离心泵汽蚀特性分析

不考虑轮毂直径, 即假设D h = D1
0, 将表 1中各 K 1
和 K 2 的值代入式 ( 5), 则汽蚀比转速 C 仅仅是液流 角 1 的函数, 将 C = f ( 1 ) 绘成图形, 如图 1所示.
图 1 汽蚀比转速 C 与 1 的关系 F ig. 1 R e la tionsh ip betw een C and 1
无扬程状态 K ovat s L o ck
K1 1. 2 1. 2 1. 2 1. 8 1. 4 1. 1 1. 0 ~ 1. 2
K2 0. 20 ~ 0. 35 0. 25 ~ 0. 35
0. 28 0. 23 0. 085 0. 16 ~ 0. 30 0. 16 ~ 1. 40
另外, Ba lje还提出 K 1 和 K 2 的取值范围, 即 K 1
Analysis on cavitation characteristic in centrifugal pump
PAN Zhong yong, N I Yong yan, LI H ong, CAO Y ing jie
( T echn ical and R esearch C enter of F lu id M ach inery Eng ineering, Jiangsu U n ivers ity, Zhen jiang, J iangsu 212013, Ch ina)
第 26卷 第 4期 2008年 7月
排灌机械 D ra inag e and Irrig ation M ach inery
V o.l 26 N o. 4 July 2008
离心泵汽蚀特性分析
潘中永, 倪永燕, 李 红, 曹英杰
( 江苏大学 流体机械工程技术研究中心, 江苏 镇江 212013 )
Abstract: A ccord ing to the form u la o f net posit ive suct ion head of centrifugal pum p, the m a in factors w hich affect pum p cav itat ion are the design o f pum p casing and im peller inle.t T he fo rmu la of cav itation specific speed is rew ritten into a new form re lated w ith blade in let ang le, hub t ip rat io and the tw o factors m en tioned above. A d iagram is drawn to show the design variables that have effect on the cavitation spe cific speed. By the d iagram, it can be deduced that the opt imum b lade in let ang le form ax imum cav itation specific speed is in the range o f 10 to 30 degres. T he factor related w ith impeller hasm ore effect on the cav itat ion specific speed than tha t w ith casing. T he cav itation incipient criteria show that any pum p w orks under the cond ition o f cav itation. Therefore, a valid curve, wh ich corresponds to the 0. 5% head drop curve, is recomm ended here to lim it the runn ing range for pum p a t cav itation cond it ion. K ey w ord s: centrifugal pum p; cavitation; net positive suction head; cav itat ion specific speed; no pre
时, K 2 的值同 u1 一起上升, 变化关系为
K 2 = 0. 28 +
u1 4 1 20
在目前国内的资料中 [ 1, 11 ] , 多选用 K 1 = 1. 0, K 2
与叶轮进口液流角、冲角以及叶片厚度有关, 对于比
转速小于 120的离心泵叶轮, K 2 可用下述经验公式 计算 [ 11] :
K2 =
1.
2
vm 1 u1
+
0. 07 + 0. 42 vm1 u1
S0 - 0. 615 S
式中 S0 为叶片头部厚度; S 为叶片最大厚度. 在设计
中,
通
常取
S0 S
=
0. 6. 根据进口速度三角形, 假设进
口无预旋, 上式改写为
K 2 = 1. 2tan 1 - 0. 015( 0. 07 + 0. 42tan 1 ) 2. 2 汽蚀比转速图谱
2 K 1 和 K2 的值及汽蚀比转速图谱
2. 1 K 1 和 K 2 K 1 和 K 2 的值由许多学者根据各自的研究结果
提出了不同的建议值, 参见表 1[ 10 ] .
表 1 K值 Tab. 1 Va lu e o fK
研究者
B al je P fleiderer V lam ing G ongw er 扬程下降 1 / 2
表 2 最大汽蚀比转速及 对应的液流角 T ab. 2 M aximum cavitation sp ecific sp eed and
correspond in g flow an gle
3
1-
D 2 0. 5 h
CN P =
168. 6 ! ( 2g ) 4
tan
D1
1
K1 +
K2 s in2 1
= 0. 75
886. 6 ! tan
1-
D 2 0. 5 h
D1
1
K1 +
K2 s in2 1
0. 75
( 5)
式中下标 NP表示无预旋 ( no pre ro tat ion). 这样, 将
收稿日期: 2008- 02 - 25 基金项目: 国家高技术研究发展计划项目 ( 2006AA 05Z250 )
作者简介: 潘中永 ( 1973 ) , 男, 山东济南人, 副研究员 ( pzy@ u js. edu. cn) , 主要从事流体机械及工程的研究.
倪永燕 ( 1975 ) , 女, 山东威海人, 博士研究生 ( nyy@ ujs. edu. cn ), 主要从事流体机械流场计算及流体机械现代诊断技术的研究.
除了文献 [ 11] 以外, 根据表 1的数据绘制得到 的汽蚀比转速曲线都是非常平滑的, 并且具有很相 似的规律. 最大汽蚀比转速及其对应的液流角见表
2. 可以看出, 对于不同 K 值的选用, 汽蚀比转速的最 大值差别在 2倍左右, 对应的液流角也不同, 但液流 角基本可以确定在 10 ~ 20 之间. 通常情况下, 取 进口叶片冲角在 0 ~ 10 之间. 液流角与冲角之和 即为叶片安放角, 与叶轮叶片的进口安放角基本是 一致的.
K 2 值基本是由叶轮叶片进口处的设计决定的. 由此可见, 影响泵的汽蚀性能的因素主要有两
方面, 一是叶轮进口前泵体的设计, 二是叶轮进口处
的设计.
K 1 和 K 2 的值在各种资料里面都是不同的. 假设 在进口无预旋的条件下, 存在
w1 =
vm 1 s in 1
式中 1 为进口液流角.
上式代入式 ( 1) 得到:
第 4期
潘中永等: 离心泵汽蚀特性分析
37
= 1. 0 ~ 1. 2和 K 2 = 0. 1 ~ 0. 3. 对于不锈钢叶轮, 介质 为 清 水 时, 如 果 要 求 寿 命 为 40 000 h 时,
V a lm ing认为 K 1 = 1. 2, K 2 = 0. 28, 当 u1 大于 30 m / s
rotation
离心泵的汽蚀是一个古老而又崭新的课题. 在 离心泵的汽蚀分析中, 目前比较通用的标准是由美 国水力标准协会 ( H ydraulic Institute Standards) 制订 的, 也 就 是 以 扬 程 下 降 3% 时 的 装 置 汽 蚀 余 量 NPSHA 为当前流量点的泵必需汽蚀余量 NPSHR. 近 年来, 随着计算技术与实验水平的进步, 对汽蚀的研
1 汽蚀余量与汽蚀比转速
1. 1 泵汽蚀余量
泵必需汽蚀余量 NPSHR 的计算公式如下:
NP SH R
=
K1
v2m1 2g
+
K2
w
2 1
2g
( 1)
式中 K 1 和 K 2 为修正系数; vm1 和 w 1 分别为进口轴面 流速和进口相对速度; g 为重力加速度.
式 ( 1) 中等号右侧第一项表示叶轮前部泵体进口 同叶轮之间的损失, 因此 K 1 值的大小基本是由泵体的 设计决定的. 第二项表示叶轮叶片进口处压力降, 因此
摘 要: 根据离心泵汽蚀余量的计算公式来分析影响泵汽蚀特性的因素, 主要包括泵体设计和叶 轮进口设计. 假设泵进口来流无预旋, 将由流动变量表征的泵汽蚀比转速公式, 改写为由几何参数 也就是反应泵体设计和叶轮进口设计的两个系数以及进口叶片安放角和轮毂比表示的形式, 并通 过绘制汽蚀比转速的图谱来分析影响泵汽蚀比转速的设计因素. 通过图谱发现, 获得最高汽蚀比转 速对应的最优进口叶片安放角在 10 ~ 30 之间, 叶轮进口处的设计比泵体的设计对泵汽蚀比转速 的影响大. 另外, 根据初生汽蚀比转速的计算公式认为, 基本上所有的离心泵都在汽蚀状态下工作. 划分了离心泵的容许汽蚀运行区域的边界, 即扬程下降 0. 5% 时对应的汽蚀比转速曲线. 关键词: 离心泵; 汽蚀; 汽蚀余量; 汽蚀比转速; 无预旋 中图分类号: TH 311 文献标志码: A 文章编号: 1005- 6254( 2008) 04- 0035- 04
N P SH R
=
v2m 1 2g
K1+
K2 s in2
1
同时, 无预旋的条件下存在
( 2)
vm1 = u1 tan 1
式中 u1 为进口圆周速度.
式 ( 2) 可以改写为
NPSH R =
u21 2g
[
(K
1
+
K
2
)
tan2
1 + K2]
( 3)
根据上述泵汽蚀余量计算方法可以看出, 泵的
汽蚀余量只与泵的进口流动条件 vm1, u1 以及进口几 何参数 K 1, K 2 和 1 相关. 1. 2 泵汽蚀比转速
究也活跃起来. 文献 [ 1] 应用快速摄影和 CFD 技术 对发生汽蚀的离心泵进行研究, 探索降低泵 NPSHR 的方法. 文献 [ 2- 4] 等通过控制和分析离心泵进口 处的流态来改善离心泵的汽蚀. 在探索泵的初生汽 蚀方面, 文献 [ 5] 利用小波分析方法对模拟的汽蚀 初始信息进行了诊断分析. 文献 [ 6] 通过测试泵出
应用 3个流动参数即转速、流量和 NPSHR 表示的汽
蚀比转速改写成了由几何参数轮毂比、进口叶片安
放角 (与液 流角 对应 ) 以 及常 数 K 1 和 K 2 表示 的 形式.
式 ( 5) 可以作为工具来分析 K 1, K 2, 1 及轮毂比 对汽蚀比转速 C 的影响. 更方便的是, 将该式图形化 后, 可以用于分析离心泵的汽蚀特性.
汽蚀比转速的计算公式为
C = 5. 62n
Q
3
( 4)
N PSH R 4
机械
第 26卷
式中 n为泵转速, Q 为泵流量.
流量
Q=
vm1A =
vm 1
4
D
2 1
1-
DFra Baidu bibliotek 2 D1
式中 A 为过流面积; D h 为轮毂直径; D 1 为叶轮进口
直径. 同时
vm 1 u1
=
tan
1
u1
=
n D1 60
将上述各式及式 ( 3) 代入式 ( 4) 中, 得到无预 旋汽蚀比转速
36
排灌
口的压力波动特性对泵的汽蚀进行诊断. 在国外, 应 用声发射、振动分析等先进实验技术以及拟序涡结 构等现代计算方法对汽蚀的研究近几年也逐步兴起 并活跃起来 [ 7- 9] .
笔者从汽蚀余量以及汽蚀比转速的计算公式入 手, 分析影响泵汽蚀特性的因素, 确定泵的汽蚀初生 以及泵的容许汽蚀运行范围.