，会运用许多不同的仪器设备，其中离心泵是最为常见的一种设备，该设备的应用能够在一定程度上提高工业的生产效率，但是在具体的应用过程中也存在一些问题。

关键词：离心泵流动损失；效率的影响引言随着我国工业化进程的推进，离心泵作为实现液体输送的重要设备已经广泛应用于工农业生产以及百姓日常生活中，效果显著。

然而，当前许多离心泵运行效率较低、能耗过大，影响企业经济效益的提高及生产活动的顺利进行。

有鉴于此，探讨造成离心泵效率运行偏低的原因并就此提出相应解决措施已经成为工农业生产实践中一个重要课题。

1离心泵流动损失分析①离心泵运行参数较大程度偏离设计参数导致运行效率偏低。

离心泵工作参数包括扬程、流量、转速以及效率等，当离心泵扬程发生变化，离心泵其他工作参数也会随之变化，而离心泵在设计工况下的运行效率最高。

一旦离心泵流量过大或者扬程过高，超出设计工况范围导致运行工况点偏离设计工况，最终就会出现离心泵运行效率偏低的情况②离心泵内的损失过大导致运行效率降低。

离心泵内，液体在流经叶轮时会出现一定的损失，包括泄漏损失、机械损失以及流动损失，与此相对应的离心泵效率就有容积效率、机械效率以及水力效率，离心泵内各种损失过大就会导致离心泵运行效率的下降。

其中，泄漏损失又包含离心泵叶轮密封环处的泄漏损失、轴向力平衡机构处的泄漏损失等；机械损失则包括离心泵叶轮轮盖与液体发生摩擦从而消耗的轮阻损失、填料函内的摩擦损失等；流动损失则包括液体流经叶道和转能装置时出现的冲击损失,这些损失相当部分转化为热量被液体吸收。

2离心泵流动损失分析及对其效率的影响2.1液体在叶轮中的流动由于离心泵本身就是一个较为复杂的设备，因此液体在离心泵叶轮流道内的流动情况也较为复杂，想对其进行深入的研究则必须了解当前离心泵的主要构造。

离心泵的能量损失

离心泵在把机械能转化为液体能量过程中，伴有各种损失，这些损失用相应的效率来表示。

离心泵内的损失可分三种，即机械损失、容积损失和水力损失，与之相对应泵的效率也分机械效率、容积效率和水力效率。

离心泵的能量损失(1)机械损失和机械效率原动机传到泵轴上的功率P(轴功率)，首先要消耗一部分去克服轴承和密封装置的摹擦损失，剩下来的轴功率用来带动叶轮旋转。

但是叶轮旋转的机械能并没有全部传给通过叶轮的液体，其中一部分消耗于克服叶轮前、后盖板表面与壳俸间(泵腔)液体的摩蒜，这部分损失功率称为圆盘摩擦损失。

上述轴承损失功率、密封损失功率和圆盘摩擦损夫功率之和称为机械损失，用P。

来表示。

轴功率去掉机械损失功率的剩余功率用来对通过叶轮的液体做功，称为输入水力功率，用P。

来表示。

机械效率为输入水力功率和轴功率之比，即离心泵的能量损失 (2)容积损失和容积效率输入水力功率用来对通过叶轮的液体做功，因而叶轮出口处液体的压力高于进口压力。

出口和进口的压差，使得通过叶轮的一部分液体从泵腔经叶轮密封环间隙向叶轮进口方向流动。

这样，通过叶轮的流量Q,(也称泵的理论流量)并没有完全输送到泵的出口，其中泄漏的这部分液体把从叶轮中获得的能量消耗于泄漏的流动过程中，即从高压(出口压力)液体变为低压(进口压力)液体。

所以容积损失的实质也是能量损失，容积损失的大小用容积效率vv来计算。

容积效率为通过叶轮除掉泄漏之后的液体(实际的流量Q)的功率和通过叶轮的液体(理论流量Q。

)的功率(输入水力功率)之比，即容积效率的估算比较复杂，影响因素较多，需要考虑密封环间隙大小、泵的级数、机械密封的级数等。

单级泵的泄漏量主要发生在密封环处，多级泵除此之外，还有级间泄漏。

另外，泵平衡轴向力装置、密封装置等的泄漏量也应算在泵的容积损失之中。

离心泵的能量损失 (3)水力损失和水力效率通过叶轮的有效液体(除掉泄漏)从叶轮中接收的能量(H。

)，没有完全输送出去，因为液体在泵过流部分(从泵进口到出口的流道)的流动中伴有水力摩擦损失(沿程阻力)和冲击、脱流、速度方向及大小变化等引起的水力损失(局部阻力)，从而要消耗掉一部分能量。

离心泵节能降耗的分析及措施

离心泵节能降耗的分析及措施1.提高离心泵效率第一步，在选型时多比较各供给商的选型方案，在考虑性价比的前提下尽量选用效率高的方案;第二步，派驻一定的专业人员驻厂监制，对影响水泵效率的关键零部件如叶轮、泵体、泵盖、导流器（立式长轴泵）等的制造质量开展监制，尤其对叶轮的翼形、出水角、叶片的分度、流道的形状、光洁度等质量开展控制，使交付的产品是在当前的生产条件下的高效率的产品;第三步，在生产现场的安装调试过程中，要保证泵的根底牢靠，与驱动机对中良好，前后阀门开关灵活，管道布置设计合理，现场控制安全可行，各运行监控仪表齐全准确，保证泵的运行过程能够开展实时监控;第四步，是在水泵的长期运行中要注意对设备的点检，发现异常情况即时反映汇报，在正常的小修、大修周期中，应对各易损件开展检查更换，保证泵的长期高效安全的运行。

2.优化现有泵通过调整叶轮直径和泵的转速，将会对泵的流量扬程和轴功率造成影响，但对效率曲线没有影响，从而使泵能够工作在高效区内。

以上调节流量扬程都是有一定范围限制的，如果工况变化太大，原来的泵可能就要考虑改型了。

室外送风管需考虑防水防漏措施，侧墙安装机组的室外送风管须设置一定的坡度，屋顶安装机组的室外送风管也必须做好防水措施。

较长管道根据风量的不同设计成多段不同规格的风管，采用变径管连接，变径管设置不宜过多，一般整个系统不超过四个，变径管长度≥2（D-d）来确定。

送风管道与冷气机的连接处应用软接收，室外的送风管宜设计保温，室内的一般无须保温。

用循环水泵不间断地把水箱内的水抽出，并通过布水系统均匀地喷淋在蒸发过滤层上，室外热空气进入蒸发降温介质，在蒸发降温介质CELdek（特殊材料的蜂窝状过滤层，让降温效果更理想，瑞典的高科技专利产品）内与水充分开展热量交换，加水蒸发吸热而降温的清凉、清洁的空气由低噪音风机加压送入室内，使室内的热空气排到室外，从而到达室内降温的目的。

离心泵设计中的高效能耗与能量回收研究

离心泵设计中的高效能耗与能量回收研究摘要：本论文旨在研究离心泵设计中的高效能耗与能量回收。

随着能源资源的日益紧缺，对提高流体机械的能效性能要求也越来越高。

本研究通过对离心泵内部流场和结构参数的优化分析，寻求降低泵的能耗，并探索能量回收技术在离心泵系统中的应用。

通过理论分析和数值模拟，我们研究了不同条件下的能耗特性和能量回收效果，并提出了改进的设计方案。

最后，我们将实验结果与现有传统离心泵进行对比分析，验证了所提出设计的高效能耗与能量回收的优势。

该研究为离心泵的设计与应用提供了新的技术支持和指导，有助于提高流体机械的能效性能和节约能源。

关键词：离心泵设计；高效能耗；能量回收引言本论文致力于研究离心泵设计中的高效能耗与能量回收。

面对能源资源的不断减少和能效性能要求的提高，优化离心泵的能耗和探索能量回收技术成为迫切需求。

本研究通过对离心泵内部流场和结构参数的优化分析，旨在降低能耗并提出改进设计方案。

理论分析和数值模拟结果展示了不同条件下的能耗特性及能量回收效果。

通过对比实验结果与传统离心泵，验证了本设计的优势。

该研究对离心泵的设计与应用提供了新的技术支持和指导，有助于提高能效性能和节约能源。

1.离心泵设计中的能耗问题离心泵作为广泛应用于流体系统的重要设备，其能效性能直接影响着能耗和能源利用效率。

然而，传统离心泵存在着能耗较高的问题，不仅浪费了大量的能源资源，还对环境造成了负面影响。

因此，研究离心泵设计中的能耗问题变得至关重要。

该问题涉及到离心泵内部流场的复杂性以及结构参数的选择，需要通过优化设计来降低能耗并提高能效性能。

通过对离心泵内部流场和结构参数的深入研究和分析，可寻求最佳的设计方案，以提高离心泵的能效性能，减少能源消耗，并为节约能源和环保做出贡献。

2.优化离心泵内部流场和结构参数为了优化离心泵的能耗和能效性能，需要对其内部流场和结构参数进行深入研究和优化。

首先，对离心泵的流场进行流动特性分析，探究流体在离心力作用下的运动规律和能量损失机制，从而确定流场中的局部阻力和涡损失区域。

离心泵的内功率有哪些损失

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离心泵的内功率有哪些损失
当泵输送的液体在泵内流动时，通常要产生水力损失、容积损失和机械损失三种。

1.液体在泵内流动时，因为流道的光滑程度不同，则阻力大小也不相同；另外当流体进入叶轮和从叶轮出来时会产生碰撞和旋涡，也会产生能量损失。

这两部分损失统称为水力损失。

2.因为泵体是静止的，当叶轮在泵体内转动时由于间隙的存在，这样叶轮出口处的高压液体有一小部分会自动的流回叶轮进口；也可能有一部分液体会从平衡管流回到叶轮入口；或从密封处漏损，这些损失统称为容积损失。

3.因为泵在运转时要和轴承、填料等发生摩擦，叶轮在泵体内运转，它的前、后盖板也要和液体发生摩擦，这些摩擦所造成的能量损失统称为机械损失。

为了减少泵的水力损失、容积损失和机械损失，泵在运行时应尽可能在使用范围内工作。

由于磨损，间隙增大，会使漏损增加，降低泵效率，所以应对泵做到有问题及时维修，保持良好的润滑状态，填料压盖和其它紧固件的松紧要适当，降低能量消耗，以提高泵的使用效率。

离心泵运行调节能耗分析

ｄｓｖｎａｅ，ｎｐｌｄｃｎｉｏｓｒｄｓｕｓｄＴｅｅａｅｔｏｆｗｒｔａｊｓｎｔｏｓｔａｆｗｉｄａｔｓａｄａｐｅｏｄｔｎｅｉｓ．ｈｒｏｅｄｕｔｇｍｅｄ：ｈｔｏａｇｉｉａｃｅｒｗｌａｉｈｌ
ｃｎｉｅｅ．Ｔｅａｊｓｎｅｈｄｔｒｕｈｃｕｌｇｐｍｐｎｓｒｓｏｉｐｒｌｌｃｎｔｏｔｕｕｌｏｓｒｄｈｄｕｔｔｍｔｏｈｏｇｏｐｉｕｓｉｅｅｒｎａａｅａｎｉｏｓｄｍｅｎｉｌｃｎｙ
ｊｓｅｔｆｗｄｖｄｎｄｕｔｅｔａｊｓｅｔｈｏｇｏｐｎｕｐｅｅｒｎｐｒｌｌａｄｒｔ— ｕｔｎ，ｏｉｉｇｊｓｎ，ｄｕｔｎｔｒｕｈｃｕｌｇｐｍｓｉｓｒｓａａｅ，ｎｏｍｌｉａｍｍｉｎｉｏｉｌａｉｐｅｄｕｔｔｅｉｒｕｅ．Ｔｅｈｄａｌｏｓｍｔｎ，ｐｒｉｎｅｉｅｃ，ｄａｔｇｓｄｒｇｓｅｄａｊｓｎｒｔｄｃｄｈｙｒｕｉｃｎｕｐｉｓｏｅａｏｆｃｎｙａｖｎａｅｎｎｍｅａｎｏｃｏｔｆｉａ
关键词：离心泵；运行调节；能耗；节能
中图分类号：Ｈ１Ｔ３１文献标识码：Ａ文章编号：１０６５（０６００４００５— ２４２０）５— ０４— ４
Ｏｐｒｔｎａｊｓｎｔｏｓｆｒｅｅｇｏｓｍｐｉｎｅａｉｄｕｔｇｍｅｈｄｎｒｙｃｎｕｔｏｉｏｏ
ＡｂｔａｔＴｅｐｎｉｌｆｄｕｔｅｔｅｏｏｅｔｆｇｌｕｐＳｐｒｔｎｎｌｄｎｒｔｉｄｓｃ：ｈｒｃｐｓｏａｊｓｎｔｄｆｒｎｒｕａｐｍ ’ ｏｅａｏ，ｉｕｉｇｔｏｌｇａ — ｒｉｅｍｍｈｃｉｉｃｈｔｎ

离心泵性能实验实验报告

北京化工大学实验报告课程名称：化工原理实验实验日期：班级：姓名：同组人：离心泵性能试验一、摘要本实验利用孔板流量计测量离心泵的特性曲线和管路曲线，并且用实验结果也测出了孔板流量计的Co 与雷诺数的一一对应关系，验证了孔板流量计的性质，并且后续实验的继续进行是在利用了第一次试验数据的基础上完成的。

关键词：孔板流量计 Co 特性曲线管路曲线二、实验目的：1、熟悉离心泵的结构、性能铭牌及配套电机情况2、了解孔板流量计的结构、使用及变频器的作用 3学会测绘离心泵的特性曲线和管路特性曲线。

4、掌握最小二乘法回归管路特性方程、扬程方程中的参数A 、B三、实验原理：1. 离心泵的特性曲线通常采用试验的方法，直接测定离心泵的性能参数，并且绘成He-Q,H-Q,η-Q 三条曲线，称为离心泵的特性曲线。

（1）.泵的扬程0122122122H H H h gu u Z g p g p H f e +-=∑+-+∆+-=ρρ 上式忽略能量损失，u 1=u 2， ΔZ =H 0=0.85 mH 2O (2) 泵的效率 ae P P =η e v eH gq P ρ=/1000 [kW]（3）轴功电P P a 9.0= [kW] 2.孔板流量计的Co 测定2^22122^1211u p u p +=+ρρ变形得：ρp u u ∇=-22^2^12 对于不可压缩流体 11A A u u = 2)^(110A A C C -==ρ/20p u ∆=0A q v/ρ/2p ∆3.管路特性曲线 2vq B A H H e ⋅+==四、实验流程仪表箱装有泵开关按钮及功率表、流量计数字显示仪表。

图1、离心泵实验流程五、实验操作1、灌泵。

先开灌泵阀，再开排气阀至有水流出，最后关闭两阀门；2、启动水泵。

先关闭流量调节阀门，再按控制电柜绿色按钮，最后按变频器绿色按钮启动泵，频率自动升到50 Hz ；3、测泵特性。

离心泵的容积损失以及防止损失的方案

离心泵的容积损失以及防止损失的方案离心泵的容积损失有密封环漏泄损失、平衡机构漏泄损失和级间漏泄损失。

一、密封环漏泄损失在叶轮入口处，设有密封环，在水泵工作时，由于密封环两侧存在着压力差，一侧近似为叶轮出口压力，一侧为叶轮入口压力，所以始终会有一部分液体从叶轮出口向叶轮入口漏泄。

这部分液体在叶轮里获得了能量，但液体并未送出，这样就减少了水泵的供水量。

漏泄液体的能量全部用到克服密封环阻力上了。

显然，密封环直径Dw愈大，其两侧压力相差愈悬殊，则泄漏量就愈大。

对于定型的水泵，为了减少漏泄量提高水泵的效率，应在许可的情况下把密封环间隙缩小。

一般总间隙近似取密封环直径的0.002，如Dw=200毫米，则总间隙为0.40毫米。

装配时，密封环不可偏心太大，否则，漏泄量也会增加。

另外，可用增加密封环阻力的方法减少漏泄量，增加阻力的主要措施是将密封环制成迷宫、锯齿形等，这同时也增加了密封环的密封长度，增大了沿程阻力。

密封环的漏泄，在某些情况下会引起叶轮入口的扰动，因此就要合理地设计密封环形式。

二、平衡机构漏泄损失在不少的离心泵中，都设有平衡轴向推力的机构：如平衡孔、平衡管、平衡盘等。

由于在平衡机构两侧存在着压力差，因而也有一部分液体从高压区域向低压区域漏泄。

平衡孔的漏泄会使水泵的效率降低5%左右。

在平衡盘机构中，漏泄量占工作流量的3%，但高压泵有些比此值大；为了减少漏泄损失，可在不影响平衡力的情况下减小平衡盘的直径D’。

三、级间漏泄损失在涡壳式多级泵中，级间隔板两侧压力不等，因而也存在漏泄损失，根据机构布置情况的不同，级间隔板两侧的压差可能为一级、二级或三级，级数相差愈多，则隔板级间漏泄就愈严重，因此此处广泛采用台阶式级间密封。

此外，在分段式多级泵中，也存在着级间漏泄。

不过这与前面所说的级间漏泄不同，因这部分漏泄液体不经过叶轮，故不属于容积损失。

在这里，级间隔板前后的压差，是由导叶扩散部分的增压作用和叶轮侧隙的抽吸作用（相当于离心叶轮）而引起的。

基于熵产的离心泵流动损失特性研究

第42卷第2期2021年2月哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报Journal of Harbin Engineering UniversityVol.42ɴ.2Feb.2021基于熵产的离心泵流动损失特性研究任芸1,2,朱祖超2,吴登昊3,祝之兵1,李晓俊2(1.浙江工业大学之江学院,浙江绍兴312030;2.浙江理工大学机械与自动控制学院,浙江杭州310018;3.中国计量大学计量测试工程学院,浙江杭州310018)摘㊀要:离心泵被广泛的应用于航空航天和石油化工领域,其内部的流动损失特征尚未被完全揭示㊂为了揭示离心泵内部流动损失机理,本文以1台带诱导轮的离心泵模型为研究对象,采用熵产理论和Q 准则对不同转速和工况下的离心泵内部各个部件的流动损失特性进行定量分析㊂研究结果表明:局部熵产和壁面熵产值随着转速的增大而增大,与湍流耗散熵产和直接耗散熵产相比,壁面熵产所占的比率最高㊂腔体㊁蜗壳和叶轮是离心泵内部能量损失的核心区;叶轮内部的大量涡流和流体对叶片的冲击是造成叶轮能量损失的主要因素;叶顶泄漏涡是引起诱导轮能量损失的主要原因㊂关键词:离心泵;叶轮;转速;能量损失;熵产;Q 准则;涡核;数值计算DOI :10.11990/jheu.201906053网络出版地址:http :// /kcms /detail /23.1390.u.20201215.1434.013.html 中图分类号:TH311㊀文献标志码:A㊀文章编号:1006-7043(2021)02-0266-07Flow loss characteristics of a centrifugal pump based onentropy productionREN Yun 1,2,ZHU Zuchao 2,WU Denghao 3,ZHU Zhibing 1,LI Xiaojun 2(1.Zhijiang College,Zhejiang University of Technology,Shaoxing 312030,China;2.Faculty of Mechanical Engineering and Auto-mation,Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 310018,China;3.College of Metrology and Measurement,China Jiliang University,Hangzhou 310018,China)Abstract :In order to reveal the internal flow loss mechanism of a centrifugal pump,a centrifugal pump model withan inducer is studied in this paper.The entropy production theory and Q criterion are used to quantitatively analyzethe flow loss characteristics of different components inside the pump under different speed and flow rate conditions.Results show that the local entropy production and wall entropy production values increase with increasing rotational pared with the turbulent and direct dissipation entropy production,wall entropy production exhibits the highest proportions.The cavity,volute,and impeller are the core areas of energy loss inside the pump.A largenumber of vortices inside the impeller and the impact of the fluid on the blades are the main factors that cause ener-gy loss of the impeller.The tip leakage vortex is the main cause of energy loss in the inducer.Keywords :centrifugal pump;impeller;speed;energy loss;entropy production;Q criterion;vortex core;numeri-cal calculation收稿日期:2019-06-17.网络出版日期:2020-12-15.基金项目:浙江省自然科学基金项目(LY21E060004,LGG21E090002).作者简介:任芸,女,副教授.通信作者:任芸,E-mail:renyun @.㊀㊀因其具有单级扬程高㊁结构紧凑㊁维护方便,可靠性好等特点,而被广泛应用于石化和航空航天等领域[1]㊂但离心泵的设计理论至今仍不完善,其在运行过程中会诱发回流漩涡㊁二次流㊁动静干涉等不稳定流现象,上述不稳定流对离心泵的性能具有较大的影响,引起离心泵内部大量的能量损失,减少离心泵的水力效率㊂在工程实际中,为了达到节能和变换使用流量(扬程)的目的,常存在变转速运行情况,如通过变转速工况调节满足更宽的使用范围[2]㊂而改变转速后,流道内流速变化较大,且分布不均匀㊂同时受介质的粘性作用及湍流的无规律脉动特性影响,使得离心泵内部不可避免的存在粘性耗散能的不可逆能量损失㊂目前,关于离心泵常用的能量损失评估第2期任芸,等:基于熵产的离心泵流动损失特性研究方法主要有4种:1)经验公式[3];2)涡量动力学理论[4];3)能量梯度方法[5-6];4)熵产理论[7-8]㊂其中,基于泵内水力损失㊁圆盘摩擦损失和容积损失等能量损失经验公式是以模型泵的外特性为判定依据[9-11],而后3种方法引入了内流分析结果㊂基于涡动力学的方法通过对泵内局部不良流动放大,研究其与水力性能的关系达到优化水力设计的目的[12-14]㊂能量梯度方法对计算的流场数据进行处理,获得流道内能量梯度函数分布,并基于能量梯度理论对泵内失稳进行分析[15]㊂熵产作为一种直观反映流体内部不可逆损失发生位置及能耗空间分布的有效工具,为离心泵性能改进及指导其水力优化提供了新的方法Li等[16]㊁Hou等[17-18]基于熵产理论分析了离心泵内能量损失情况及其产生的主要原因㊂同时,熵产理论也被广泛应用于风机内部的能量损失分析[19]㊁侧流道泵的内部流动损失研究[20]㊁低温潜液泵空化诱导流动损失研究[21]㊁自吸泵内部能量损失分析[22]和水轮机内流损失研究[23]㊂上述研究中均强调了熵产方法分析泵内流动损失比较直观且可以得到泵内流动损失的细节信息㊂本文首先针对一航空航天领域应用普遍且对偏小流量下的性能要求较高的诱导轮离心泵模型进行变转速试验,然后基于熵产理论并结合数值计算结果,分析随着转速的不断变化,离心泵内部各个部件的能量损失分布规律,揭示转速对离心泵性能特性的影响规律㊂1㊀离心泵的模型建立1.1㊀熵产理论整个系统计算域内的总熵产S pro为直接耗散熵产S pro,D㊁湍流耗散熵产S pro,Dᶄ和壁面熵产S pro,W之和,其计算公式为:S pro=S pro,D+S pro,Dᶄ+S pro,W(1)式中S pro,D和S pro,Dᶄ定义为:S pro,D=ʏV S㊃‴D d V(2)S pro,Dᶄ=ʏV S㊃‴Dᶄd V(3)㊀㊀S㊃‴D可以通过数值计算直接得到,而S㊃‴Dᶄ因湍流速度场难以获得而无法求解㊂根据Kock[8]的局部熵产理论,脉动熵产S㊃‴Dᶄ与湍流模型存在内在联系,与湍动能耗散率ε有关㊂因此在SST k-ω湍流模型中,由速度波动引起的局部熵产:S㊃‴Dᶄ=αρωk T(4)式中:α=0.09;ω是比耗散率;k是湍流强度㊂由于熵产率存在较强的壁面效应,且时均项较为明显,其壁面附近熵产计算的公式为[8]:S pro,W=ʏSτ㊃v T d S(5)式中τ是壁面切应力,Pa;S是面积,m2;v是近壁面速度,m/s㊂1.2㊀实验模型与数值计算1.2.1㊀实验模型本文以带诱导轮的离心泵为研究对象,为便于开展相关实验研究,除了诱导轮采用不锈钢制造外,试验泵其他部分均采用有机玻璃制造,其几何参数为叶轮进口直径D1=88mm,出口直径D2= 148mm,叶轮出口宽度b2=8.5mm,蜗壳基圆直径D3=154mm,蜗壳出口直径D4=40mm㊂由于有机玻璃材料强度的限制,模型泵的最高设计转速为3600r/min,该转速下对应的电机功率为7.5kW,电机转速通过ABB变频器进行调节,实验转速分别设为3600㊁2600和1600r/min㊂基于相似定理,不同转速对应的设计流量和扬程分别为(Q d=18.8m3/h,H d=48m)㊁(Q d=13.6m3/h,H d= 25m)和(Q d=8.37m3/h,H d=9.5m),实验用模型泵具体结构如图1所示㊂图1㊀实验用泵结构Fig.1㊀Main structure of pump model 1.2.2㊀数值计算本文采用六面体结构化网格对全流道进行网格划分㊂图2为计算域网格㊂离心泵进口采用总压进口条件,出口给定出口质量流量条件,通过控制模型的质量流量来控制流体速度的大小,同时假定进口截面上的压力均匀分布㊂计算的流体介质为水,介质温度设为298K㊂近壁面处选择可伸缩壁面函数对近壁区进行处理,计算中忽略表面粗糙度对流场的影响㊂本文在ANSYS CFX的平台上对n=3600r/min 的泵模型选用SST k-ω湍流模型进行了网格无关性分析㊂表1为6组不同数量网格模型在设计工况下的计算结果,可以看出,当网格数大于400万以后,随着网格数的增加,扬程的波动较小,因此,本文在网格4的基础上进行后续的研究㊂㊃762㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第42卷图2㊀计算域网格模型Fig.2㊀Mesh of computational domains表1㊀网格无关性分析结果(1.0Q d )Table 1㊀Mesh independency analysis (1.0Q d )网格网格数扬程/m 1220786851.592284134051.653342864051.704400353251.735467305251.746534488451.742㊀结果与分析2.1㊀外特性对比分析通过分析实验结果,得到不同转速下离心泵外特性曲线,如图3所示㊂图3㊀不同转速下模型泵Q-H 曲线Fig.3㊀Q-H curves of pump model under different speeds从图3可以看出,在试验条件下该离心泵不同转速下的Q-H 曲线在小流量工况均存在明显驼峰现象㊂以3600r /min 为例,在设计工况下的实验扬程为50.3m,数值计算的扬程为51.7m,相对误差约为3%;在小于0.3Q d 下的个别流量工况,数值计算的相对扬程误差超过5%,除此之外,计算值与实验值基本趋于一致㊂2.2㊀不同转速下泵内流动损失分布特征图4为模型泵小流量至设计流量区域内不同转速对应的局部熵产和壁面熵产分布规律,从图中可以得出:泵内局部熵产和壁面熵产值随着转速的增大而增大;在对应的转速下,直接耗散熵产S pro,D 和湍流耗散熵产S pro,Dᶄ随流量的增加呈现先减小后增大的趋势,而壁面熵产S pro,W 随流量的增加呈现逐渐增大的趋势㊂对比3种不同类型的熵产,其中壁面熵产S pro,W 所占的比率最高,湍流耗散熵产S pro,Dᶄ次之,直接耗散熵产S pro,D 最小;随着转速的减小,壁面熵产所占比率基本呈现逐渐增大的趋势,而湍流耗散熵产和直接耗散熵产则呈现逐渐减小的趋势;其中在3600r /min 下,0.2Q d 的壁面熵产值为2.5W /K,所占比率为37%,1.0Q d 的壁面熵产为3.07W /K,所占比率为48%㊂而转速降低到1600r /min 时,0.2Q d 和1.0Q d 下的壁面熵产值降低至0.42W /K 和0.47W /K,而其所占比率上升至48%和54%㊂因此,对于离心泵,壁面熵产是泵内能量损失的主要来源,其值不可忽略㊂图5为模型泵总熵产和不同区域所对应的熵产值,其中S pro,total 代表总熵产值,S pro,imp 代表叶轮内的熵产值,S pro,vol 代表蜗壳内的熵产值,S pro,ind 代表诱导轮内的熵产值,S pro,cav 代表腔体内的熵产值,S pro,wr 代表口环间隙内的熵产值㊂通过分析该泵总熵产值和不同区域内的熵产分布情况,可以得到:1)总熵产值随着转速的降低而逐渐减小;3种转速下,总熵产值均在0.6Q d 下达到最小,其值分别是5.65㊁2.38和0.81W /K;不同转速下的对应流量工况的总熵产比值与转速比值大致呈2.5倍的函数关系㊂2)腔体内部的熵产值最大,在3600r /min 其所占比率最高可以达到38%,在1600r /min 其所占比率最高可以达到58%;蜗壳内部的熵产值略小于腔体,在3600r /min 和1600r /min 所对应的最高比率分别为32%和25%;其后分别是叶轮和诱导轮,口环间隙的熵产值最小,其比率大致为1%~2%,基本不受转速和流量工况的影响㊂3)相比高转速,1600r /min 下的叶轮和诱导轮的熵产所占比率下降明显,其原因在于转速的降低使叶轮和诱导轮内部的流动变得相对比较稳定,其对应的湍流耗散损失显著下降㊂2.3㊀不同转速下泵内部流动特征为了进一步分析离心泵内部流动损失的具体位置和流动损失的诱导原因,以各转速下的设计工况(1.0Q d )作为分析对象,开展内部流动特征分析㊂图6为不同转速下设计工况叶轮内局部熵产和涡核分布特征,叶轮内的漩涡以Q 准则表示[24],Q 准则取值为6ˑ104s -2㊂从图中可以得出:1)随着转速的降低,叶轮与蜗壳内部的局部熵产值(EPR)和叶轮流道内的分离涡的强度显著下降㊂叶轮内部的损失主要集中在叶轮进口处和叶轮出口处,其主要原因是当水流进入叶轮后,首先对叶轮叶片进口端产生冲击,且随着转速的增加水流流速也随之增加,从而加剧了水流冲击,造成较大的冲击损失㊂同时,㊃862㊃第2期任芸,等:基于熵产的离心泵流动损失特性研究叶轮与蜗壳及隔舌的动静干涉效应引起了叶轮出口处㊁蜗壳内部以及隔舌附近的能量损失,转速增加的同时也加剧了动静干涉效应,从而加剧了叶轮㊁蜗壳以及隔舌附近的能量损失;2)结合叶轮内部速度流线图可以看出,叶轮内部存在大量的涡流,这种漩涡流动导致了叶轮内部存在大面积的涡核,叶轮内部的分离流动和叶轮出口的回流是导致涡核产生的直接原因㊂这种不稳定涡流会引起较大的能量损失,随着转速的增加,叶轮内部的涡流强度和涡核分布面积得到显著增强,使得叶轮内部能量损失明显增加;3)从叶轮内部的流线图可以发现不稳定漩涡均出现在长叶片的工作面与短叶片的背面之间,而在短叶片的工作面与长叶片背面则流动相对比较稳定㊂这说明叶轮内部的流动分离易在长叶片的工作面发生,从而在长叶片与短叶片的流道中间形成明显的低速涡区,进而导致能量损失㊂图4㊀不同转速和流量下模型泵3种类型熵产分布特征Fig.4㊀Entropy production rates of pump model under different speeds and flowrates图5㊀不同转速和流量下模型泵总熵产分布特征Fig.5㊀Total entropy production rate of pump model under different speeds and flow rates㊃962㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第42卷图6㊀设计工况下离心泵内局部熵产和涡核分布特征Fig.6㊀Local EPRs and vortex cores of centrifugal pump under design flow rate2.4㊀不同转速下诱导轮内部流动特征图7为不同转速下设计工况对应的诱导轮局部熵产和涡核分布特征,诱导轮的泄漏涡以Q准则表示,Q准则取值为Q=5ˑ105s-2㊂图7㊀不同转速下设计工况对应的诱导轮内局部熵产和涡核分布特征Fig.7㊀Local EPRs and vortex cores of inducer under de-sign flow rate从图7中可以得出:随着转速的降低,诱导轮的局部熵产值和叶顶间隙泄漏涡的强度显著下降㊂诱导轮内部的损失主要集中在叶顶处,其主要原因是在于叶顶泄漏涡的影响,泄漏涡引起叶顶处出现与主流方向相反的液流,该反向液流与主流液体发生干扰,严重影响诱导轮内部流态;泄漏涡导致流态恶化,降低诱导轮的做功能力和加剧叶顶处的能量损失,具体如图8所示㊂图8中进一步揭示了诱导轮内部的涡量分布主要集中在叶顶处和靠近叶轮进口的区域,靠近叶轮进口区域的涡量主要由叶轮进口出现局部回流导致的,这也使得该区域的涡核和能量损失显著增加㊂图8㊀设计工况诱导轮叶顶间隙涡量分布特征(3600r/min) Fig.8㊀Vortex distribution of inducer tip under design flow rate(3600r/min)3㊀结论1)离心泵内局部熵产和壁面熵产值随着转速的增大而增大;同一转速下,直接耗散熵产和湍流耗散熵产随流量的增加呈现先减小后增大的趋势,而壁面熵产随流量的增加呈现逐渐增大的趋势㊂壁面㊃072㊃第2期任芸,等:基于熵产的离心泵流动损失特性研究熵产所占的比率最高,湍流耗散熵产次之,直接耗散熵产最小㊂2)腔体㊁蜗壳和叶轮是离心泵内能量损失的主要区域,口环间隙的熵产值最小;不同转速下的对应流量工况的总熵产比值与转速比值大致呈2.5倍的函数关系;低转速的叶轮和诱导轮的熵产所占比率显著下降,其原因在于转速的降低使得叶轮和诱导轮内部的流动变得相对比较稳定,其对应的湍流耗散损失显著下降㊂3)随着转速的降低,叶轮与蜗壳内部的局部熵产值和叶轮流道内的分离涡的强度显著下降㊂叶轮内部的损失主要集中在叶轮进口处和叶轮出口处,其主要原因在于叶轮进口的流动冲击和叶轮出口的动静干涉效应㊂叶轮内部的分离流动和叶轮出口的回流是导致涡核产生的直接原因,随着转速的增加,叶轮内部的涡流强度和涡核分布面积显著增强㊂诱导轮内部的损失主要集中在叶顶处,其主要原因是在于叶顶泄漏涡的影响㊂参考文献:[1]朱祖超.低比转速高速离心泵的理论及设计应用[M].北京:机械工业出版社,2008.[2]关醒凡.现代泵理论与设计[M].北京:中国宇航出版社,2011.GUAN Xingfan.Modern pumps theory and design[M]. Beijing:China Aerospace Press,2011.[3]JOHANN F G.Centrifugal pumps[M].New York:Spring-er Berlin Heidelberg,2008.[4]WU J Z,WU J M.Vorticity dynamics on boundaries[J]. Advances in applied mechanics,1996,32:119-222, 222A,222B,222C,222D,222E,222F,222G,222H, 223-275.[5]DOU H S.Mechanism of flow instability and transition to turbulence[J].International journal of non-linear mechan-ics,2006,41(4):512-517.[6]DOU H S,KHOO B C.Investigation of Turbulent transition in plane Couette flows using energy gradient method[J]. Advances in applied mathematics and mechanics,2011,3 (2):165-180.[7]KOCK F,HERWIG H.Entropy production calculation for turbulent shear flows and their implementation in CFD codes [J].International journal of heat and fluid flow,2005,26 (4):672-680.[8]KOCK F,HERWIG H.Local entropy production in turbu-lent shear flows:a high-Reynolds number model with wall functions[J].International journal of heat and mass trans-fer,2004,47(10/11):2205-2215.[9]谈明高,刘厚林,袁寿其.离心泵水力损失的计算[J].江苏大学学报(自然科学版),2007,28(5):405-408. TAN Minggao,LIU Houlin,YUAN Shouqi.Calculation of hy-draulic loss in centrifugal pumps[J].Journal of Jiangsu Uni-versity(Natural Science Edition),2007,28(5):405-408.[10]王凯,吴贤芳,陈新响,等.离心泵多工况能量损失系数修正方法[J].中国农村水利水电,2013(2):122-125.WANG Kai,WU Xianfang,CHEN Xinxiang,et al.Multi-condition correction method of energy loss coeffi-cients for centrifugal pumps[J].China rural water and hy-dropower,2013(2):122-125.[11]刘厚林,谈明高,袁寿其.离心泵理论扬程的计算[J].农业机械学报,2006,37(12):87-90.LIU Houlin,TAN Minggao,YUAN Shouqi.Research on calculation of theoretical head of centrifugal pumps[J].Transactions of the Chinese society for agricultural machin-ery,2006,37(12):87-90.[12]JI B,LUO X W,ARNDT R E A,et rge Eddy Sim-ulation and theoretical investigations of the transient cavi-tating vortical flow structure around a NACA66hydrofoil [J].International journal of multiphase flow,2015,68: 121-134.[13]李志峰,王乐勤,戴维平,等.离心泵启动过程的涡动力学诊断[J].工程热物理学报,2010,31(1):48-51.LI Zhifeng,WANG Leqin,DAI Weiping,et al.Diagnos-tics of a centrifugal pump during starting period based on vorticity dynamics[J].Journal of engineering thermophys-ics,2010,31(1):48-51.[14]ZHOU Xin,ZHANG Yongxue,JI Zhongli,et al.The op-timal hydraulic design of centrifugal impeller using genetic algorithm with BVF[J].International journal of rotating machinery,2014,2014:845302.[15]窦华书,蒋威,张玉良,等.基于能量梯度理论的离心泵内流动不稳定研究[J].农业机械学报,2014,45(12):88-92,103.DOU Huashu,JIANG Wei,ZHANG Yuliang,et al.Flow instability in centrifugal pump based on energy gradient theory[J].Transactions of the Chinese society for agricul-tural machinery,2014,45(12):88-92,103. [16]LI Xiaojun,JIANG Zhiwu,ZHU Zuchao,et al.Entropygeneration analysis for the cavitating head-drop character-istic of a centrifugal pump[J].Proceedings of the institu-tion of mechanical engineers,part C:journal of mechani-cal engineering science,2018,232(24):4637-4646.[17]HOU Hucan,ZHANG Yongxue,LI Zhenlin,et al.Nu-merical analysis of entropy production on a LNG cryogenic submerged pump[J].Journal of natural gas science and engineering,2016,36:87-96.[18]HOU Hucan,ZHANG Yongxue,LI Zhenlin.A numeri-cally research on energy loss evaluation in a centrifugal pump system based on local entropy production method [J].Thermal science,2017,21(3):1287-1299. [19]王松岭,张磊,叶学民,等.基于熵产理论的离心风机性能优化[J].中国电机工程学报,2011,31(11): 86-91.WANG Songling,ZHANG Lei,YE Xuemin,et al.Per-formance optimization of centrifugal fan based on entropy generation theory[J].Proceedings of the CSEE,2011, 31(11):86-91.[20]张帆,袁寿其,魏雪园,等.基于熵产的侧流道泵流动损失特性研究[J].机械工程学报,2018,54(22): 137-144.ZHANG Fan,YUAN Shouqi,WEI Xueyuan,et al.Study on flow loss characteristics of side channel pump based on㊃172㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第42卷entropy production[J].Journal of mechanical engineer-ing,2018,54(22):137-144.[21]WANG Cong,ZHANG Yongxue,HOU Hucan,et al.En-tropy production diagnostic analysis of energy consumption for cavitation flow in a two-stage LNG cryogenic submerged pump[J].International journal of heat and mass transfer, 2019,129:342-356.[22]CHANG Hao,SHI Weidong,LI Wei,et al.Energy lossanalysis of novel self-priming pump based on the entropy production theory[J].Journal of thermal science,2019,28(2):306-318.[23]卢金玲,王李科,廖伟丽,等.基于熵产理论的水轮机尾水管涡带研究[J].水利学报,2019,50(2):233-241.LU Jinling,WANG Like,LIAO Weili,et al.Entropy pro-duction analysis for vortex rope of a turbine model[J].Jour-nal of hydraulic engineering,2019,50(2):233-241. [24]ZHANG Yuning,LIU Kaihua,XIAN Haizhen,et al.Areview of methods for vortex identification in hydroturbines [J].Renewable and sustainable energy reviews,2018, 81:1269-1285.本文引用格式:任芸,朱祖超,吴登昊,等.基于熵产的离心泵流动损失特性研究[J].哈尔滨工程大学学报,2021,42(2):266-272.REN Yun,ZHU Zuchao,WU Denghao,et al.Flow loss characteristics of a centrifugal pump based on entropy production[J].Journal of Harbin Engineer-ing University,2021,42(2):266-272.(上接第219页)WU Weiqiang,REN Zijun,ZHANG Tong,et al.Im-proved FDI method for a Gyro-quadruplet[J].Command control&simulation,2015,37(1):128-131. [13]王晨,李新国.一种双捷联冗余控制系统陀螺故障诊断方法[J].航空制造技术,2010(10):88-91.WANG Chen,LI Xinguo.Fault diagnosis method for gyro in double-redundant strapdown control system[J].Aero-nautical manufacturing technology,2010(10):88-91.[14]李勇.基于增量式模糊支持向量机的陀螺仪故障诊断[D].南京:南京航空航天大学,2015:31-39.LI Yong.Fault diagnosis for gyroscope based on incremen-tal fuzzy support vector machine[D].Nanjing:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,2015:31-39.[15]DE OLIVEIRAÉJ,DA FONSECA I M,KUGA H K.Fault detection and isolation in inertial measurement unitsbased onχ2-CUSUM and wavelet packet[J].Mathematical problems in engineering,2013,2013:869293,DOI:10.1155/2013/869293.[16]程建华,孙湘钰,牟宏杰,等.冗余式捷联惯导系统多故障的检测与隔离[J].哈尔滨工程大学学报,2018, 39(2):358-364.CHENG Jianhua,SUN Xiangyu,MU Hongjie,et al.Multi-fault detection and isolation for redundancy strap-down inertial navigation system[J].Journal of Harbin En-gineering University,2018,39(2):358-364.[17]郭思岩.捷联系统的冗余配置与故障管理方案研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2010:22-46.GUO Siyan.Redundant configuration and fault manage-ment scheme of strapdown system[D].Harbin:Harbin In-stitute of Technology,2010:22-46.本文引用格式:胡晓强,张霄力,彭侠夫.四轴陀螺组件突变故障的检测与隔离[J].哈尔滨工程大学学报,2021,42(2):214-219,272.HU Xiaoqiang,ZHANG Xiaoli,PENG Xiafu.Fault detection and isolation of abrupt fault for a gyro-quadruplet[J].Journal of Harbin Engineering Uni-versity,2021,42(2):214-219,272.㊃272㊃。

离心泵的能量损失包括哪些方面

长沙宏力水泵出品: 离心泵的能量损失具体包括以下几项：大型泵
(1)容积损失即泄漏造成的损失，无容积损失时泵的功率与有容积损失时泵的功率之比称为容积效率ηv。

大型泵
(2)水力损失由于液体流经叶片,蜗壳的沿程阻力，流道面积和方向变化的局部阻力，以及叶轮通道中的环流和旋涡等因素造成的能量损失。

这种损失可用水力效率ηh来反映。

大型泵
(3)机械损失由于高速旋转的叶轮表面与液体之间摩擦，泵轴在轴承、轴封等处的机械摩擦造成的能量损失。

机械损失可用机械效率ηm来反映
关键字：泵大型泵离心泵
描述：长沙宏力泵业有限公司是一家专业从事不锈钢多级泵的泵类生产和销售企业，专营大型泵、离心泵、冷凝泵、次高压多级泵、高压多级泵、多级泵、油泵、渣泵、泥浆泵、渣浆泵、砂泵、热水泵、单级双吸中开泵、单级悬臂式离心泵等系列产品。

炼化企业中离心泵的能耗分析及节能措施

争鸣炼化企业中离心泵的能耗分析及节能措施常宇李天一王跃新离心泵作为输送工艺流体的重要设备，在工业上具有应用范围广、功耗高的特点。

据统计，我国现有泵约3000 万台，装机总功率达1.1亿千瓦，年耗电量超过2000亿千瓦时，约占全国电力消耗总量的1/3左右。

在我国的石油及炼化企业中，泵的能耗量最高能达到全厂总能耗的60%左右，另外，泵与管网系实际运行效率较低，仅为30%-50%，据统计如果国内所有工作泵效率上升一个百分点，则全年可节电近60亿度。

因此，提高离心泵的运行效率、减少机泵设备的长期运转费用是炼化企业和石油化工厂节约能源的一个重要途径。

一、离心泵能耗高的原因分析（一）离心泵的效率低离心泵的效率低是一个复杂的问题，除了与泵的设计制造有关外，更重要的是与用户选泵、操作和维护有着密切的关系。

许多厂家在进行离心泵的选型时都是依据泵在正常工作时的最大阻力和最大流量，也会考虑到由于长期运行导致的管道阻力、泄露因素、负荷波动等等因素的影响，附加一定的富余量，通过对多个厂家的实地调查，发现富余量通常都将超过30%。

对于这种情况，多余的流量和扬程都是通过控制阀进行调节减压的，因此使大量的电能消耗在了控制阀上。

这种做法虽然可以解决阀门全开时导致的超功率和轴承过热的实际问题，但是对于离心泵整体工作状态来说却导致其不在正常工作的高效工作区而长期处于低效区操作；或选择在高效区而装置却长期处于半负荷操作，都会降低泵的效率，因此提供动力的电动机或者柴油机做了很多无用功，这是造成能量浪费的主要原因。

（二）离心泵的节能设计不合理目前在我国对于离心泵的节能设计主要是基于经验公式的模型换算法和速度系数法，然而却由于这两种方法都缺乏科学的节能设计，外加生产商家一般只是注重经济效益往往忽视在节能设计方面的投入，因此我国离心泵的节能设计一直处于初级阶段，没有得到较大的发展，在工作效率上也无法得到较大的突破。

除此之外，在我国曾经为了解决出口阀门全开时可能导致超功率和轴承过热等问题，而在设计中出现了“全扬程”的热潮，尽管这种方法在一定程度上可以有效地解决问题，但是却让离心泵工作在低效率区间内，造成了大量的资源浪费。

离心泵调节方式与能源耗损分析论文中英文资料对照外文翻译文献

离心泵论文中英文资料对照外文翻译附录A 译文（一）离心泵使用时的调节方式与能源耗损分析离心泵是广泛应用于化工工业系统的一种通用流体机械。

它具有性能适应范围广（包括流量、压头及对输送介质性质的适应性）、体积小、结构简单、操作容易、操作费用低等诸多优点。

通常，所选离心泵的流量、压头可能会和管路中要求的不一致，或由于生产任务、工艺要求发生变化，此时都要求对泵进行流量调节，实质是改变离心泵的工作点。

离心泵的工作点是由泵的特性曲线和管路系统特性曲线共同决定的，因此，改变任何一个的特性曲线都可以达到流量调节的目的。

目前，离心泵的流量调节方式主要有调节阀控制、变速控制以及泵的并、串联调节等。

由于各种调节方式的原理不同，除有自己的优缺点外，造成的能量损耗也不一样，为了寻求最佳、能耗最小、最节能的流量调节方式，必须全面地了解离心泵的流量调节方式与能耗之间的关系。

1 泵流量调节的主要方式1.1 改变管路特性曲线改变离心泵流量最简单的方法就是利用泵出口阀门的开度来控制，其实质是改变管路特性曲线的位置来改变泵的工作点。

1.2 改变离心泵特性曲线根据比例定律和切割定律，改变泵的转速、改变泵结构（如切削叶轮外径法等）两种方法都能改变离心泵的特性曲线，从而达到调节流量（同时改变压头）的目的。

但是对于已经工作的泵，改变泵结构的方法不太方便，并且由于改变了泵的结构，降低了泵的通用性，尽管它在某些时候调节流量经济方便[1]，在生产中也很少采用。

这里仅分析改变离心泵的转速调节流量的方法。

从图1中分析，当改变泵转速调节流量从Q1下降到Q2时，泵的转速（或电机转速）从n1下降到n2，转速为n2下泵的特性曲线Q-H 与管路特性曲线He=H0+G1Qe2（管路特曲线不变化）交于点A3(Q2，H3)，点A3为通过调速调节流量后新的工作点。

此调节方法调节效果明显、快捷、安全可靠，可以延长泵使用寿命，节约电能，另外降低转速运行还能有效的降低离心泵的汽蚀余量NPSHr ，使泵远离汽蚀区，减小离心泵发生汽蚀的可能性[2]。

离心泵能量损失分析与对策

出口处泄露损失
由于出口处压力较高，液体从低压区漏向高压区，产生能量损失。
转子与壳体之间的泄露损失
转子与壳体之间的间隙使液体产生泄露，导致能量损失。
水利损失
流体摩擦损失
液体在叶轮和壳体中流动时产生的摩擦力，导致能量损失。
冲击损失
液体流经叶轮时产生的冲击力，导致能量损失。
涡流损失
液体在叶轮中旋转时产生的涡流，导致能量损失。
降，产生泄漏损失。
机械密封泄漏
机械密封虽然具有较好的密封性能，但长期使用后仍可能出现泄
漏现象。
密封环磨损
密封环的磨损会导致密封性能下降，产生泄漏损失。
流体流动状态与流速分布不均
流体流动状态
离心泵中的流体流动状态对能量损失有很大影响。不合理的流动状态可能导致流体在泵内形成涡流、冲击等现象，增加能量损失。
3
2. 设定实验条件，如离心泵的转速、流量等；
实验方案设计及实施过程
3. 记录实验数据，包括离心泵的输入功率、输出功率、扬程、效率等； 4. 改变实验条件，重复步骤3；
5. 对实验数据进行整理和分析。
数据采集与分析方法
数据采集
使用测量仪表和数据采集系统，实时记录离心泵的输入功率、输出功率、扬程、效率等数据。
流速分布不均
离心泵中的流速分布不均会导致流体在泵内形成涡流、冲击等现象，增加能量损失。同时，流速分布不均还会导致泵内压力分布不均，进一步影响泵的性能。
04
离心泵能量损失对策研究
优化设计，降低机械摩擦与磨损
优化轴承和轴的设计
01
使用高精度、高刚度的轴承，改善轴的平衡和支撑，以减少机
械摩擦和磨损。
数据处理
对采集到的数据进行整理、计算和分析，得出离心泵的能量损失以及不同对策对能量损失的影响。

离心泵能量损失分析与对策研究

离心泵能量损失分析与对策研究摘要：离心泵在实际的运行中会有很多因素造成能量损失，减少离心泵的能量损失是提高离心泵工作效率的重要途径。

文章通过分析找出造成能量损失的原因，结合实际的工作经验提出相应的应对措施。

提出的措施能够有效的减少离心泵的能量损失。

关键词：容积损失；离心泵；机械损失；水力损失引言离心泵在供排水、军工、医药、石油化工等领域已经得到了广泛应用，因此它的工作效率与可靠性也越来越成为相关企业的研究重点。

离心泵受加工工艺以及工作环境的影响，会存在机械损失、容积损失以及水力损失。

针对造成离心泵能量损失的原因，提出相应的解决措施，从而提高泵的工作效率，对于节约能源、创建节约型社会具有十分重要的意义[1]。

1 离心泵的能量损失分析1.1 离心泵的能量损失（1）水力损失。

水力损失包括阻力损失与冲击损失两种。

阻力损失是指液体在流道中的摩擦阻力损失与局部阻力损失的总和。

液体在流动时，呈层流与紊流交叉状态。

如果流道变化很大，紊流成分就越大，液体与流道内部表面的摩擦就会增大，从而能量损失就会变大。

泵内流道表面粗糙度越差，流道越细，液体与流道表面的接触面就越大，摩擦就越大；液体黏度越大，摩擦也会越大。

因此，泵内流道需要光滑，流道形状需要简单。

内径加粗，液体黏度降低即能减少能量的损失。

冲击损失是指液体在进入叶轮后，与叶片或流道发生冲击而造成的能量损失。

结构角度差异越大，流体的冲击就会越大，从而能量损失就越大[2]。

（2）容积损失容积损失主要是高压液体在泵内流动以及向泵体外泄露引起的。

一部分液体经叶轮与泵壳密封环之间的缝隙流向低压区，还有一部分液体经过轴与泵壳的封装装置泄露，造成实际流量降低，产生容量损失。

同时各个密封处的磨损增大时，漏失量就会增加，从而容积损失增大。

（3）机械损失。

机械损失是指叶轮盖板侧面与液体之间的摩擦造成的损失，及其泵轴的密封装置、轴承等之间旋转的摩擦造成的损失。

显然减少各处摩擦可以降低机械损失。

离心泵效率的损失及检修对策

离心泵效率的损失及检修对策【摘要】围绕化工生产装置中常用的离心泵的效率问题，结合离心泵的检维修经验和实际，对如何进行离心泵的动、静密封检修、平衡装置检修进行了讨论，提出了离心泵检修时要注重的几个方面，对离心泵的检修以降低泵的损耗，提高离心泵的工作效率等方面，有一定的实际指导意义。

【关键词】离心泵；效率；能量损失；检修化工生产装置中，机泵在工作过程中伴随着各种损失：机械损失、容积损失、流动损失等。

要提高泵的效率，就要从减少泵的各种能量损失入手。

泵的功率损失包括泵的机械损失（轴承耗用功率和密封中耗用的功率），容积损失和水力损失等。

本文中主要针对机泵的容积损失以及机械损失中密封耗用功率方面进行探讨。

以及在机泵的检修过程中如何更好的控制机泵的相关参数，降低机泵的容积损失以及机械损失，以提高机泵的效率。

1.静密封在化工生产装置中，静密封没有相对运动，不存在机械摩擦损失，但是如果静密封面配合的不良，会使局部损失大大增加。

对于异径管的连接，为了避免介质流动过程中产生流动死区，应该配接大小头，保证流道截面主变化平缓。

2.动密封而在转动设备的运转过程中，动密封的密封面间有相对运动，既存在机械损失，又存在容积损失和流动阻力损失。

机械损失主要是轴承摩擦损失和密封摩擦损失，容积损失主要是叶轮密封环与泵体密封环间隙泄漏损失。

因此要提高机泵的效率就要要最大限度地降低容积损失和机泵的机械损失。

2.1离心泵的叶轮密封环与泵体密封环之间的配合如前所述，离心泵的容积损失主要是叶轮密封环与泵体密封环间隙泄漏损失。

根据水力学理论，流经密封环间隙的泄漏q可表达为：q=其中B、D0由于泵零件加工工艺、装配、泵转子轴刚度等条件的限制，一般可视为定量。

此外，λ、ψ是与密封环间隙形状、几何尺寸有关的损失系数，在此也可视作常数。

而对于给定的泵参数，ΔH亦可认为是常数，一般ΔH≈0.8H （H为设计扬程）。

因此，从式中可以看出，要使容积损失最小，就要有尽可能小的δ。

磁力驱动离心泵能量损失分析

磁力驱动离心泵能量损失分析对磁力驱动离心泵各部分所产生的能量损失进行了研究, 分析其特有的3项功率损失:涡流损失、内磁缸水力摩擦损失、润滑冷却循环损失,提出了减小各项损失的有效途径和方法,为磁力泵的优化设计及应用提供参考。

1、前言随着磁力驱动离心泵在石油化工、军工、医药等领域的广泛使用,它的效率和安全可靠性越来越受到关注,磁力驱动离心泵由于采用磁力传动,实现力矩的无接触传递,结构特殊,对其能量损失的研究,有助于提高泵的技术水平,对节约能源、创建节约型社会具有十分重要而深远的意义。

2、磁力泵结构及工作原理磁力泵结构如图1所示,电动机通过泵轴驱动外磁缸旋转,外磁缸通过磁力与内磁缸耦合,使内外磁缸同步运转,内磁缸与叶轮直接连接。

这样,位于内、外磁缸之间的隔离罩将可能外漏的液体隔开,实现了无轴封、完全无泄漏的目的。

图1 磁力泵结构由于增加了磁力传动部件,磁力泵的功率损失构成因素比较复杂,除泵水力部件的能量损失外,还增加了磁涡流损失、内磁缸与液体的水力摩擦损失、润滑冷却循环损失。

水力部件能量损失是一般离心泵中普遍存在的能量损失,相关的研究分析资料较多,理论也很成熟,本文着重分析磁力泵特有的各项功率损失。

3、磁力泵能量损失分析3.1、涡流损失磁力泵的隔离罩因承压的要求多数采用金属材料,它位于内、外磁缸之间。

当外磁缸被电动机带动旋转后,金属隔离罩便处于交变磁场中,导体在磁场中运动会产生感应电流,外磁缸带动内磁缸同步旋转,相当于隔离罩相对于磁场转动。

图2所示为一段隔离罩相对磁场顺时针旋转。

由于相邻磁极极性相反,因此在隔离罩中产生感应电流,此感应电流在隔离罩内自行闭合,像水的旋涡一样,因此称为涡流。

图2 涡流的产生磁涡流的产生会带来极大的危害,精确计算涡流损失的数值也并非易事。

如果能够比较准确的把握隔离罩内涡流损失的大小,就有可能比较准确的预测磁力泵的效率和合理的功率配套,并正确地进行冷却系统的设计。

根据测试数据分析提出了一个与磁路计算不直接联系的确定涡流反转矩和最大静磁转矩的比率式:式中TW ———涡流反力矩, N·mTmax ———最大静磁力矩, N·mn———电机转速, r/minR ———隔离罩平均半径, mδ———隔离罩壁厚, mρ———隔离罩材料电阻率,Ω·m根据Maxwell方程推导出隔离罩中涡流功率损失PW为:式中γ———电导率, S/mδcy ———电流密度, A /m2B0 ———磁感应强度, Tt———隔离罩壁厚, mr———隔离罩内半径, mm ———磁极极数L ———磁极长度, m由计算式结合理论分析表明, 涡流损失的大小与多个因素有关: (1)隔离罩的厚度,在满足强度的条件下,隔离罩厚度越小越好; (2)隔离罩的电导率,涡流损失大小与隔离罩的电导率成正比关系,因此隔离罩的材料应取较小的电导率,也就是较大的电阻率; (3)在满足磁转矩设计要求的情况下,磁缸应尽量减小r 值, 适当增加L 值, 有利于控制涡流损失,即内磁缸宜制成细长状; (4)磁缸的转速,涡流损失大小与转速即磁极工作频率f成正比。

离心泵的机械损失名词解释

离心泵的机械损失名词解释离心泵的机械损失是指在泵运行过程中，由于摩擦、涡流、振动等因素而导致的能量损失。

在离心泵的工作原理中，水从泵的中心进入，经过叶轮的旋转产生离心力，然后由泵的出口排出。

在离心泵的运行过程中，机械损失是不可避免的。

它会导致泵的效率降低，从而影响泵的性能和能耗。

减少机械损失是提高离心泵效率的重要措施之一。

机械损失主要包括以下几个方面：1. 摩擦损失：泵的旋转部件如轴承、密封装置等与润滑油、冷却水等之间的摩擦会导致能量的损失。

选择优质的润滑油和减少摩擦表面的接触可以减少摩擦损失。

2. 机械密封损失：离心泵的密封装置一般使用机械密封或填料密封。

在运行中，密封处会产生摩擦和磨损，导致能量的损失。

定期检查和更换密封件，保持密封装置的良好状态，可以降低机械密封损失。

3. 液体损失：泵的过流部分存在液体流失的情况。

在进出口处，泄漏液体会导致能量的损失。

合理设计泵的进出口连接，采取密封措施，可以减少液体损失。

4. 振动损失：泵在运行中会产生振动，这会导致能量的损失。

减少泵的振动可以通过优化泵的结构设计、增加支撑装置等方式实现。

在理解了离心泵的机械损失之后，我们可以采取一些措施来减少损失，提高泵的效率。

选择合适的泵型和规格，以确保泵的工作点在最高效率范围内。

合理安装泵，保证进出口通道的顺畅，减小液体的阻力。

定期进行维护和检修，以保证泵的各个部件都处于良好的状态。

采用高效能的密封装置，减少泄漏，并选择摩擦损失小的润滑材料，以降低摩擦损失。

离心泵的机械损失是泵性能降低的重要因素之一。

了解和减少机械损失对于提高泵的效率和节约能源非常重要。

只有通过定期维护、合理安装和选择高效能的密封装置，我们才能最大程度地减少机械损失，提高离心泵的性能。

个人观点和理解：离心泵是常见的工业设备，广泛应用于给水、冷却、供暖等领域。

了解离心泵的机械损失对于提高设备的效率和性能非常重要。

通过深入研究和了解离心泵的工作原理和机械损失的来源，我们可以采取科学有效的措施来降低损失，提高设备的性能。