泵特性曲线及调节方法

第三章 泵特性曲线及调节方法
第一节 部分流量区域不稳定特性分析
轴流泵的Q H 曲线在部分流量区域出现不稳定的马鞍形。

从关死点到最高效率
点的工作范围称为部分流量域，下面针对部分流量域进行分析。

H
A B D
C
图3-1轴流泵的特性曲线和叶轮内流动状态
图中曲线的A 点对应图3-1a ，表示最高效率点附近的流态，液体沿着叶片表面平顺流过。

曲线上的B 点，流量减小后对应的流态（图3-1b ）,叶轮内流体的离心力比半径
方向的压力梯度大，液体在叶轮出口侧向外缘附近径向移动，使得叶片出口侧外缘的流速快，轮毂侧慢。

结果在出口轮毂侧形成二次回流。

同时，因流量减小，叶片进口的冲角加大，在叶片背面出现脱流，振动、噪声加强，性能突然下降，这种现象称为失速状态。

流量进一步减小，使得特性曲线不连续突降至C 点，对应的流态（图3-1c ）。

由于流体大量拥挤到出口的外缘，使得进口外缘侧的流体难以进入，在轮毂侧流体的带动下向进口外缘侧旋转，结果在进口轮缘侧也出现了二次回流。

由于进口轮缘的二次回流加大了轮毂侧进口的流速，冲角变小，失速状态消失，振动、噪声减小。

特性曲线平滑上升到D 点。

流量再减小后，进口和出口回流区加大，通过叶轮的流动变为斜流式，因而扬程快速增加，对应的流态（图3-1d ）。

这时流动呈十分复杂状态，振动、噪声再次加大。

在流量减小到零的关死点E 时，进出口的二次回流扩展到整个流道，叶轮内伴有强烈的径向流动，与转轮室壁相撞击，液流沿轴向流出后又返回到轮毂侧。

(c)(d)
综上所述，部分流量域有以下几个特点
1、泵不应在小于B点的流量下运行，B点的流量一般为最优效率点（65～70）%。

2、轴流泵关死点的扬程约为最优效率点的2倍。

3、轴流泵在使用虹吸式出水流道时，流道驼峰段的高程应小于B点的扬程。

人们对轴流泵部分流量区域的不稳定性，进行了大量的研究，但是到目前为止，还没有有效的改善措施。

可喜的是高比转速斜流泵的研究取得了进展，正在向轴流泵应用领域扩大。

第二节 泵特性调节
一、改变叶片角度调节
1、可调节叶片
轴流泵和斜流泵均可做成可调节叶片，如图3-2所示
轴流泵
斜流泵
图3-2轴流泵和斜流泵的可调节叶片
2、调节叶片的泵特性曲线 （图3-3）
432
56789H(m)-2°
300
0°+2°
400
500
450
250
350
Q(L/S)
200
78%
76%
76%
74%
72%
70%
74%
65%
72%+4°
-4°
-6°
1
4325678910H(m)-2°
3000°+2°70%
65%
70%
400
-4°
+4°500
111260%
450
250350Q(L/S)
550
60020015013
1410072%74%
76%
65%60%
72%
74%
76%
78%
75%75%
轴流泵特性曲线 斜流泵特性曲线
图3-3轴流泵特性曲线及斜流泵特性曲线
3、调节叶片角度参数的变化
按系列模型试验结果统计的泵角度改变对参数的影响：
轴流泵：叶片角度每次改变1度，流量变化2.75%，扬程变化约0.2m 斜流泵：叶片角度每次改变1度，流量变化4.15%，扬程变化约0.5m 由此可见：
（1） 斜流泵调节角度流量扬程变化范围约比轴流泵大一倍。

（2） 轴流泵调节角度扬程基本不变。

（3） 斜流泵调节角度流量扬程变化均比较大。

4、调节叶片机构 （1） 叶片调节原理图
如图（3-4）所示，接力器8由机械 或液压控制上下移动，通过推拉杆 带动操纵架7、连杆6和叶片转臂5， 使叶片1转动，改变叶片角度。

（2）叶片调节机构
叶片调节机构主要分液压式和机械式两种（图3-5）。

机械式 液压式
1——叶片；2——叶片转轴； 3、4——轴承；5——转臂； 6——连杆；7——操纵架； 8——接力器
图3-4 叶片调节原理图
图3-5 叶片调节机构
液压式和机械式两种结构的比较，如表3-1所示
表3-1液压式和机械式调节机构的比较
注：（1）可调叶片的操作力，根据叶片的大小和扬程的高低有所不同，故本表表示的只是大致范围。

（2）也有减少辅机，用油泵直接控制叶片角度的方法。

（3）切换手动状态厚，也可以手动操作。

二、前导叶调节
（一）调节原理
前导叶调节主要用于斜流泵和轴流泵，它是在主叶片前安装可以调节角度的前
v，从而改变液流产生的导叶。

改变前导叶角度，改变了叶轮进口液流的旋转分量
1u
扬程。

正预旋（和叶轮旋转方向相同），使最优工况的流量减小，反预旋使最优工况的流量增加。

前导叶调节又称预旋调节。

（二）调节机构
可调前导叶和可调前导叶泵的结构简图，如图3-6所示
(a)可调前导叶斜流泵（b）可调前导叶
图3-6调节机构
（三）可调前导叶泵的特性曲线（图3-7）
图3-7 前导叶调节斜流泵特性特性
（四）前导叶调节的优点
1、结构比较简单。

2、在一定范围能调节泵的流量扬程，保证泵高效运行。

3、有利于改善小流量区域的抗汽蚀性能和运行稳定性。

4、有限的正预旋，可提高泵的效率。

5、预旋降低扬程的程度，随流量的增加而增大，所以正预旋的流量扬程曲线和无预旋时相比变陡。

（五）改变前导叶角度泵参数的变化
如图3-8所示，导叶方向未改变时，进口相对速度1w 的方向大致和叶片进口方
向一致，泵的效率最高。

当前导叶方向改变时，绝对速度的方向和导叶方向一致（'1v ）。

要保证有高的效率其相对速度'1w 的方向也应和叶片方向一致（与1w 方向相同）。

利用相似三角形的几何关系，可求得改变前导叶角度时的流量比的公式
'
00'0'00'00
'
00'0'ctga ctg ctg ctga v ctg v ctg v v v Q Q m m m m m +=+==ββββ
u
v 前导叶（可调）
u1
图3-8 前导叶调节和速度三角形
下面求计算扬程比H H /'的公式，以轴流泵为例，轴流泵叶片进出口圆周速度u 相等，轴面速度m v 也相等。

故可把叶片进出口速度三角形画在一起，如图3-8所示，其中虚线表示改变前导叶角度后的速度三角形。

由速度三角形可得
'
0'm m
u u v v v v =∆∆ 因为u v ∆和扬程成正比， 0m v ∆和流量成正比，所以
Q
Q H H '
'= 即
'
00'
o
ctga ctg ctg H H +=ββ。